DE4214696A1

DE4214696A1 - Verfahren zur anodischen oxydation von metallischen werkstuecken

Info

Publication number: DE4214696A1
Application number: DE4214696A
Authority: DE
Inventors: Georg Schiller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-02
Filing date: 1992-05-02
Publication date: 1993-11-04
Also published as: EP0569780A1; ES2096797T3; DE59304571D1; ATE145676T1; EP0569780B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anodischen Oxydation von metallischen Werkstücken, insbesondere aus Aluminium und Aluminium-Legierungen, bei dem die Werk stücke in einem Elektrolytbad frei oder vermittels eines Werkstückraumes einer Elektrolytströmung ausgesetzt sind, die über einen Rohrkreis od. dgl. dem Elektrolytbad entnommen und nach Durchleitung durch einen Kühler in das Elektrolytbad gekühlt zurückgeführt wird.

Bekanntlich wird bei anodischer Oxydation von Werk stücken durch den elektrolytischen Prozeß Joul′sche Wärme erzeugt, die zur Vermeidung von unkontrollierbaren und ungleichen Schichtbildungen an den Werkstücken als Folge von Wärmestau abzuführen ist. Es ist bekannt, die Abführung dieser Wärme durch Einblasen von Luft in das Elektrolytbad zu bewirken. Weiter ist es bekannt, von einer oberen Ecke des Elektrolytbades Elektrolyt abzu ziehen, diesen nach Umwälzen über einen Kühler in Richt ung der aufsteigenden Wärme vom unteren Ende her in das Elektrolytbad zurückzuführen. Diese bekannten Kühlvor gänge ermöglichen jedoch über den gesamten Werkstückraum keine gesicherte Wärmeabführung, was zu Temperaturdif ferenzen im Elektrolytbad mit ungleichen Schichtbil dungen an den Werkstücken, zu erhöhten Aluminium-Rücklö sungen und damit zu erheblichen Schlammbildungen und un günstigen Entsorgungen führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung bei einer Vorrichtung obiger Gattung Maßnahmen zu schaffen, die durch ge sicherte Wärmeabführung kontinuierlich gleichmäßige Temperaturen an den Werkstücken und im Elektrolytbad ermöglichen.

Der Erfindung gemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrolytströmung gekühlt entgegen der Bewe gungsrichtung der beim elektrolytischen Prozeß entstehenden Joul′schen Wärme in das Elektrolytbad zurück- und hindurchgeführt wird. Hierzu ist vorgesehen, daß das Elektrolytbad durch die Strömung des gekühlten Elektrolyten von oben nach unten durchsetzt wird. Bevorzugt wird dabei die gekühlte Elektrolytströmung mit einer Fließgeschwindigkeit von im wesentlichen 0,6 bis 3,0 m/sec und mit einer Umwälzfrequenz von 4 bis 12 Durchsätzen pro Stunde durch das Elektrolytbad bewegt. Die Kühlung der Elektrolytströmung kann in beliebiger Weise, z. B. durch einen externen oder durch einen im Elektrolytbad untergebrachten internen Kühler erfolgen. Vermittels der Verfahrensschritte trifft die gekühlte Elektrolytströmung bei ihrer Zurückführung in das Elektrolytbad zunächst auf den im oberen Teil des Elektrolytbads befindlichen stark erwärmten Teil des Elektrolyten, um bei weiterer Durchströmung des Elek trolytbades nach und nach auf weniger warmen Elektro lyten aufzutreffen. Durch die dabei stattfindende Vermischung stellt sich ein in der Temperatur gleich mäßiges Elektrolytbad über das gesamte Volumen desselben mit konstanten Temperaturen an den Werkstücken ein, was zum Aufbau von in der Stärke gleichmäßigen Oxydschichten an den Werkstücken Voraussetzung ist. Außerdem wird die Rücklösung von Aluminium auf ein Minimum reduziert, wo durch sich eine geringe Schlammbildung mit günstiger Entsorgung ergibt.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Werkstücke frei im Abstand von Seitenwandungen und Boden eines Aufnahmebehälters für das Elektrolytbad oder eines im Aufnahmebehälter ange brachten Werkstückraumes angeordnet sind, daß zwischen den Werkstücken bzw. dem Werkstückraum und dem Boden des Aufnahmebehälters Rohre oder Durchflußplatten zur Ab saugung des Elektrolyten und in dem dem oberen Ende des Aufnahmebehälters zugenäherten Bereich zwischen den Werkstücken bzw. dem Werkstückraum und den Seiten wandungen Rohre oder Durchflußplatten zur Zurückführung von gekühltem Elektrolyt ausmünden und daß zwischen Absaugung und Zurückführung des Elektrolyten eine Pumpeinrichtung und ein Kühler für den Elektrolyten ausgebildet sind. Zweckmäßig erstrecken sich die Rohre und Durchflußplatten für die Absaugung und Zurückführung des Elektrolyten im wesentlichen über die ganze Länge der Werkstücke oder des Werkstückraumes, was zu einem gleichmäßigen Ab- und Zufluß von Elektrolyt führt. Es versteht sich, daß die Rohre oder Durchflußplatten für die Zurückführung von gekühltem Elektrolyt, wahlweise oberhalb und/oder seitlich der Werkstücke bzw. des Werk stückraumes ausgebildet sein können. Bevorzugt sind die Rohre oder Durchflußplatten für die Zurückführung von gekühltem Elektrolyt jedoch im oberen Drittel der Höhe der Werkstücke oder des Werkstückraumes im Elektrolytbad ausgebildet. Vorteilhaft ist ferner wenn die gekühlte Elektrolytströmung mit vorbestimmter Ausrichtung in das Elektrolytbad übertritt. Hierzu können die Rohre bzw. Durchflußplatten für die Zurückführung von gekühltem Elektrolyt diametral zu den Werkstücken bzw. dem Werk stückraum zueinander gerichtete Austrittsöffnungen und/oder Austrittsdüsen aufweisen. Zweckmäßig erstrecken sich die Austrittsöffnungen und/oder Austrittsdüsen mit schräg nach oben und zueinander gerichteten Austritts achsen. Der gekühlte Elektrolyt kann so beliebig zu nächst über eine Teilhöhe durch die neben den Werk stücken befindlichen Bereiche des Elektrolytbades ge führt sein und nachfolgend durch Umlenkung neben und zwischen den Werkstücken hindurchtreten.

