DE659103C - Elektroplattierungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Elektroplattierungsvorrichtungen und insbesondere auf Vorrichtungen zum Plattieren und Formen von verhältnismäßig flachen Gegenständen. In der folgenden Darstellung wird das Ausfällen von Kupfer beschrieben. Die Erfindung kann aber mit dem gleichen Erfolg auch bei der Ausfällung von anderen Metallen benutzt werden.

In verschiedenen Industrien, beispielsweise in der Druckereiindustrie und der Schallplattenindustrie, ist es oft wünschenswert oder notwendig, eine Matrize innerhalb vier oder fünf Stunden herstellen zu können. Der Grund hierzu ist nicht nur das Bestreben, die Arbeitskosten aus wirtschaftlichen Gründen niedrig zu halten, sondern auch die Wiedergabe auf Grund der Matrize möglichst schnell zu erhalten. Es ist aber nicht nur von Wichtigkeit, daß die Matrizen rasch hergestellt werden, sondern es ist ebenso wichtig, daß die die Matrize bildenden elektrolytischen Niederschläge eine sehr feine Textur haben, damit in den Wiedergaben jede Einzelheit der Matrize genau dargestellt ist.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mittels welcher mit größerer Geschwindigkeit als bisher auf elektrolytischem Wege Metall mit sehr feiner Textur auf einer Fläche abgelagert werden kann.

Die Elektroplattierungsvorrichtung gemäß der Erfindung besitzt eine Anode und eine Kathode, welche in einer Kammer untergebracht sind und in entgegengesetzten Riehtungen gedreht werden können, sowie Mittel zum Aufspritzen von Elektrolyt auf die Kathodenoberfläche. In dieser Weise wird der Elektrolyt sehr stark bewegt. Die Vorrichtung ist vorzugsweise so eingerichtet, daß

der Elektrolyt dauernd nach Perioden von wenigen Sekunden vollständig erneuert wird. Die elektrolytische Ausfällung erfolgt vor-, zugsweise in einer Kammer, die so klein ist; wie es sich mit den physikalischen Verhält^ riissen vereinbaren läßt. Die Verwendung einer kleinen Kammer erleichtert in hohem'' Maße das Durchrühren, da in einer kleinen Kammer nur eine kleine Elektrolytmenge ίο vorhanden ist, die durchgerührt werden muß. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt in ihrer bevorzugten Ausführungsform einen verhältnismäßig großen Elektrolytbehälter, von dem eine oder mehrere kleine Kammern gespeist werden. Die kleinen Kammern können aus geschlossenen Zylindern bestehen, wobei die kräftige Bewegung des Elektrolytes in den Kammern durch in entgegengesetzten Richtungen umlaufende Elektroden und eine Reihe von feststehenden Düsen bewirkt wird. Für jede Kammer sind Einlauf- und Ablaufleitungen vorgesehen, und die gesamte Elektrolytmenge wird zwangsmäßig filtriert, bevor der Elektrolyt in die Kammern hineinströmt. Bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung ist es aber auch möglich, die Behandlung ohne Verwendung von Filtern durchzuführen.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht. Hierbei zeigt

Abb. ι in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eine Kammer mit der Elektrolytspritzvorrichtung,

Abb. 2 einen Schnitt durch die Mittelebene der Kammer gemäß Abb. i,

Abb. 3 und 4 einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt durch eine Spritzdüse, Abb. 5 schaubildlich eine Anlage gemäß der Erfindung mit mehreren Kammern, die von einem einzigen Behälter gespeist werden; Abb. 6 ist ein, Schaltbild der elektrischen

Anschlüsse zu den Kammern.

Abb. ι und 2 zeigen eine Kammer 10, welche von einem zylindrischen Mantel 11 und Stirnplatten 12 und 13 gebildet wird. Es ist nicht erforderlich, daß die Kammer die hier gezeigte zylindrische Form hat, da auch, falls erwünscht, anders geformte Kammern benutzt werden können. Die Kammer kann aus beliebigen Werkstoffen_^hergestelIt werden, aber in den meisten Fällen empfiehlt es sich, aus wirtschaftlichen Gründen Gußeisen zu verwenden. Die gesamte Innenfläche der Kammer 10 ist mit einer Schicht 14 aus Gummi oder einem anderen säurefesten Werkstoff ausgekleidet. Diese Schicht kann durch Vulkanisierung mit dem Gußeisen verbunden oder auf andere Weise unmittelbar auf dasselbe aufgetragen werden. Die Futterschicht verhindert eine elektrolytische Ablagerung auf den Wänden der Kammern und das Abreißen von Metallteilchen. Längs der Außenseite der Kammer 10 sind vier große Trag- _;ta|me 16, 17, 20 und 21 angeordnet, die Schar-.-ifiere 15 tragen, welche zum Aufhängen der !,(Stirnplatten 12 und :3 dienen. Die Tragv-arme 16 und 17 sind mit Flanschen 18 bzw. 19 zum Aufhängen der Kammer versehen. Soll die Kammer nicht hängen, sondern von einer unteren Stütze getragen werden, so können die Flanschen 18 und 19 auf den unteren Tragarmen 20 und 21 angeordnet werden. Es ist auch möglich, sämtliche Tragarme mit Flanschen zu versehen, so daß die Kammer sowohl von oben wie von unten gestützt werden kann. Die Stirnplatten 12 und 13 werden am Zylinder 11 mittels kleiner Handräder 22 * befestigt, die längs des Randes jedes Deckels verteilt sind. Der Zylinder 11 besitzt entsprechend geformte Zungen 23 mit Löchern, in welche die Handräder 22 hineingeschraubt werden können. Zwischen den Stirnplatten und dem Zylinder 11 sind Dichtungsringe 24 aus Gummi angebracht, die einen wasserdichten Verschluß bilden. Abb. 2 zeigt drei Einlaßöffnungen 25, 26 und 27, aber diese Anzahl kann, falls erwünscht, vergrößert oder verringert werden. Am Boden der Kammer sind zwei Abflußöffnungen 28 und 29 vorgesehen. Die genaue Anzahl und die Lage dieser öffnungen muß von Fall zu Fall festgelegt werden. Eine kleine Kontrollöffnung 30 im obersten Teil des Zylinders 1 r dient zur Feststellung, wann die Kammer vollständig mit Elektrolyt gefüllt ist. Ferner kann durch diese öffnung, unter Verwendung eines nicht dargestellten Entlastungsventilhahns, Luft in die Kammer hineingelassen werden, um das Entleeren derselben zu erleichtern. Eine ähnliche öffnung 31 am untersten Teil der Kammer dient zur vollständigen Entleerung derselben. Sämtliche Öffnungen sind mit Gewinde zur Aufnahme von Paßstücken versehen. i°5

In den öffnungen 25, 26 und 27 sind Düsen 32, 33 und 34 befestigt. Jede Düse besteht vorzugsweise aus einem Zylinder mit Längsschlitzen 35 oder anderen geeigneten öffnungen, durch welche der Elektrolyt in die Kam- mer hineinströmen kann. Die Bohrung der Düse wird mittels eines keilförmigen Stöpsels 36 fortschreitend eingeengt, so daß der Elektrolytdruck über die ganze Länge der Düse im wesentlichen dieselbe Höhe hat. Es 'ist aber nicht notwendig, die Düsen in dieser Weise einzuengen, da Düsen, deren Bohrung über die ganze Länge denselben Durchmesser hat, auch verwendet werden können. Die Düsen können-von gleicher Länge sein oder verschiedene Längen habea. Vorzugsweise werden sie aber so bemessen, daß sie zu-

sammen eine solche Länge haben, daß die ganze zu überziehende Fläche wirksam bespritzt werden kann. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, auch die Anode zu bespritzen, um angesammelten Schlamm zu entfernen. Der größte Abstand zwischen einer Düse und der zu überziehenden Fläche beträgt üblicherweise nur wenige Millimeter. AVie in Abb. 3 angedeutet,- wird der Strahl vorzugsweise unter einem Winkel zu der Oberfläche und gegen die Umlaufrichtung derselben gerichtet. Dies ist jedoch nicht von wesentlicher Bedeutung.

In der Kammer 10 sind auch die Anode 38 und die Platte 37, die die Kathode tragen soll, angeordnet. Diese Elektroden bestehen vorzugsweise aus flachen Scheiben, aber es ist nicht notwendig, daß sie diese Form haben. Da die Elektroden eine verhältnismäßig hohe Umdrehungsgeschwindigkeit haben, die bei der hier dargestellten Ausführungsform beispielsweise etwa 175 Umdrehungen je Sekunde beträgt, müssen sie dynamisch ausgewuchtet sein, um unnötige Schwingungen

zu vermeiden. "Die hier gezeigte Rückplatte 37, welche aus Metall besteht und eine kleine Vertiefung hat, dient zur Aufnahme einer Schallplatte, die durch Elektroplattierung mit einem Überzug versehen werden soll. Die Schallplatte wird auf eine Schraube 39 aufgeschraubt, die in einer Spindel-40 befestigt ist, welche am einen Ende einen verbreiterten Schaft 41 besitzt. Das entgegengesetzte Ende 42 der Spindel 40 ist mit Linksgewinde versehen und dient zur Aufnahme eines Handrades 43, das, wenn die Spindel herausgenommen ist, von einem Ring 44 festgehalten wird, der auf dem Lagerendmantel 45 sitzt. Durch Drehung des Handrades 43 kann auf diese Weise die Spindel 40 in der Längsrichtung bewegt werden, um das verbreiterte Spindelende mit einer drehbaren Welle 46 in Reibungseingriff zu bringen oder es von dieser Welle zu lösen. Die Welle 46 wird über ein Reduktionsgetriebe beliebiger Art von- einem Motor 47 angetrieben.

Auf der Welle 46 sitzt ein Schleif ring 48, gegen welchen 'Bürsten 49 anliegen. Über diese Bürsten wird dem Schleifring 48 Plattierungsstrom zugeführt. Eine Stopfbüchse

50 aus säurefestem Werkstoff verhindert, daß der Elektrolyt aus der Kammer 10 entweicht. Eine Lagernäche, bestehend aus einer Hülse

51 aus Hartgummi oder einem anderen säurefesten Werkstoff' ist vorgesehen, um die Welle 46 gegen die Einwirkung des Elektrolyten zu schützen. Der Elektrolyt wirkt auch als Schmiermittel zwischen der Stopfbüchse 50 und der Hülse 51.

Der Motor 47 und das zugehörige Getriebe werden von einem geeigneten Tragarm 52 getragen, der einen Teil der Stirnplatte 13 bilden kann. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden Anode und Kathode getrennt angetrieben, aber es ist auch möglich, einen gemeinsamen Antrieb für beide Elektroden zu verwenden.

Falls erwünscht, kann in dem Zwischenraum zwischen der Anode und der Kathode eine Scheibe aus Filterstoff (nicht dargestellt) angeordnet w.erden, um zu verhindern, daß der sich auf der Anode bildende Schlamm auf die Kathode hinübertritt und sich dort ablagert. Wenn es erforderlich ist, kann auch in ähnlicher Weise ein Plattierungsschild aus Isolierstoff angeordnet werden, der solche Abmessungen hat, daß eine unverhältnismäßig starke Ablagerung längs des Randes der zu überziehenden Fläche verhindert wird.

Auf der Anodenseite können der Motor 53, das Reduktionsgetriebe 54, die Bürsten 55 und der Tragarm 56 von genau derselben Art sein wie die entsprechenden Vorrichtungen auf der Kathodenseite. Die Welle 57 braucht aber nicht hohl zu sein, da die Anode 38 nicht, wie dies bei der Kathode der Fall ist, von einer Spindel, sondern von einer Schraube y^ getragen wird. Der Kopf dieser Schraube muß durch zweckmäßige Mittel gegen die Einwirkung der Elektrolyse geschützt werden.

An einer oder mehreren Stellen des Maschinenrahmens muß Isolation angeordnet werden, damit der Strom nur durch die Elektroden und den Elektrolyten von dem einen Schleifring zum andern fließen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform kann dies so gehandhabt werden, daß die Scharniere und die Handradbefestigungsstellen isoliert werden.

Abb. S zeigt eine typische Anlage gemäß der Erfindung, bestehend aus einer Gruppe von einzelnen Elektroplattierungseinheiten. Diese Einheiten 10 sind an Gestellen 59 aufgehängt, die aus Winkeleisen oder anderen geeigneten Werkstoffen hergestellt werden können. Der Elektrolyt 60 wird von einem gemeinsamen Behälter 61 zugeführt,, der in demselben Raum wie die Einheiten 10 oder in einem anderen Raum untergebracht ist. Der Behälter liegt hierbei vorzugsweise etwas tiefer als die Einheiten. Der Elektrolyt wird mittels einer von einem Motor angetriebenen Pumpe 62 durch ein Filter 63 einem Hauptverteilungsrohr 64 zugeführt, welches den Elektrolyt an ein oder mehrere Verteilungsrohre 65 abgibt, von denen der Elektrolyt in die verschiedenen Einheiten 10 gelangt. Jede Einheit besitzt ein Einlaßventil 66 und ein Auslaßventil 67, so daß die Elektrolytzufuhr an jede Einheit, unabhängig von den anderen Einheiten, geregelt werden kann. Der wieder aus den Einheiten heraustretende Elektrolyt wird aufgesammelt und iströmt darauf, vor-

zugsweise unter Mitwirkung der Schwerkraft, durch ein Sammelrohr 68 in den Behälter 61 zurück. Jede beliebige Anzahl Einheiten kann von'einem einzigen Behälter gespeist 5" und jede beliebige Anzahl kann gleichzeitig in Betrieb gehalten werden. Kein Elektrolyt kann in eine'Einheit gelangen, ohne zuerst das Filter 63 passiert zu haben, so daß also die Filterbehandlung eine gezwungene ist. ίο Das Filter kann aber auch in dem Sammelrohr untergebracht werden, durch welches der Elektrolyt in den Behälter zurückfließt, oder gänzlich fortgelassen werden. Der Elektrolyt wird mit einer so hohen Geschwindigkeit durch die Anlage gepumpt, daß er dauernd innerhalb Perioden von wenigen Sekunden vollständig erneuert wird. Der Behälter 61 ist vorzugsweise mit Mitteln zur Regelung der Elektrolyttemperatur versehen. Die elektrischen Anschlüsse zu den Elektroden sind in Abb. 6 schematisch dargestellt. Eine geeignete Plattierungsstromquelle 69 liefert Strom an mehrere parallel geschaltete Einheiten über Schalter 70, Regulienviderstände 71, Anodenkontaktringe 55, Katliodenkontaktring 48 und ein Amperemeter jz. Da der Elektrolyt so häufig erneuert wird, ist es bei der Ausfällung von Kupfer leicht möglich, mit Stromdichten von 0,375 Amp. J^e Ouadratzentimeter oder mehr zu arbeiten. Da die ausgefällte Metallmenge proportional der Anzahl der aufgewandten Amperestunden ist, ist es zweckmäßig, jede Einheit mit einem Amperestundenmesser zu versehen, damit festgestellt werden kann, wann genügend Metall ausgefällt ist. ■

Die beschriebene Vorrichtung wirkt in der folgenden Weise: Zunächst wird der zu plattierende Gegenstand auf der in der Kathodentragplatte 37 sitzenden Schraube 39 befestigt. Dies erfolgt außerhalb der Maschine. Dann wird die Stirnplatte 13 geöffnet, die Spindel 40 in die Welle 46 eingesetzt und das Handrad 43 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, bis eine feste Berührung zwischen dem Ende der Welle 46 und der Rückseite der Kathodentragplatte 37 und zwischen dem verbreiterten Teil der Spindel und der Welle hergestellt ist. Sämtliche Teile des Gegenstandes, die nicht plattiert werden sollen, werden mit einem geeigneten isolierenden Schirm bedeckt. Falls erwünscht, kann auch die Rückseite der Anode in ähnlicher Weise von dem Elektrolyt abgeschirmt werden. Nachdem der Gegenstand auf der Kathodentragplatte befestigt ist, wird die Stirnplatte 13 durch Anziehen der Handräder 22 am Zylinder 11 befestigt. Der Anodendeckel 12 wird ebenfalls befestigt, und die Ausfällung kann jetzt eingeleitet werden. Zu diesem Zwecke werden zuerst beide Elektroden in Umdrehung versetzt, und mit geschlossenem oder teilweise geschlossenem Auslaßventil 67 wird Elektrolyt in die Kammer hineingelassen, bis derselbe aus der Kontrollöffnung 30 heraustritt, die beispielsweise durch eine Glasrohre (nicht dargestellt) mit dem Rückfluß rohr 68 in Verbindung stehen kann. Jetzt wird das Auslaßventil 67 geöffnet, und der Elektrolyt kreist durch die ganze Einheit. Sodann wird der Plattierungsstrom eingeschaltet. Wenn die Verhältnisse es erforderlich machen, wird mit einem verhältnismäßig schwachen Strom angefangen, dessen Stärke allmählich erhöht wird, bis der Höchstwert erreicht ist. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis genügend Niederschlag entstanden ist, worauf der Strom ausgeschaltet w^Tird, die Motoren abgestellt werden, das Einlaßventil geschlossen, das in der Kontrollöffhung 30 sitzende Entlastungsventil geöffnet, das Auslaßventil 67 offengelassen und die Kammer 10 von Elektrolyt vollständig entleert werden. Die Stiriiplatte 13 kann darauf geöffnet werden, worauf der behandelte Gegenstand entfernt und ein nicht behandelfer Gegenstand auf der Kathodentragplatte 37 angeordnet wird. Der beschriebene Arbeitskreislauf kann so oft, wie erwünscht, wiederholt werden. In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Maschine während der Behandlung ein oder mehrere Male zum Stehen zu bringen und die Kathodenfläche zu untersuchen, um festzustellen, ob Körnchen oder andere Unebenheiten vorhanden sind. Derartige Körnchen usw. können leicht durch zweckmäßige Abreibemittel beseitigt werden, worauf die Maschine wieder geschlossen und die Behandlung fortgesetzt wird. Wenn die Kathodenfläche .geglättet worden ist, kann es auch in gewissen Fällen zweckmäßig sein, nach dem erneuten Schließen der Maschine die Polarität für einen Augenblick umzukehren, um evtl. entstandene blanke Stellen anzurauhen. Dies verhindert eine Schichtbildung im Niederschlag.

Die Ausfällung erfolgt mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß, wenn es sich um eine Schallplattenmatrize handelt, ein Negativ innerhalb 3 bis 4 Stunden oder in noch kürzerer Zeit elektroplattiert werden kann, während die bisher verwendeten Vorrichtungen eine Behandlungszeit von 35 bis 40 Stunden erforderten.

Wie bekannt, steigt die Feinheit der Textur des Niederschlages mit der Höhe der Stromdichte, vorausgesetzt, daß sonst die allerbesten Plattierungsbedingungen vorhanden sind.

Durch die Erfindung sind somit Mittel geschaffen worden, um innerhalb kürzerer Zeit als bisher einen Niederschlag von feinerer Textur zu erzeugen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektroplattierungsvorrichtung, bestehend aus einer geschlossenen Kammer, in der Anode und Kathode untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen flache Anode, (38) und Kathode (37) in parallelen Ebenen, aber in entgegengesetzten Richtungen drehbar angeordnet - sind, daß durch Anordnung von Zuflußdüsen und Abflußöffnungen für einen schnellen Elektrolytumlauf Soige getragen ist, und daß die Düsen so angeordnet sind, daß sie den Elektrolyten auf, die Kathodenoberfläche spritzen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) einen Behälter bildet, der aus einem Paar durch Scharniere miteinander verbundener Teile (12, 13) besteht, wobei der eine dieser Teile (12) die Anode (38) und der andere Teil (13) die Kathode (37) trägt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drehen der Anode und der Kathode gesonderte Antriebsmotoren (47 und 53) vorgesehen sind, welche ebenfalls auf den Behälterteilen (12 und 13) befestigt sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt auf die Kathodenoberfläche durch feststehende Düsen (32, 33, 34) aufgespritzt wird, die radial zu der drehbaren Kathode angeordnet sind, und deren Innenquerschnitt' in der Richtung, in welcher der Elektrolyt sie durchströmt, derart abnimmt, daß der Elektrolyt mit gleichbleibendem Druck gegen die Kathodenoberfläche anschlägt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern (10) an einen gemeinsamen Behälter (60) angeschlossen sind, der den Elektrolyt liefert, und daß der Elektrolyt nach der Durchströmung durch die Kammern in den gemeinsamen Behälter zurückgeleitet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen