DE4419494C1 - Vorrichtung zur elektrodischen Einführung von elektrischer Energie in ein galvanotechnisches Behandlungsbad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrodischen Einführung von elektrischer Energie in ein galvanotechnisches Behandlungsbad, - mit einem stabförmigen Stromleiter, der aus einem Ventilmetall besteht oder eine Ventilmetallbeschichtung aufweist, zumindest einem Elektrodenelement aus einem Ventil­ metallkörper mit Aktivierungsbeschichtung und einer Befesti­ gungseinrichtung für die metallische Befestigung des Elektroden­ elementes an dem Stromleiter, wobei die Befestigungseinrichtung zugleich als Stromweg für die elektrische Verbindung des Elektrodenelementes mit dem Stromleiter ausgebildet ist. - Vorrichtungen des beschriebenen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbestimmung werden, pars pro toto, auch kurz als Elektroden bezeichnet. Galvanotechnische Behandlung umfaßt im Rahmen der Erfindung alle in der Galvanotechnik vorkommenden Behandlungs­ maßnahmen, insbesondere die galvanotechnische Abscheidung von Metallschichten auf mit Metallschichten zu versehenden Gegen­ ständen.

Die bekannte Vorrichtung des beschriebenen Aufbaus, von der die Erfindung ausgeht (DE-GM 87 10 965) hat sich in bezug auf die zugrundeliegende Aufgabe bewährt. Diese lautet, die Einrichtung so zu treffen, daß die elektrolytisch aktive Oberfläche des Elektro­ denelementes in ihrer Größe und Geometrie unterschiedlichen Be­ triebsverhältnissen leicht angepaßt werden kann. Dazu sind die Elektrodenelemente leicht austauschbar an dem Stromleiter befestigt. In der Praxis kann dieser auch aus einem Ventilmetall bestehen.

Der Ausdruck Ventilmetall bezeichnet im Rahmen der Erfindung alle üblichen Ventilmetalle, insbesondere Titan, Tantal oder Niob. Solche Ventilmetalle werden z. B. mit Platin und/oder anderen Metallen oder Metalloxiden oder Mischoxiden der VIII. Gruppe des Periodensystems der Elemente aktiviert. Bei der bekannten Ausführungsform trägt das Elektrodenelement eine solche Aktivierungsbeschichtung. Bewährt und eingeführt sind Aktivierungsbeschichtungen aus Platin. Es kommt jedoch vor, daß bei starken Belastungen die Aktivierungsschichten örtlich Schaden nehmen. Die Standzeit der Aktivierungsbeschichtungen und damit der Elektrodenelemente insgesamt wird dadurch reduziert. - Bei der bekannten Ausführungsform bestehen der Stromleiter oder die Stromleiterbeschichtung z. B. aus Titan, jedoch ohne Aktivierungsbeschichtung.

Zur Steuerung des Galvanisierstromes ist es bekannt, außerhalb des Bades in der Stromzuführung Dioden (JP 03-79800 A in Dervent Abstract No. 91-144116(20)) bzw. Tyristoren (SU 96 0322 A in Dervent Abstract No. 83-727243(31)) anzuordnen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, bei einer Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus sowie der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung die Standzeit der Aktivie­ rungsbeschichtung und damit die Standzeit des Elektrodenelementes insgesamt zu verbessern.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung, daß in dem Stromweg für die elektrische Verbindung des Elektrodenelementes mit dem Stromleiter eine Halbleiterdiode angeordnet ist, die bei anodischer Schaltung der Vorrichtung den Stromfluß zum Elektrodenelement ausreichend öffnet und bei kathodischer Schaltung der Vorrichtung den Stromfluß zum Elektrodenelement ausreichend sperrt.

Die Erfindung berücksichtigt die Tatsachen, daß die Vorrichtungen des eingangs beschriebenen Aufbaus und der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung bei dem bestimmungsgemäßen galvanotechnischen Betrieb, z. B. beim Aufbringen von metallischen Beschichtungen auf Gegenständen, als Anode geschaltet werden. Es ist jedoch üblich, eine mehr oder weniger kurzzeitige Behandlungsstufe vorzuschalten, bei der die Vorrichtung kathodisch geschaltet wird, z. B. um die Oberfläche des Gegenstandes, der mit der metallischen Beschichtung versehen werden soll, aufzurauhen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei dieser kathodischen Schaltung die Aktivierungsbeschichtung des Elektrodenelementes der bekannten Ausführungsform Schaden nimmt, möglicherweise deshalb, weil die Aktivierungsbeschichtung Fehlstellen aufweisen kann, an denen ein Angriff durch den Elektrolyten des galvanotechnischen Behandlungsbades erfolgt, der auch fehlerfreie Bereiche der Aktivierungsbeschichtung gleichsam unterwandert. Überraschenderweise ist dieses bei der erfindungsgemäßen Zwischenschaltung einer Halbleiterdiode nicht der Fall. - Diode bezeichnet im Rahmen der Erfindung ein Halbleiterbauelement mit einem Innenwiderstand, der von der Stromrichtung abhängt. Eine in Durchlaßrichtung betriebene Diode (das Elektrodenelement ist als Anode geschaltet) zeigt mit zunehmender Spannung einen zunächst gering, dann aber stark ansteigenden Durchlaßstrom. Hierbei wird der elektrische Ladungstransport durch freie Elektronen und Löcher durchgeführt, die im Übergangsgebiet zwischen n- und p-leitenden Bereichen rekombinieren. Dabei wird elektrische Energie frei. Bei einer in Sperrichtung betriebenen Diode (bei der das Elektronenelement als Kathode geschaltet ist) fließt ein geringer Sperrstrom, solange die Spannung kleiner als eine materialabhängige Sperrspannung ist. Übersteigt die äußere Spannung diese Sperrspannung, so steigt der Strom steil an. Dieser Betriebszustand mit steilem Stromanstieg wird im Rahmen der Erfindung bei der kathodischen Schaltung der Vorrichtung selbstverständlich vermieden. Bei der beschriebenen Vorbehandlung mit kathodisch geschalteter Vorrichtung erfolgt der Stromfluß folglich nicht über das Elektrodenelement, sondern über den Stromleiter, der bei anodischer Schaltung der Vorrichtung am Stromfluß praktisch nicht teilnimmt, weil das Ventilmetall des Stromleiters nicht aktiviert ist und bei anodischer Schaltung durch die Oxidschicht des Ventilmetalls, z. B. Titan, praktisch isoliert ist. Die Standzeit der Aktivierungsbeschichtung auf dem Elektrodenelement und damit des Elektrodenelementes insgesamt ist beachtlich erhöht. Auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Elektrodenelement leicht austauschbar.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. So kann die Befestigungseinrichtung aus einem metallischen Tragelement, zumindest einer darauf aufgelegten Leiterscheibe, zumindest einer darauf aufgelegten Scheibe aus einem Halbleiterdiodenmaterial, zumindest einer darauf aufgelegten Abschluß-Leiterscheibe aufgebaut und an die Abschlußleiterscheibe das Elektrodenelement angeschlossen sein. Das metallische Tragelement, die Leiterscheiben und die Scheibe bzw. die Scheiben aus Halbleiterdiodenmaterial sind zweckmäßigerweise, bis auf die elektrische Verbindung zu dem Elektrodenelement, isoliert aufgebaut. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die metallischen Leiterscheiben als Titan- und/oder Bleischeiben ausgeführt. Zumindest das Elektrodenelement ist auswechselbar an den stabförmigen Stromleiter angeschlossen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema eines galvanotechnischen Behandlungsbades mit erfindungsgemäßer Vorrichtung, die als Anode geschaltet ist,

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 mit erfindungsgemäßer Vorrichtung, die als Kathode geschaltet ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in gegenüber den Fig. 1 und 2 wesentlich vergrößertem Maßstab mit baulichen Details, ausschnittsweise,

Fig. 4 dem Gegenstand nach Fig. 3 in nochmals vergrößertem Maßstab in einem Schnitt A-A durch den Gegenstand der Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man zunächst ein galvontechnisches Behandlungbad 1 in einem entsprechenden Behälter 2, einen darin eingehängten, z. B. mit einer metallischen Beschichtung zu versehenden Gegenstand 3 und die erfindungsgemäße Vorrichtung 4.

Insbesondere aus den Fig. 3 und 4 entnimmt man, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 der Stromleiter 5 ein stabförmiges Bauteil ist. Der Stromleiter 5 besteht aus einem Ventilmetall oder ist mit einem solchen beschichtet. Als Ventilmetall mag Titan eingesetzt sein. Die Oberfläche des Stromleiters ist oxidiert. Im übrigen ist ein Elektrodenelement 6 vorgesehen, welches aus einem Ventilmetall mit Aktivierungsbeschichtung besteht. Das Elektrodenelement 6 ist mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung 7 für die mechanische Befestigung an dem Stromleiter 5 versehen. Die Befestigungseinrichtung 7 dient zugleich als Stromweg für die elektrische Verbindung des Elektrodenelementes 6 mit dem Stromleiter 5.