Besonders günstige Vermischungen von durch den elektro lytischen Prozeß erwärmten Elektrolytmengen mit ge kühlten Elektrolytmengen läßt sich noch dadurch er zielen, wenn die zurückführungsseitigen Rohre und/oder Durchflußplatten und/oder Düsen zu den Werkstücken bzw. zum Werkstückraum einzeln oder gemeinsam schwenk- und/oder verschiebbeweglich im Elektrolytbad ausgebildet sind. Die Bewegungen der Rohre und/oder Durchflußplatten und/oder Düsen können dabei gleichermaßen kontinuier lich, intermittierend oder zyklisch erfolgen, wobei die Frequenzen der Bewegungen manuell oder selbsttätig steuerbar sind. Eine innige Vermischung der verschieden temperierten Elektrolytmengen kann auch dadurch vorteil haft bewirkt werden, wenn Werkstücke und/oder Werkstück raum selbst schwenkbeweglich und/oder verschiebbeweglich im Elektrolytbad ausgebildet sind. Die Bewegungsabläufe derselben können wiederum kontinuierlich, intermittier end oder zyklisch mit festen oder regelbaren Frequenzen erfolgen.

Schließlich ist noch vorgesehen, den Rohren und/oder den Durchflußplatten für Absaugung und Zurückführung von Elektrolyt Druckausgleichsgefäße, insbesondere Rohrab schnitte oder Durchflußplattenabschnitte zuzuordnen, die bevorzugt gemeinsam mit den Rohren und/oder Durchfluß platten für die Zurückführung und/oder Absaugung Druck ausgleichskammern bilden. Hierzu können die Rohrab schnitte oder Durchflußplattenabschnitte mit den Rohren und/oder Durchflußplatten für die Zurückführung und der Absaugung einstückig ausgeführt sein.

Wie die Erfindung ausführbar ist, zeigen die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierin bedeuten:

Fig. 1 eine Vorrichtung im Querschnitt,

Fig. 2 den Längsschnitt zu Fig. 1 nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 eine Vorrichtung im Querschnitt in abgewandel ter Ausführung,

Fig. 5 eine Vorrichtung gemäß Fig. 4 in abgewandelter Ausführung, im Querschnitt mit Bewegungsangaben,

Fig. 6 ein Fließbild einer Vorrichtung, schematisch,

Fig. 7 Absaugrohre für eine Vorrichtung gemäß Fig. 6, im Schnitt, nach der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 ein Fließbild einer Vorrichtung, in abgewandel ter Ausführung und

Fig. 9 Absaugrohre im Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8.

In den Fig. 1 bis 5 ist mit 1 ein Aufnahmebehälter für das Elektrolytbad 2 bezeichnet, das mit einer Annode 3 verbundene Werkstücke 4 bzw. einen Werkstückraum sowie Kathoden 5 aufnimmt. Die beim elektrolytischen Prozeß erzeugte Joul′sche Wärme bewegt sich im Elektrolytbad 2 selbsttätig von unten nach oben. Zwischen den Werk stücken 4 und dem Boden 1′ des Aufnahmebehälters 1 sind beim Ausführungsbeispiel über die ganze Länge der Werk stücke 4 sich erstreckende Rohre 6 angeordnet, die mit einer Pumpeinrichtung 7 und einem Kühler 8 (Fig. 6) in Verbindung stehen. Die Rohre 6 weisen zur Absaugung von Elektrolyt Lochungen 9 auf. Im oberen Bereich des Auf nahmebehälters 1 sind mit dem Kühler 8 in Verbindung stehende Rohre 10 ausgebildet, die über Düsen 11 oder Lochungen (nicht gezeigt) in das Elektrolytbad 2 aus münden. Die Rohre 10 stehen mit als Ausgleichskammern dienenden Rohrabschnitten 12 (Fig. 2) in Verbindung. Zweckmäßig sind die Rohrabschnitte 12 mit den Rohren 10 einstückig ausgeführt.

Bei den Fließbildern der Fig. 6 und 8 sind für die Ab saugung von Elektrolyt Rohre 6 mit zum Druckausgleich dienenden Rohrabschnitten 6′ vorgesehen, wobei die Rohre 6, wie in Fig. 7 erkennbar, jeweils zwei Lochungen 9 und die Rohre 6 der Fig. 8 je eine Lochung 9 für den Über tritt von Elektrolyt in Richtung Pumpeinrichtung 7 auf weisen, während die Rohre 10 der Fig. 6 und 8 mit Düsen 11 versehen sein können.

Über die Dauer des elektrolytischen Prozesses steigt Joul′sche Wärme von unten nach oben, mit zunehmender Temperaturerhöhung im Elektrolytbad 2 auf. Über die Lochungen 9 der Rohre 6 bzw. Durchflußplatten, wird Elektrolyt durch die Pumpeinrichtung 7 in den Kühler eingebracht und von dort über Rohre 10 bzw. Durch flußplatten vermittels Düsen 11 in das Elektrolytbad 2 zurückgeführt. Hierbei trifft die gekühlte Elektrolyt strömung zunächst auf stärker erwärmten Elektrolyt und im weiteren Verlauf auf weniger stark erwärmten Elektro lyt. Die Wechselwirkung der gekühlten Elektrolytströmung mit stark erwärmten Elektrolytmengen bzw. im späteren Verlauf zwischen gekühlter Elektrolytströmung mit wen iger stark erwärmten Elektrolytmengen sorgt für eine gleichmäßige Vermischung in allen Ebenen und für den Ausschluß von ungünstigen Temperaturdifferenzen im Elek trolytbad 2.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine Vorrichtung mit im Elek trolytbad verschwenk- und/oder verschiebbeweglichen Rohren 6 und/oder 10 und/oder Werkstücken 4 bzw. Rohren 6 und/oder 10 in Verbindung mit Druckausgleichsrohren 12, 6′. Die verschieden möglichen Bewegungsrichtungen der Rohre bzw. Werkstücke sind durch Richtungspfeile 15 ge kennzeichnet.

Mit 16, 17 sind Anschlüsse am Kühler 8 für die Zu- und Abführung von Kühlmedium, mit 19 und 20 die Zuleitung und Ableitung des Kühlers 8 für Elektrolyt und mit 18 eine Stromquelle bezeichnet.

Claims

1. Verfahren zur anodischen Oxydation von metallischen Werkstücken. insbesondere aus Aluminium und Aluminium- Legierungen, bei dem die Werkstücke in einem Elektro lytbad frei oder vermittels eines Werkstückraumes einer Elektrolytströmung ausgesetzt sind, die über einen Rohrkreis od. dgl. dem Elektrolytbad entnommen und nach Durchleitung durch einen Kühler in das Elektrolytbad gekühlt zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Elektrolytströmung entgegen der Bewegungs richtung der beim elektrolytischen Prozeß entstehenden Joul′schen Wärme in das Elektrolytbad zurück- und hin durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolytbad durch die gekühlte Elektrolyt strömung von oben nach unten durchflossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die gekühlte Elektrolytströmung mit einer Fließgeschwindigkeit von im wesentlichen 0,6 bis 3,0 m/sec durch das Elektrolytbad hindurchbewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet. daß die gekühlte Elektrolytströmung im wesentlichen mit einer Umwälzfrequenz von 4 bis 12/pro Stunde durch das Elektrolytbad hindurchbewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet. daß die Elektrolytströmung durch einen um Elektrolytbad externen Kühler hindurchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Elektrolytströmung durch einen im Elektrolytbad intern angeordneten Kühler hindurchgeführt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (4) frei im Abstand von Seitenwandungen (1′′) und Boden (1′) eines Aufnahmebehälters (1) für das Elektrolytbad (2) oder eines im Aufnahmebehälter (1) angebrachten Werkstückraumes angeordnet sind, daß zwischen den Werk stücken (4) bzw. dem Werkstückraum und dem Boden (1′) des Aufnahmebehälters (1) Rohre (6) oder Durchflußplatten zur Absaugung des Elektrolyten und in dem dem oberen Ende des Aufnahmebehälters (1) zugenäherten Bereich zwi schen den Werkstücken bzw. dem Werkstückraum und den Seitenwandungen (1′′) des Aufnahmebehälters Rohre (10) oder Durchflußplatten zur Zurückführung von gekühltem Elektrolyt ausmünden und daß zwischen Absaugung und Zu rückführung des Elektrolyten eine Pumpeinrichtung (7) und ein Kühler (8) für den Elektrolyten ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohre (6, 10) oder Durchflußplatten für die Absaugung und Zurückführung von Elektrolyt im wesent lichen über die ganze Länge der Werkstücke (4) oder des Werkstückraums erstrecken.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10) oder Durchflußplatten für die Zurück führung von gekühltem Elektrolyt im oberen Drittel der Höhe der Werkstücke (4) oder des Werkstückraums im Aufnahmebehälter (1) ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10) oder Durchflußplatten für die Zurück führung von gekühltem Elektrolyt oberhalb und/oder neben den Werkstücken (4) bzw. dem Werkstückraum im Aufnahme behälter (1) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, 9 und 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rohre (10) und/oder Durchflußplat ten für die Zurückführung von gekühltem Elektrolyt diametral den Werkstücken (4) bzw. dem Werkstückraum zugeordnet und zueinander gerichtete Austrittsöffnungen und/oder Austrittsdüsen (11) für den Elektrolyten aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Austrittsöffnungen bzw. Austrittsdüsen (11) für den Elektrolyten mit schräg nach oben zueinander ge richteten Austrittsachsen ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die zurückführungsseitigen Rohre (10) und/oder Durchflußplatten und/oder Düsen für den Elektrolyten zu den Werkstücken (4) bzw. dem Werkstückraum einzeln oder gemeinsam schwenk- und/oder verschiebebeweglich ausge bildet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Rohre (10) und/oder Durchflußplatten und/oder Düsen kontinuierlich. intermittierend oder zyklisch schwenk- oder verschiebbeweglich ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (4) und/oder der Werkstückraum schwenkbeweglich und/oder verschiebebeweglich im Elek trolytbad (2) ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß die Werkstücke (4) und/oder der Werkstückraum kontinuierlich, intermittierend oder zyklisch schwenk- und/oder verschiebebeweglich im Elektrolytbad (2) ausge bildet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Rohren (6, 10) und/oder Durchflußplatten für Absaugung und/oder Zurückführung von Elektrolyt Druck ausgleichsgefäße, insbesondere Rohrabschnitte (12, 6′) bzw. Durchflußplattenabschnitte zugeordnet sind, die gemeinsam mit den Rohren (6, 10) und/oder den Durchfluß platten Druckausgleichskammern bilden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, daß die als Druckausgleichgefäße dienenden Rohr abschnitte (12, 6′) bzw. Durchflußplattenabschnitte mit den Rohren (6, 10) und/oder Durchflußplatten für die Ab saugung und Zurückführung von Elektrolyt einstückig aus gebildet sind.