DE656233C - AEtzvorrichtung zum elektrolytischen AEtzen von Metallplatten oder aehnlichen Gebilden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ätzvorrichtung zum elektrolytischen Ätzen von Metallplatten oder ähnlichen Gebilden, insbesondere Zinkplatten, und bezweckt die Erzielung einer über die ganze Fläche der Platte gleichförmigen Ätzgeschwindigkeit unter Beschränkung der Ätzwirkung auf die zu ätzende Fläche sowie die leichte Anpassung der Vorrichtung an Platten verschiedener Abmessungen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Kathode ein gekrümmtes Gitter oder ein ähnliches Gebilde offener, vorzugsweise konvexer Bauart derart angeordnet ist, daß sie der Anode in der Mitte näher liegt als an den äußeren Teilen und daß innerhalb der Kathode an der von der Anode abliegenden Seite entweder als Teil der Kathode oder als besonderer Teil eine Vorrichtung angeordnet ist, um eine Störung des Elektrolyten durch die Kathode zur Anode hin oder von dieser weg hervorzurufen. Gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung ist die Kathode entweder zylindrisch ausgebildet oder verjüngt sich gegen die Enden zu und bildet einen umlaufenden Rührer. Vorteilhaft ist hierbei erfindungsgemäß die Kathode aus Ringen aus leitendem Stoff zusammengesetzt, die mit Ringen aus Isolierstoff abwechseln, wobei einige dieser Ringe in radialer Richtung durchlocht sind, um den Durchtritt des Elektrolyten zu gestatten. Zur Erzielung einer für die Stromverteilung besonders günstigen, zweifach gekrümmten Kathodenfläche nehmen erfindungsgemäß die leitenden Ringe hinsichtlich ihres Durchmessers allmählich von der Mitte gegen die Enden der Kathode hin ab.

Durch die beschriebene Anordnung wird auch der Umlauf des Elektrolyten sowie eine gleichmäßige Stromverteilung über die Plattenoberfläche gesichert und das Anhaften von Blasen oder Festteilchen auf der zu ätzenden Fläche vermieden. Das Antriebsmittel für den Elektrolyten kann mit der Kathode vereinigt oder außerhalb derselben angeordnet sein; die gekrümmte Kathodenform erleichtert beide Anordnungen.

Es wird vorgezogen, eine Vorrichtung anzuwenden, bei welcher die Anode in waagerechter Lage oberhalb der Kathode getragen

wird, wobei erstere auf zwei Trägern derart ruht, daß die Anodenkanten in bekannter Weise vor übermäßiger Ätzung geschützt sind Bei der elektrolytischen Metallabscheidung ist es bekannt, die Kathoden in offener und gekrümmter Bauart, z. B. als Gitter, ausfcg; bilden, wobei meistens die aufzulösend^ Anode im Innern dieser Kathode oder diese konzentrisch umgebend angeordnet ist. Eine ίο derartige Anordnung eignet sich jedoch nicht für das elektrolytische Ätzen von insbesondere flachen Metallplatten, weil es hier auf eine besonders gleichmäßige Verteilung der Stromlinien über die ganze zu ätzende Fläche ankommt und vor allem vermieden werden muß, daß Teile dieser Fläche etwa durch sich festsetzende Gasblasen oder sonstige Fremdkörper auch nur vorübergehend von der Ätzwirkung ausgeschlossen werden. Es sind ferner elektrolytische Ätzvorrichtungen für flache Metallplatten bekannt, bei welchen die Metallplatte als Anode parallel zu einer flachen Kathode angeordnet ist. Bei diesen bekannten Einrichtungen wurde es offenbar in Anlehnung an die Erfahrungen bei der galvanischen Metallplattierung als wesentlich erachtet, daß die Oberfläche der Kathode gleich der eingetauchten Oberfläche der zu ätzenden Platte ist, und zwar hauptsächlich zum Zwecke, eine Breitenänderung der Linien oder Flächen beim Ätzen zu vermeiden. Voraussetzung für diese Regel ist ein gradliniger Verlauf der Strömlinien zwischen den Elektroden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Ätzen von Metalldruckplatten, besonders bei Vorhandensein von vergleichsweise größeren gegen die Ätzung geschützten Bildteilen, jene bekannte Regel nicht genügt, um die er-■ wünschte gleichmäßige Ätzwirkung in allen Bildteilen der Platte zu erreichen und daß die allgemeinen Vorstellungen und Erfahrungen, welche bei der galvanischen Metallplattierung gewonnen wurden, nicht ohne weiteres anwendbar sind.