In der Fig. 1 wurde durch einen Pfeil 8 angedeutet, wie der Strom fließt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 insgesamt als Anode geschaltet ist und folglich der beispielsweise mit einer metallischen Beschichtung zu versehende Gegenstand 3 als Kathode geschaltet ist. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für die schon beschriebene Vorbehandlung als Kathode geschaltet. Auf diese Weise erfährt beispielsweise die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes eine Aufrauhung. Der Stromfluß wurde für diese Schaltung durch den Pfeil 9 angedeutet.

Aus der schematischen Darstellung der Diode in den Fig. 1 und 2 und aus der Fig. 4 entnimmt man, daß in den Stromweg für die elektrische Verbindung des Elektrodenelementes 6 mit dem Stromleiter 5 eine Halbleiterdiode 10 angeordnet ist. Diese öffnet bei anodischer Schaltung der Vorrichtung 4 insgesamt den Stromfluß zum Elektrodenelement 6 ausreichend. Bei kathodischer Schaltung der Vorrichtung 4 sperrt die Halbleiterdiode 10 diesen Stromfluß hinreichend. Der Stromfluß geht über den Stromleiter 5, der wegen seiner Oxidoberfläche bei anodischer Schaltung der Vorrichtung 4 am Stromfluß nicht teilnimmt. Die daraus resultierenden Effekte wurden bereits beschrieben.

Aus der Fig. 4 entnimmt man, daß die Befestigungseinrichtung 7 aus einem metallischen Tragelement 11, zumindest einer darauf aufgelegten Leiterscheibe 12, zumindest einer darauf aufgelegten Scheibe 13 aus einem Halbleiterdiodenmaterial, zumindest einer darauf aufgelegten Abschluß-Leiterscheibe 14 aufgebaut und an die Abschluß-Leiterscheibe 14 das Elektrodenelement 6 angeschlossen ist. Das metallische Tragelement 11, die Leiterscheiben 12, 14 und die Scheibe bzw. die Scheiben 13 aus Halbleiterdiodenmaterial sind, bis auf die elektrische Verbindung zu dem Elektrodenelement 6, isoliert. Die metallischen Leiterscheiben 12, 14 bestehen z. B. aus Titan und/oder Blei. Das Elektrodenelement 6 ist erkennbar auswechselbar an den stabförmigen Stromleiter 5 angeschlossen, zum Auswechseln bedarf es lediglich einer Lösung der in Fig. 4 angedeuteten Schraube 15.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur elektrodischen Einführung von elektrischer Energie in ein galvanotechnisches Behandlungsbad, - mit
einem stabförmigen Stromleiter, der aus einem Ventilmetall besteht oder eine Ventilmetallbeschichtung aufweist,
zumindest einem Elektrodenelement aus einem Ventilmetallkörper mit Aktivierungsbeschichtung und
einer Befestigungseinrichtung für die mechanische Befestigung des Elektrodenelementes an dem Stromleiter,
wobei die Befestigungseinrichtung zugleich als Stromweg für die elektrische Verbindung des Elektrodenelementes mit dem Stromleiter ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromweg eine Halbleiterdiode angeordnet ist, die bei anodischer Schaltung der Vorrichtung den Stromfluß zum Elektrodenelement öffnet, und bei kathodischer Schaltung der Vorrichtung den Stromfluß zum Elektrodenelement nach Maßgabe der Diodeneigenschaft sperrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus einem metallischen Tragelement, zumindest einer darauf aufgelegten Leiterscheibe, zumindest einer darauf aufgelegten Scheibe aus einem Halbleiterdiodenwerkstoff, zumindest einer darauf aufgelegten Abschluß-Leiterscheibe aufgebaut ist, und daß an die Abschluß-Leiterscheibe das Elektrodenelement angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Tragelement, die Leiterscheiben und die Scheibe bzw. die Scheiben aus Halbleiterdiodenmaterial, bis auf die elektrische Verbindung zu dem Elektrodenelement isoliert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Leiterscheiben als Titan- und/oder Bleischeiben ausgeführt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Elektrodenelement auswechselbar an den stabförmigen Stromleiter angeschlossen ist.