Die halbzylindrische oder trommeiförmige Ausbildung der Kathode und deren Anordnung zur Anodenplatte derart, daß die dieser in der Mitte näher liegt als an den Rändern, wirkt" der sonst auftretenden Zusammendrängung der Stromlinien nach den Rändern der Platte zu entgegen und gestattet gleichzeitig die Erzielung eines günstigen Elektrolytumlaufes, besonders wenn die Kathode selbst als Rührvorrichtung ausgebildet und der durchlochte Kathodenkörper als Umlaufkörper gestaltet ist. '

Im folgenden sind einige praktische Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen elektrolytische Ätzmaschinen zum Ätzen von flachen Platten, und zwar Fig. ι einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Maschine,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II von Fig. 1, .

Fig. 3 und 4 Längsschnitte durch andere .Ausführungsformen der Maschine, ■'- *- Fig. 5 eine Endansicht der Kathodenanordnung gemäß Fig. 4.

Alle drei Ausführungsbeispiele haben die gemeinsamen Merkmale eines Behälters 1, der zu zwei Drittel bis zur Linie 2 mit Elektrolyt gefüllt ist und Träger für die Platte 3 hat, um diese unmittelbar unter der Elektrolytoberfläche zu halten. Der Behälter hat ferner eine in der Längsrichtung liegende drehbare Welle 4 mit Vorrichtungen, um eine Bewegung oder einen Umlauf des Elektrolyten zu erzeugen. Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. ι bis 3 wird die Kathode von der Rührvorrichtung getragen und bildet einen Teil derselben. Der Behälter hat innen einen Belag aus Isolierstoff.

Wenn die zu ätzende Platte 3 aus Zink besteht, ist es vorteilhaft, alle in den Elektrolyt eintauchenden Teile entweder aus Zink oder aus Isolierstoff herzustellen. Es kann auch anderes Metall benutzt werden, jedoch soll dieses dann mit Isolierstoff überzogen sein. In ähnlicher Weise ist es zum Ätzen anderer Metalle wünschenswert, daß mit dem Elektrolyt kein Metall in Berührung steht, das sich von demjenigen der Platte unterscheidet. Längs der beiden Seiten des Behälters in der Nähe des Elektrolytspiegels 2 läuft je eine Trägerstange 5, die an jedem Ende in einem Arm 6 ruht. Diese beiden Stangen dienen als Träger und Führungen für die beiden Trägerstreifen 7, welche die Platte 3 während des Ätzens halten. Diese Streifen erstrecken sich praktisch über die ganze Breite des Behälters und können längs der Stangen 5 verschoben werden, um den richtigen Abstand zwischen ihnen entsprechend der Größe der zu ätzenden Platte einzustellen. Bei den dar- _lOs estellten Ausführungsformen handelt es sich um verhältnismäßig schmale Platten, so daß die Kathode beträchtlich größer ist als die Anode. Die Streifen 7 erstrecken sich abwärts, und ihre horizontalen unteren Kanten H₀ liegen in kurzem Abstande über dem oberen Teil der Kathode. Sie bilden infolgedessen wirksame Stromlinienblenden, um eine übermäßige Einwirkung auf die Kanten der Platte 3 zu verhindern, welche auf den Trag- n₅ flächen 8 der Streifen ruht.

Mit der Platte^ wird durch das Kontaktlied 9 eine elektrische Verbindung hergestellt. Das Kontaktglied besteht aus einer Scheibe 10 aus dem gleichen Metall wie die Platte 3 und einem Gehäuse Ii aus Isolierstoff, welches als Halter für die Scheibe 10

und das Ende des biegsamen Verbindungskabels 2i dient. Die Scheibe io ist im mittleren Teil ihrer unteren Fläche ausgespart. Die wirksame Berührung wird durch das Gewicht des Kontaktgliedes gesichert. Zwischen dem Kontakt und der Platte besteht keine mechanische Verbindung, so daß das Glied 9 leicht von der Platte abgehoben und ersetzt werden kann, je nach den Erfordernissen der Behandlung der Platte während des Ätzvorganges.

Bei der Anordnung gemäß der Fig. ι und 2 besteht die Kathode aus einem durchlochten Zylinder 13, welcher von der Welle 4 mittels Endscheiben 14 aus Isolierstoff getragen wird. Zwischen dem Zylinder 13 und der Welle 4 wird eine elektrische Verbindung durch die geflanschte Scheibe 15 hergestellt, welche neben einer der Scheiben 14 liegt. Der übrige Teil der Welle innerhalb des Behälters wird vorzugsweise von einem Belag aus Isolierstoffeingeschlossen. DieWelle wird von Lagern in Gehäusen 16 getragen und ragt rechts (Fig. 1) heraus, wo sie durch eine Riemenscheibe 17 angetrieben wird und Strom durch einen auf der Welle befestigten Schleifring 18 und eine durch Kabel 20 verbundene Bürste 19 empfängt. Gemäß Fig. 2 nähert sich infolge ihrer zylindrischen Gestalt die Kathode 13 der Platte in der Mittelebene der Fig. 2 mehr als an ihren äußeren Teilen. Hierdurch wird eine gleichförmige Wirkung beim Ätzen der Platte erzielt und jedes übermäßige Ätzen an den Seiten der Platte rechts und links von der Mittellinie von Fig. 2 verhindert. Bei diesen Plattenseiten handelt es sich um die Kanten der Platte, die nicht durch die von den Trägerstreifen 7 gebildeten Ablenker abgeschirmt sind. Bei dieser Anordnung wird eine nahezu vollständige Gleichförmigkeit des Ätzens über die Plattenfläche für einen großen Bereich von Plattengrößen erreicht.

An jedem Ende des Zylinders 13 ist ein Zentrifugaltreibrad 21 angeordnet, das mit dem Innern des Zylinders 13 durch Bohrungen 22 in den Scheiben 14 in Verbindung steht. Jedes dieser Treibräder besteht aus einem Paar von auf der Welle 4 befestigten Scheiben und einem Zylinderring zwischen den Scheiben mit einer Reihe von radialen Öffnungen 23. Die Treib räder bestehen aus Isolierstoff.

Die Wirkung dieser Treibräder infolge der Drehung der Welle 4 besteht darin, durch die Durchlochungen in dem Kathodenzylinder 13 den Elektrolyten einzusaugen und ihn durch die Bohrungen 22 in die Treibräder zu führen und dann durch die radialen Bohrungen 23 abzugeben.

60" Um eine unzulässige Beeinflussung der ßadoberfläche zu vermeiden und einen kräftigen Umlauf des Elektrolyten zu erreichen, ist der Hauptteil der Badoberfläche von den Endteilen durch Wandungen 24 getrennt, welche sich von der Oberseite des Bades bis kurz unter den Badspiegel 2 des Elektrolyten erstrecken. Der Raum zwischen jeder dieser Wandungen 24 und dem benachbarten Ende des Bades nimmt die nach oben gerichtete Elektrolytabgabe vom Umfang eines Treibrades 21 auf. Das obere Ende jeder dieser schmalen Kammern ist vorzugsweise geschlossen, jedoch ist der Abschluß nicht notwendigerweise vollständig, so daß frei werdende Gase entweichen können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Kathode ebenfalls auf der Welle 4 befestigt, um umzulaufen und einen Teil der Vorrichtung zur Erzeugung der Bewegung oder des Umlaufes zu bilden. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Strom der Kathode durch die Welle 4 von dem Schleifring 18 der Bürste 19 und dem Kabel 20 zugeführt. Die Kathode besteht aus einer Anzahl von Ringen 25 aus Metall, zwisehen welchen "Ringe 26 aus Isolierstoff liegen. Diese beiden Ringsätze werden zwischen Endscheiben 27 mittels Bolzen 28 gehalten, welche ferner dazu dienen, um den Kathodenringen Strom von der Welle 4 zuzuführen. Ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. ι hat bei dieser Ausführungsform die Kreisform der Kathode rechtwinklig zu ihrer Längsachse die Wirkung, die Stromverteilung zwischen Anode und Kathode in Ebenen rechtwinklig zu der Achse der Welle 4 zu regeln. Bei der Ausführungsform· gemäß Fig. 3 besteht zusätzlich eine ähnliche Reglung in senkrechten Ebenen parallel zur Achse der Welle 4. Diese Reglung beruht darauf, daß der Durchmesser der Scheiben 25 von der Mitte der Kathode gegen ihre Enden abnimmt und das Äquivalent eines Zylinders ergibt, der sich gegen die Enden verjüngt.

Die aufrecht stehenden Teile der Ringe 26 zwischen den Kathodenringen 25 dienen als Ablenker und regeln ebenfalls in gewissem Grade die Stromverteilung.

Die Ringe 26 haben radiale Durchlochungen 26, die bei der Anordnung gemäß Fig. 3 dazu dienen, einen Ausfluß von Elektrolyt ra- '. dial von dem Kathodenkörper zu erzeugen, wenn die Welle 4 gedreht wird. Der Elektrolyt kann in das Innere der Ringe 25 und 26 durch Durchlässe 30 in den Endplatten 27 eintreten. Hierdurch kann ein Umlauf des Elektrolyten erzielt werden. Wahlweise kann eine ähnliche Anordnung wie diejenige gemäß Fig. ι gewählt werden, indem z. B. Treibräder 21 an den äußeren Flächen der Platten 27 befestigt werden. In diesem Falle würde der Elektrolyt durch die Durchlochun-

gen 29 ein- und durch die Treibräder 23 ausströmen, da letztere einen größeren Durchmesser haben als die Ringe 26.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die Kathode ortsfest und wird von einem aus Stangen 31 bestehenden Gitterkörper gebildet. Gemäß Fig. 5 haben diese Stangen halbkreisförmige Gestalt mit vorspringenden Enden, welche in mit Isolierstoff bedeckten Trägerstangen 32 befestigt sind. Die Stangen 32 stellen eine elektrische Verbindung mit den isolierten Leitern 33 an jedem Ende des Bades her. Das Gitter wird durch Arme 34 an den Endwänden des Behälters getragen. x5 Bei dieser Ausführungsform wird eine Reglung der Stromverteilung nicht nur durch die halbkreisförmige Gestalt erreicht, sondern auch durch die Unterteilung der Kathode in Stangen und die Änderung in dem Abstand dieser Stangen, die im mittleren Teil des Behälters dichter zusammenliegen als an den Enden (Fig. 4). Die Bewegung des Elektrolyten erfolgt durch den Zylinder 35 auf der Welle 4, welcher radiale Durchlochungen 36 und Endöffnungen 37 hat. In diesem Falle fließt der Elektrolyt von der Zylinderfläche des Zylinders 35 nach außen. Durch die Vereinigung dieses Zylinders mit zwei Treibrädern 21 in gleicher Anordnung wie in Fig. 1 kann der Strom des Elektrolyten an der Fläche des Zylinders 35 einwärts und an den Enden des Bades durch die Treibräder auswärts gerichtet werden.

Es ist allgemein vorteilhaft, jede der Flächen, auf deren einer Kante die Anodenplatte ruht, aus Gummi herzustellen, um einen nachgiebigen Träger zu bilden, welcher eine gute Berührung zwischen der Platte und dem Träger sichert und das Festsetzen von Gasblasen oder Teilchen aus festem Material an dieser Stelle verhindert.

Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und die vorstehende Beschreibung zeigen, wie die örtliche Stromdichte an der Anode geregelt wird, indem die Fläche der Kathode von einer mittleren Zone gegen die Seiten gekrümmt wird. In Fig. 1, 2 und 4 ist diese Krümmung in einer einzigen Ebene dargestellt. In Fig. 3 liegt die Krümmung in zwei zueinander, rechtwinkligen Ebenen, wobei die eine Krümmung auf der Kreisform der Kathodenringe und die andere Krümmung auf der Änderung im Durchmesser dieser Ringe beruht. Die Kathoden sind dort als einfach kreisförmig dargestellt. Wenn diese einfache Form nicht vollständig genügt, um die gewünschte Reglung der Stromverteilung zu erzielen, kann sie durch ortsfeste Metallteile ergänzt werden, die auf jede Seite des kreisförmigen Körpers aufgesetzt werden. Beispielsweise können die Stangen 31 (Fig. 5) auch seitlich entsprechend gekrümmt sein.

Das Aufbrechen der Metalloberfläche der Kathode entweder durch Zerlegen in besondere Teile wie in Fig. 3 und 4 oder durch Löcher wie in Fig. 1 hat nicht nur die bei diesen Ausführungsformen bereits erläuterten Vorteile, sondern auch den weiteren Vorteil, daß eine ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte auf der Anode verhindert wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ätzvorrichtung zum elektrolytischen Ätzen von Metallplatten oder ähnlichen Gebilden, dadurch gekennzeichnet, daß als Kathode ein gekrümmtes Gitter oder ein ähnliches Gebilde offener, vorzugsweise konvexer Bauart derart angeordnet ist, daß sie der Anode in der Mitte näher liegt als an den äußeren Teilen und daß innerhalb der Kathode an der von der Anode abliegenden Seite entweder als Teil der Kathode oder als besonderer Teil eine Vorrichtung angeordnet ist, um eine Strömung des Elektrolyten durch die Kathode zur Anode hin oder von dieser weg hervorzurufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode g₀ entweder zylindrisch ausgebildet ist oder gegen die Enden zu sich verjüngt und einen umlaufenden Rührer bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Ringen aus leitendem Stoff (25, Fig. 3) zusammengesetzt ist, die mit Ringen aus Isolierstoff (26) abwechseln, wobei einige dieser Ringe in radialer Richtung durchlocht sind (bei 29), um den Durchtritt too des Elektrolyten zu gestatten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Ringe (25, Fig. 3) hinsichtlich ihres Durchmessers allmählich von der Mitte gegen die Enden der Kathode hin abnehmen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen