DE69827321T2

DE69827321T2 - Voorichtung und Verfahren zur Elektroplattierung eines Tiefdruckzylinders unter Verwendung von Ultrashallenergie

Info

Publication number: DE69827321T2
Application number: DE69827321T
Authority: DE
Inventors: Hubert F Metzger
Original assignee: Metzger Hubert F Brookfield
Current assignee: Metzger Hubert F Brookfield
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2018-04-30
Also published as: EP0882817A3; EP0882817A2; US5925231A; DE69827321D1; EP0882817B1

Description

US-A-3,933,601 offenbart eine Vorrichtung zur galvanischen Behandlung eines länglichen Objektes, wie z. B. eines sich drehenden Zylinders, das an einer Tragvorrichtung befestigt und von einer durch längliche Metallelemente gebildeten Anode umgeben ist, mit der Hilfe von Ultraschallenergie zum Zwecke der Verbesserung der Eigenschaften der Beschichtung in einem zeiteffizienteren Prozess.
DE-A-41 13 361 offenbart die galvanische Behandlung eines Rotationstiefdruckzylinders in einer Vorrichtung, die im wesentlichen alle Merkmale der aus US-A-3,933,601 bekannten Vorrichtung aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer herkömmlichen Vorrichtung zum Galvanisieren eines Rotationstiefdruckzylinders ist es üblich, den Zylinder (der elektrisch als eine Kathode geladen ist) in einem Behälter zu drehen, der mit einem Elektrolyten und mit Kupferstäben oder Kupferklumpen (elektrisch als eine Anode aufgeladen) gefüllt ist, wie es in dem US-Patent Nr. 4,352,727, erteilt an Metzger, offenbart ist (wobei die Kupferklumpen in einem Satz von Körben getragen werden, die aus Titan oder aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind und um jede Seite des Zylinders herum angeordnet sind), oder der einfach mit einer Galvanisierungslösung gefüllt ist.
In der in dem US-Patent Nr. 4,352,727 aufgezeigten Anordnung, ist der obere Rand der jeweiligen Körbe unterhalb der Oberfläche des Elektrolytbads angeordnet, um auf diese Weise die freie Zirkulation einer konstant aufgefrischten (d. h. gefilterten) elektrolytischen Flüssigkeit oder elektrolytischen Lösung zu sichern. Die elektrolytische Flüssigkeit wird aus einer Sammelleitung, die dem Boden eines der Körbe benachbart ist, in Richtung der Zylinderdrehung in den Behälter gepumpt.
Die Oberseite des zu galvanisierenden Rotationszylinders ist geringfügig über dem Oberflächenpegel der elektrolytischen Flüssigkeit angeordnet, so dass eine Waschwirkung auftritt, wenn die Oberfläche des Zylinders die Oberfläche des Elektrolyten durchbricht. Die Ionen bewegen sich während des Galvanisierungsprozesses von den Kupferstäben oder Kupferklumpen durch die elektrolytische Flüssigkeit zu der Oberfläche des Rotationszylinders (oder in die umgekehrte Richtung beim Entfernen des galvanischen Überzugs). Wenn das Galvanisieren direkt aus einer Galvanisierungslösung erfolgt, bewegen sich die Ionen von der Lösung zu der Oberfläche des Rotationszylinders.
Über die Zeit haben Verfeinerungen dieses Systems die zufriedenstellende Steuerung dieses Galvanisierungsprozesses erleichtert, um den gewünschten oder erforderlichen Grad der gleichmäßigen Galvanisierung und der Gleichförmigkeit der galvanisierten Oberfläche des Zylinders zu erreichen. Der gesamte Prozess ist jedoch vergleichsweise langsam und es können nach dem Galvanisieren zusätzliche Polierschritte erforderlich sein um eine gewünschte gleichmäßige Oberfläche (z. B. Rauhigkeit an der Kornstruktur) auf dem Zylinder zu erzeugen. Gemäß der bekannten Anordnung kann der Gesamtwirkungsgrad des Prozesses, der erforderlich ist, um eine ausreichend gleichmäßig galvanisierte Oberfläche auf dem Zylinder zu erzeugen, entweder durch Verringerung der Stromdichte, wodurch die Galvanisierungszeit ansteigt, jedoch die Anzahl oder die Dauer der zusätzlichen Polierschritte abnimmt, oder durch Erhöhung der Stromdichte, wodurch die Galvanisierungszeit geringer wird, jedoch die Anzahl oder die Dauer der zusätzlichen Polierschritte zunimmt, eingestellt werden.
Ferner kann bei der bekannten Anordnung während des Betriebs die Neigung bestehen, dass sich während des Galvanisierungsprozesses an und um den Zylinder herum Kupferschlamm ansammelt, der unebene und unerwünschte Kupferablagerungen bildet, normalerweise in Bereichen geringer Stromdichte, (wie zum Beispiel am weitesten von dem Kupferzylinder entfernt). Ein Kupferschlamm kann sich auch zwischen den Kontaktflächen der Titankörbe oder der Bleikontakte aufbauen. Ferner können andere Oberflächen durch Schlamm und andere Gegenstände verunreinigt werden.
Ultraschallwellenenergie ist erfolgreich bei Oberflächenreinigungsanwendungen verwendet worden. Die lange bekannten Vorteile bei der Verwendung von Ultraschallenergie beim Galvanisieren sind auch in solchen Beiträgen beschrieben worden, wie "Ultraschall in der Galvanisierungsindustrie", Plating, S. 141–147 (August 1967) und "Ultraschall verbessert, verkürzt und vereinfacht Galvanisierungsvorgänge", MPM, S. 47–49 (März 1962), die beide durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Es ist erkannt worden, dass Ultraschallenergie vorteilhaft verwendet werden kann, um die Qualität (z. B. Gleichmäßigkeit und Einheitlichkeit der Kornstruktur) eines Galvanisierungsprozesses durch Gleichmäßigkeit und Effektivität der Ionenbewegung zu verbessern. In anderen Anwendungen hat sich herausgestellt, dass Kupfer in einem Produktionssystem auf eine Oberfläche galvanisiert werden kann, das Ultraschallenergie bis zum Vierfachen der gewöhnlich möglichen Stärke verwendet. Es ist weiterhin ermittelt worden, dass die Verwendung von Ultraschallenergie in einem Galvanisierungsprozess eine Erhöhung sowohl der Anoden- als auch der Kathodenstrom-Effektivität und ferner den praktischen Nutzen des schnelleren Galvanisierens bei geringerer Wasserstoffversprödung (d. h. weniger Oxidation des Wasserstoffs auf den Flächen, auf denen der galvanische Überzug erzeugt und entfernt wird) bewirkt.
Es würde daher vorteilhaft sein, eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, die dazu ausgestaltet ist, sich die Vorteile der Ultraschallenergie bei der Galvanisierung eines Rotationstiefdruckzylinders zu Nutze zu machen. Es würde weiterhin vorteilhaft sein, eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, die dazu ausgestaltet ist, Ultraschallenergie bei der Galvanisierung eines Rotationstiefdruckzylinders zu verwenden, um eine gleichmäßigere und einheitlichere Kornstruktur auf der galvanisierten Oberfläche des Zylinders durch einen effektiveren Prozess zu erhalten. Weiterhin würde es vorteilhaft sein, eine Vorrichtung zum Galvanisieren eines Rotationstiefdruckzylinders zur Verfügung zu haben, die Ultraschallenergie verwendet, um den Aufbau von Kupferschlamm (oder von anderem Schlamm) während des Galvanisierungsprozesses auszuschließen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen und Entfernen eines galvanischen Überzugs auf bzw. von einem Rotationstiefdruckzylinder wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist. Die Vorrichtung weist einen Galvanisierungsbehälter, der angepasst ist, um den Zylinder drehbar zu halten und um eine Galvanisierungslösung zu enthalten, so dass der Zylinder zumindest teilweise in der Galvanisierungslösung angeordnet ist, eine Haltestruktur bzw. Befestigungskonstruktion in dem Behälter teilweise auf jeder Seite des Zylinders und allgemein unter dem Zylinder und eine Vielzahl von Leitern auf, die zumindest teilweise in der Galvanisierungslösung angeordnet sind. Eine Stromquelle ist elektrisch mit den Leitern und mit dem Zylinder verbunden. Ein Ultraschallsystem bringt Wellenenergie in die Galvanisierungslösung ein. Das Ultraschallsystem weist mindestens ein Wandlerelement, das in dem Behälter befestigt werden kann, und einen Energiegenerator auf, der angepasst ist, um elektrische Energie an das mindestens eine Wandlerelement zu liefern.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer Galvanisierungsvorrichtung für einen Rotationstiefdruckzylinder gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht und weggeschnittene Ansicht der Vorrichtung von 1.
3 ist eine Perspektivansicht der Vorrichtung von 1, welche ein Korbsystem darstellt, das dazu angepasst ist, Kupferklumpen oder Ähnliches aufzunehmen.
4 ist eine Schnittansicht eines Galvanisierungsbehälters der Vorrichtung von 1, welche einen Zylinder und das Korbsystem darstellt.
5 ist eine Schnittansicht für eine Hebevorrichtung für die Vorrichtung von 1.
6 ist eine Draufsicht und weggeschnittene Ansicht eines Korbsystems für eine Galvanisierungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführung.
7 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung von 6.
8 ist eine Schnittansicht einer Wandleranordnung und eines Korbsystems für eine Galvanisierungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführung.
9 ist eine Schnittansicht einer Wandleranordnung und eines Korbsystems für eine Galvanisierungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführung.
10 ist eine Schnittansicht eines Galvanisierungsbehälters gemäß einer alternativen Ausführung.
11 ist eine schematische Darstellung des Ultraschallwandlersystems.
12 ist eine Schnittansicht eines Galvanisierungsbehälters gemäß einer weiteren alternativen Ausführung, der dazu ausgestaltet ist, einen Rotationstiefdruckzylinder direkt aus einer Galvanisierungslösung zu galvanisieren.
13 ist eine geschnittene und partielle Ansicht eines Galvanisierungsbehälters gemäß einer weiteren alternativen Ausführung, der dazu ausgestaltet ist, einen Rotationstiefdruckzylinder direkt aus einer Galvanisierungslösung zu galvanisieren.
14 ist geschnittene und partielle Ansicht eines Galvanisierungsbehälters gemäß einer weiteren alternativen Ausführung.
15 ist eine schematische Ansicht eines konventionellen Drucksystems.
16 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Systems zum Gravieren eines Bildes auf einen Rotationstiefdruckzylinder.
17 ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Galvanisierungsbehälters (mit einem Rotationstiefdruckzylinder) gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
18 und 18A sind geschnittene Endansichten und geschnittene Ansichten des Galvanisierungsbehälters aus 17.
19 ist eine geschnittene Seitenansicht und eine Ansicht des Galvanisierungsbehälters (mit einem Rotationstiefdruckzylinder) aus 17.
20 und 21 sind Ansichten beispielhafter Ausgestaltungen von Ultraschallwandlerelementen in einem Galvanisierungsbehälter gemäß alternativen Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine schematische geschnittene perspektivische Ansicht eines Galvanisierungsbehälters, die alternative Ausgestaltungen von Ultraschallwandlerelementen zeigt.
23 ist eine geschnittene Seitenansicht und eine geschnittene Ansicht eines Galvanisierungsbehälters (mit einem Rotationstiefdruckzylinder) gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine geschnittene Endansicht und eine geschnittene Ansicht des Galvanisierungsbehälters aus 23.
25 und 25A sind Schnittansichten der Halteanordnung eines Ultraschallwandlerelements in dem Galvanisierungsbehälter aus den 18 und 18A.
26 ist eine schematische Ansicht eines Ultraschallwandlerelements.
27 ist eine schematische Ansicht der Kornstruktur eines gemäß eines herkömmlichen Verfahrens galvanisierten Rotationstiefdruckzylinders.
28 ist eine schematische Ansicht der Kornstruktur des gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung galvanisierten Rotationstiefdruckzylinders.
29 ist eine Mikrofotografie der Oberfläche eines Rotationstiefdruckzylinders, der 27 entsprechen soll.
30 ist eine Mikrofotografie der Oberfläche eines Rotationstiefdruckzylinders, der 28 entsprechen soll.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Bezug auf 1 bis 4 nehmend, ist dort eine bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung zum Galvanisieren eines Rotationstiefdruckzylinders dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist einen Galvanisierungsbehälter 12 mit den Seitenwänden 12a und 12b, und den Wänden 12d und 12e und dem Boden 12c auf. Der Galvanisierungsbehälter 12, wie er in 1 dargestellt ist, enthält eine elektrolytische Flüssigkeit (z. B. Kupfersulfat oder Ähnliches in einer geeigneten Lösung), bezeichnet mit dem Buchstaben F, auf einem Pegel (bezeichnet durch den Bezugsbuchstaben L), der durch die Höhe eines Überlaufs 72 (z. B. der Oberkante der Seitenwand 12b) reguliert wird. Ein Rotationstiefdruckzylinder 20, auf dem ein galvanischer Überzug erzeugt werden soll (oder von dem er entfernt werden soll), ist drehbar an seinen Enden gelagert (z. B. auf einer sich dadurch erstreckenden Mittelwelle), um etwa über die Hälfte bis zu einem Drittel des Zylinderdurchmessers in die elektrolytische Flüssigkeit eingetaucht zu sein. Der Zylinder 20 ist an seinen Enden durch Lager innerhalb eines Zapfens 22 drehbar gelagert, in welchem er drehend durch eine geeignete Kraftvorrichtung (nicht dargestellt) angetrieben wird. Der Zylinder 20, der in den Figuren als ein Zylinder in Standardgröße dargestellt ist (z. B. als ein Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 800 bis 1500 mm), ist in dichter Nähe zu einem Korbsystem 30 angeordnet. Gemäß alternativen Ausführungen können auch Zylinder mit anderen Durchmessern angeordnet sein.
Gemäß jeder bevorzugten Ausführung sind das Behältersystem sowie das Zylinderhalte- und Zylinderantriebssystem in herkömmlicher Weise angeordnet, die Fachleuten mit gewöhnlicher Qualifikation auf dem Fachgebiet des Galvanisierens von Rotationstiefdruckzylindern bekannt ist. In jeder bevorzugten Ausführung weist die Vorrichtung 10 ein Korbsystem 30 auf, das ein Korbfach 32 oder eine Mehrzahl von Korbfächern 32 aufweist, die durch eine Reihe von seitlichen und inneren Trennwänden 31 gebildet werden. Das Korbsystems 30 ist in jeder bevorzugten Ausführung in der elektrolytischen Flüssigkeit unterhalb des Pegels 70 der elektrolytischen Flüssigkeit angeordnet. Um einen vollständigen und konstanten Austausch der elektrolytischen Flüssigkeit zu sichern, werden die äußeren Seitenwände der Korbfächer 32 unterhalb des Pegels L gehalten, weil ansonsten der Fluss der elektrolytischen Flüssigkeit zwischen den Korbfächern 32 und dem Zylinder 20 stagniert und das möglicherweise ein Überhitzen hervorrufen kann. Die elektrolytische Flüssigkeit selbst weist eine Zusammensetzung auf, die Fachleuten mit gewöhnlicher Qualifikation auf dem Fachgebiet des Galvanisierens bekannt ist. Sie setzt sich zum Beispiel aus einer Lösung von 220 bis 250 Gramm/Liter Kupfersulfat und 60 Gramm/Liter Schwefelsäure zusammen, um den Behälter 12 bis zum Pegel L zu füllen.
Wie in 2 dargestellt, enthalten die Korbfächer 32 des konkav-konvexen Korbsystems 30 Klumpen 34 eines Metallmaterials, wie zum Beispiel Kupfer, das auf den Zylinder 20 galvanisiert (oder von ihm entfernt) werden soll. Die Korbfächer 32 und die Trennwände 31 (dargestellt in 2 bis 4) werden aus einem geeigneten Metallmaterial gebildet, normalerweise aus Titan, oder in einer alternativen Ausführung aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel Polypropylen (wie in 7 dargestellt). Die Anordnung eines Korbsystems dieses Basistyps ist in dem US-Patent Nr. 4,352,727, erteilt an Metzger, offenbart. Wie dargestellt haben die Korbfächer 32 des Korbsystems 30 konkave Wände, die in Richtung auf die Oberfläche des Zylinders 20 angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführung beträgt der Abstand zwischen der Anodenoberfläche des Korbsystems 30 bis zu der Kathodenoberfläche des Zylinders 20 etwa 40 bis 60 mm. Gemäß jeder bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umschließt das Korbsystem 30 keinen wesentlichen Teil des äußeren Umfangs des Zylinders 20. (Dieses Verhältnis kann in alternativen Ausführungen, die ein Korbsystem mit größeren Abmessungen bezüglich dem Zylinder verwenden, variieren.) Wie in 3 und 4 dargestellt, ist das Korbsystem 30 an einem Paar von Schienen 40, die sich entlang den Wänden 12a und 12b des Galvanisierungsbehälters 12 erstrecken, an einer Reihe von Aufhängeeinrichtungen aufgehängt, die als Bleianoden 42 dargestellt sind. (Die Schienen 40 sind in 1 an einer Verstärkungsstruktur 41 montiert dargestellt. Gemäß einer alternativen Ausführung können die Enden der Schienen 40 von den Behälterenden oder von den Seitenwänden unterstützt sein.)
Die Bleianoden 42 stellen die elektrische Verbindung zu den Schienen 40 (z. B. Sammelschienen) über das Korbsystem 30 und durch die Korbfächer 32 in einer Art und Weise bereit, um ebenfalls eine elektrische Verbindung zu den elektrisch leitenden Klumpen 34 zur Verfügung zu stellen. (Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden Mini-Kupferklumpen mit hohem Phosphorgehalt, vorzugsweise mit 0,04 bis 0,06 Prozent Phosphor, verwendet.) Wie in 3 und 4 dargestellt, werden die Klumpen 34 in den Korbfächern 32 mit darüberliegender Kunststoff verkleidung 36 aufgenommen (teilweise weggeschnitten dargestellt, um die Klumpen 34 sichtbar zu machen). (Kunststoffabdeckplatten können verwendet werden, wenn ein Zylinder mit kürzerer Länge galvanisiert wird, um auf diese Weise ein Über-Galvanisieren an den Zylinderenden zu verhindern). Gemäß der vorliegenden Ausführung dienen die Bleianoden 42 (z. B. gekrümmte, flache Streifen) als strukturelle Abstützungen (z. B. Aufhängeeinrichtungen) für das Korbsystem 30. Die Bleianoden 42 sind mit den stromführenden Schienen 40 an Verbindungen mechanisch befestigt und elektrisch gekoppelt, die Befestigungselemente verwenden, die als Bolzen 100 dargestellt sind. (Gemäß einer insbesondere bevorzugten Ausführung weisen die Innenwände der Korbfächer 32 Perforationen auf und die Außenwände der Korbfächer 32 sind massiv, mit Ausnahme von zwei Reihen von Löchern nahe ihrer oberen Ränder, die das Fließen der Galvanisierungslösung durch die Korbfächer 32 ermöglichen). Die oberen Abschnitte 42a der Bleianodenstreifen 42 sind tauchbeschichtet, um sie gegen die elektrolytische Flüssigkeit zu schützen und die unteren Abschnitte 42b der Bleianoden 42 sind ungeschützt und innerhalb der Korbfächer 32 angeordnet, um den elektrischen Kontakt mit den Kupferklumpen 34 aufrechtzuerhalten. Im Betrieb schützt das Packen der Kupferklumpen 34 rund um die Bleianoden 42 herum und zwischen die Bleianoden 42 und den zu galvanisierenden Zylinder 20 die Bleianoden 42 gegen Verschleiß.
Zum Galvanisieren des Zylinders sind die Schienen mit einer Anodenseite einer Galvanisierungsstromversorgung (z. B. mit einer Stromquelle bekannter Ausgestaltung) verbunden, und der Zylinder ist mit einer Kathodenseite der Stromversorgung verbunden. Zum Entfernen des galvanischen Überzugs sind die Anoden-Kathoden-Verbindungen umgekehrt. Wenn der Zylinder abgedruckt ist (d. h. nachdem er galvanisiert und geätzt worden ist), wird er zu der Galvanisierungsvorrichtung zurückgeführt und der galvanische Überzug wird entfernt, um das Kupfer zu den Klumpen zurückzuführen.
Bezug auf 1 bis 4 nehmend (sowie auch auf 7 bis 9), sind dort Ultraschallwandlerelemente 50 in Längsrichtung entlang der Bodenfläche des Korbsystems 30 (z. B. geklebt oder sicher daran angebracht) angeordnet gezeigt. Die Wandlerelemente 50 (dargestellt als vier Elemente 50a bis 50d in 1 bis 4 und 7) sind elektrisch mit dem Steuerungssystem (schematisch in 10 dargestellt) gekoppelt und sind vorgesehen, um Ultraschallwellenenergie in den Galvanisierungsbehälter 12 einzuleiten. Die Wandlerelemente 50 können von jeder im Stand der Technik bekannten Art sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung sind die Wandlerelemente ausgestaltet, um in einem Frequenzbereich von 15 bis 30 KHz (Zyklen) zu arbeiten. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei der vier Wandlerelemente (z. B. die äußeren Wandlerelemente 50a und 50b) so ausgestaltet und bezüglich dem Korbsystem so positioniert, dass sie den Galvanisierungsprozess direkt unterstützen (d. h. die Gleichmäßigkeit der Ionenwanderung durch die elektrolytische Flüssigkeit erleichtern). Die restlichen beiden Wandlerelemente (z. B. die inneren Wandlerelemente 50c und 50d) sind ausgestaltet und bezüglich dem Korbsystem 30 positioniert, um eine Reinigungsfunktion zu erfüllen und die Klumpen 34, den Zylinder 20 und andere Elemente des Korbsystems 30 und um dieses herum von Kupferschlamm und anderem Bewuchsaufbau frei zu halten.
Wie in 1 dargestellt ist, funktioniert gemäß einer bevorzugten Ausführung das System zur Versorgung mit der elektrolytischen Flüssigkeit als ein geschlossenes Kreislaufsystem. Eine Zulieferung von elektrolytischer Flüssigkeit F in den Galvanisierungsbehälter 12 ist durch mindestens einen Spritzstab 62 (dargestellt sind zwei) vorgesehen, der aus einem Rohr- oder Rohrleitungsabschnitt besteht, der sich seitlich entlang oder nahe dem Boden des Galvanisierungsbehälters 12 erstreckt. Jeder Spritzstab 62 weist entlang seiner Länge eine Reihe von Öffnungen 62a auf (wie es zumindest teilweise in 2 dargestellt ist), die einen konstanten und relativ gut dispergierten Fluss von elektrolytischer Flüssigkeit aus einem Speicherbehälter 14 (z. B. einem Vorratsbehälter) in den Galvanisierungsbehälter 12 ermöglichen. Der Speicherbehälter 14 ist aus den Seitenwänden 14a und 14b, einem Boden 14d einer Oberseite 14c und aus den Endwänden 14d und 14e gebildet, und er ist unterhalb des Galvanisierungsbehälters 12 angeordnet (z. B. entspricht die Oberseite 14c des Speicherbehälters 14 dem Boden 12c des Galvanisierungsbehälters 12), um auf diese Weise jeden Fluss von elektrolytischer Flüssigkeit über den Überlauf 72 in dem Galvanisierungsbehälter 12 aufzufangen. (Die elektrolytische Flüssigkeit F wird in dem Speicherbehälter 14 auf ihrem eigenen Pegel gehalten.) Die elektrolytische Flüssigkeit kann im Verlaufe des Galvanisierungsprozesses (oder des Prozesses des Entfernens des galvanischen Überzugs) Wärme aufbauen und ihre Temperatur erhöhen, und daher ist der Speicherbehälter 14 mit einem Flüssigkeitskühlsystem 16 (z. B. mit einem geeigneten Wärmeaustauscher für eine solche Flüssigkeit eines Typs, der im Stand der Technik bekannt ist) versehen. Gleichermaßen kann es erforderlich sein, die elektrolytische Flüssigkeit zu Beginn des Galvanisierungsprozesses von einer Umgebungstemperatur auf eine höhere Temperatur zu erwärmen, und daher ist der Speicherbehälter 14 auch mit einem Flüssigkeitsheizsystem 18 versehen (z. B. mit einem geeigneten Wärmeaustauscher für eine solche Flüssigkeit eines Typs, der im Stand der Technik bekannt ist). Das Temperaturregelsystem für die Galvanisierungslösung kann mit einem automatischen Steuerungssystem gekoppelt sein, das auf der Basis von Informationen arbeitet, die von Temperatursensoren in oder nahe des einen oder der beiden Behälter erhalten werden, und das gemäß bekannten Anordnungen andere Parameter steuert, die während des Prozesses zu überwachen sind.
Während des gesamten Galvanisierungsprozesses wird die elektrolytische Flüssigkeit ständig gefiltert und das Ultraschallsystem ist ständig in Betrieb. Bevor der Galvanisierungsprozess beginnt, kann das Ultraschallsystem eingeschaltet werden, um die elektrolytische Flüssigkeit umzurühren und um das Korbsystem zu reinigen (um Metallschlamm zu eliminieren), um einen besseren Kontakt zwischen den Metallklumpen und den Titankorbfächern und den Bleianoden (oder den Bleianoden selbst in einer Ausführung mit Kunststoffkorbfächern) zu gewährleisten.
Ein Paar von Zuführungsrohren 60 versorgt die Spritzstäbe 62 mit einem Zulieferungsstrom von elektrolytischer Flüssigkeit. Die Zuführungsrohre 60 sind jeweils mit einer Umwälzpumpe 64 und einem Filter 66 (ausgestaltet und betrieben gemäß einer bekannten Anordnung) verbunden. Die Umwälzpumpen 64 saugen elektrolytische Flüssigkeit F aus dem Speicherbehälter 14 in die Einlässe 61 in jedem der Zuführungsrohre 60 und zwingen sie unter Druck durch Filter 66 und in die Spritzstäbe 62, wo sie (nachdem sie gefiltert ist) durch die Öffnungen 62a für den Galvanisierungsprozess wieder in den Galvanisierungsbehälter 12 zurückgeführt wird. Jeder der Spritzstäbe 62 erstreckt sich entlang dem Boden des Galvanisierungsbehälters 12, sich horizontal bezüglich dem Speicherbehälter 14 erstreckend und sich an einer Krümmung 68 wendend, um horizontal entlang an dem Korbsystem 30 und unterhalb davon zu verlaufen. Gemäß alternativen Ausführungen könnte die Vorrichtung eine Pumpe und einen Filter enthalten, die entweder mit einem einzelnen Spritzstab oder mit einer Spritzstab-Sammelleitungssystem verbunden sind, oder jede andere Kombination von Elementen, die eine geeignete Zufuhr elektrolytischer Flüssigkeit in den Galvanisierungsbehälter gewährleisten.
Bezug auf 2 nehmend, einer Ansicht des Korbsystems 30, des Galvanisierungsbehälters 12 und des Speicherbehälters 14 von oben (und weggeschnitten), sind Schienen dargestellt, die an einem Satz von Hebeeinrichtungen (eine ist als Hydraulikzylinderanordnung 24 in 5 dargestellt) angebracht sind und die es erlauben, die vertikale Position des Zylinders in dem Speicherbehälter 12 einzustellen (in einem Satz von Endschlitzen 26 in den Endwänden des Galvanisierungsbehälters, die ausgestaltet sind, um eine lecksichere Abdichtung zu der Rotationszylinderanordnung zu bilden). Der Abstand von der Zylinderoberfläche zu dem unterhalb des Zylinders angeordneten Korbsystem kann dadurch zum Beispiel entsprechend dem Zylinderdurchmesser eingestellt werden.
6 und 7 zeigen eine alternative Ausführung des Korbsystems 30a, in welcher die Korbfächer 32a aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind (gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung zum Beispiel aus Polypropylen). Das Korbsystem 30a wird durch eine Kombination von nicht leitenden, das Gewicht tragenden Stützstreifen 43 (z. B. Hängeeinrichtungen) und leitenden Bleianoden 42a gestützt, die beide mit der Schiene 40 durch Bolzen verbunden sind. Die Stützstreifen 43, die unter den Korbfächern 32a verlaufen, versteifen das Korbsystem 30a, um eine primäre Stützstruktur zu bilden. Die Bleianoden 42a verlaufen durch die Korbfächer und haben elektrischen Kontakt mit den Klumpen 34a. Weiterhin sind Ultraschallwandlerelemente 50a bis 50d dargestellt, die unterhalb des Korbsystems 30 in 7 angeordnet sind. Gemäß einer alternativen Ausführung, die in 9 dargestellt ist, verwendet die Vorrichtung ein Korbsystem 30 mit zwei Sätzen von Korbfächern 32, die unterhalb des Rotationszylinders angeordnet sind. In den in 8 und 9 dargestellten alternativen Ausführungen ist ein einzelnes Wandlerelement 50 unter dem Korbsystem 30 angeordnet.
Bezug auf 11 nehmend, weist gemäß einer bevorzugten Ausführung das Ultraschallsystem einen Ultraschallenergie-Generator 53 zum Umwandeln einer kommerziellen Versorgung mit elek trischer Energie (z. B. normalerweise mit einer Frequenz wie etwa 60 Hz bereitgestellt) in einen Ultraschallfrequenzbereich (etwa 20 KHz), ein Wandlerelement 50 zum Umwandeln der elektrischen Hochfrequenzenergie, die durch den Generator 53 geliefert wird, in Ultraschallenergie (d. h. akustische Energie), die in die elektrolytische Flüssigkeit und durch diese hindurch zu übertragen ist, und eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung 54 (DC) für den Antrieb des Generators 53 und der Wandlerelemente 50 auf. Wie dargestellt sind die Ultraschallwandlerelemente 50 in Längsrichtung unter dem Korbfach 32 (oder dem Titantrog) angeordnet, und ihre Oberfläche, von welcher die Wellenenergie übertragen wird, ist in einer Art und Weise ausgerichtet, um einen gleichmäßigen Ionenaustausch durch die elektrolytische Flüssigkeit F entlang der gesamten Länge des Zylinders 20 zu unterstützen. Die Ultraschallenergie, die von der Oberfläche übertragen wird, ist auch dazu bestimmt, die elektrolytische Flüssigkeit F und die Kupferklumpen 34 umzurühren und dadurch den Kupferschlamm "aufzurühren", der gemäß den Erscheinungen bei Ultraschallreinigungsanwendungen dazu neigt, sich zu bilden (so dass seine Bestandteile in die Lösung zurückkehren oder dazu neigen, in der Lösung zu verbleiben). In der bevorzugten Ausführung werden Frequenz und Amplitude der Ultraschallwellenenergie auf einem Pegel gehalten (z. B. nahe 20 KHz), der dazu neigt, die Kavitationswirkung zu minimieren, die sich aus der Ultraschallenergie ergibt. Alternative Ausführungen können jedoch bei höheren Frequenzen arbeiten (z. B. über 20 KHz), bei denen die Neigung zur Kavitationswirkung besteht, oder sie können über einen sich verändernden Frequenzbereich arbeiten.
Gemäß jeder bevorzugten Ausführung wandeln die Wandlerelemente die elektrische Eingangsenergie von dem Generator effizient in eine mechanische (akustische) Ausgangsenergie mit derselben (Ultraschall-) Frequenz um. Der Energiegenerator ist getrennt von dem Galvanisierungsbehälter angeordnet, vorzugsweise abge schirmt von den Wirkungen der Galvanisierungslösung. Die Wandlerelemente können im Allgemeinen aus einem Keramik- oder Metallmaterial (oder aus jedem anderen geeigneten Material) sein, wobei sie vorzugsweise eine Konstruktion aufweisen, die ausgestaltet ist, den Wirkungen der Galvanisierungslösung, in die sie eingetaucht sind, zu widerstehen, und angeordnet sind, um über das Korbsystem und den Rotationstiefdruckzylinder gleichmäßige Energie (und somit gleichmäßige Kavitation) zur Verfügung zu stellen. (Beispiele für Wandlerelemente sind in den Beiträgen beschrieben, die hierin vorher zitiert und hierin durch Bezugnahme aufgenommen wurden.) Wie in dem in 9 dargestelltem Zwei-Korb-System dargestellt ist, gelangt die Ultraschallenergie (gekennzeichnet durch den Bezugsbuchstaben U) zwischen den Korbfächern hindurch zu dem Zylinder (nicht dargestellt). In einer in 10 dargestellten alternativen Ausführung, ist das Wandlerelement 50 in einem getrennten Fach angeordnet, das zwischen dem Galvanisierungsbehälter 12 und dem Speicherbehälter 14 gebildet ist und das keine Galvanisierungslösung enthält. Gemäß dieser Ausführung braucht (brauchen) das Wandlerelement (oder die Wandlerelemente) nicht ausgestaltet sein, um den Wirkungen der Galvanisierungslösung zu widerstehen. Alternative Ausführungen können verschiedene Anordnungen von Wandlerelementen zum Optimieren der Galvanisierungsleistung (oder der Leistung des Entfernens des galvanischen Überzugs) hinsichtlich der Konstruktion und von Umweltfaktoren verwenden (wie zum Beispiel Intensität der Ultraschallenergie, Strömungsbedingungen, Größen, Formen und Dämpfung des Behälters, des Korbsystems, des Zylinders usw.).
Die Verwendung von Ultraschallenergie erhöht die Galvanisierungsraten durch das Erleichtern der schnellen Ergänzung der Metallionen in dem Kathodenfilm während der Galvanisierung. Die Ultraschallenergie ist auch beim Entfernen absorbierter Gase (wie zum Beispiel Wasserstoff) und von Verschmutzungen aus der elektrolytischen Flüssigkeit und von den Oberflächen anderer Elemente während des Galvanisierungsprozesses nützlich. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung sind die Wandlerelemente ausgestaltet, um Ultraschallenergie mit einer Intensität (z. B. Frequenz und Amplitude) zu liefern, welche das gleichmäßige und einheitliche Umrühren der Galvanisierungslösung gewährleistet, die für die spezielle Ausgestaltung von Behälter, Zylinder und Korbsystem geeignet ist. Im Gegensatz zum mechanischen Umrühren, das dazu neigen kann, "Totpunkte" in dem Galvanisierungsbehälter übrig zu lassen, an denen wenig oder überhaupt kein Umrühren erfolgt, kann das Umrühren mit Ultraschall leicht in einer gleichförmigen Art und Weise übertragen werden (gemäß der Ausrichtung der Anordnung von Wandlerelementen).
Das Umrühren mit Ultraschall gemäß einer bevorzugten Ausführung bietet weiterhin den Vorteil des Verhinderns von Gasschlierenbildung und von Einbrennung in Bereichen hoher Stromdichte an dem Zylinder, ohne ungleichmäßige oder rauhe Ablagerungen zu verursachen. Dadurch erzeugt die Verwendung von Ultraschallenergie zum Einleiten des Umrührens in den Galvanisierungsbehälter ein gleichmäßigeres Erscheinungsbild und erlaubt die Verwendung einer höheren Stromdichte ohne "Einbrennung" in Bereichen des Zylinders mit höchster Stromdichte, wie zum Beispiel an den Kanten des Zylinders. (Normalerweise ist der kritische Bereich für das Einbrennen oder einen höheren Galvanisierungsaufbau die Zylinderkante.)(Ultraschallenergie kann auch in Chrombehältern verwendet werden, um die Chromhärte zu erhöhen, um die Kornstruktur des Chroms zu verbessern und um Mikrorisse in dem Chrom zu eliminieren).
Ein weiterer Vorteil einer bevorzugten Ausführung der Galvanisierungsvorrichtung, die Ultraschallenergie verwendet, ist, dass sie den Bereich der Parameter für den Galvanisierungsprozess, wie zum Beispiel Stromdichte, Temperatur, Lösungszusammensetzung und allgemeine Sauberkeit, erweitert. Die Oberflä che eines unter Verwendung von Ultraschallenergie galvanisierten Zylinders gemäß einer bevorzugten Ausführung neigt dazu, eine viel feinere Korngröße und eine gleichmäßigere Oberfläche aufzuweisen, als ein Zylinder, der einen herkömmlichen Galvanisierungsprozess verwendet hat. Die Härte der galvanisierten Oberfläche würde normalerweise (ohne Additive) um etwa 40 bis 60 Vickers-Härtegrade ansteigen, wobei eine viel feinere Kornstruktur zu verzeichnen ist. Die Verwendung von Ultraschallenergie in dem Galvanisierungsprozess erlaubt daher, mit einem Minimum an Polieren oder ohne Polieren des Zylinders auszukommen, während sich die Geschwindigkeit des Deoxidierens der Klumpen und des Korbs erhöht.
ZUSÄTZLICHE ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGEN – TEIL 1
Entsprechend zusätzlicher alternativer Ausführungen kann die Vorrichtung für das Erzeugen oder Entfernen eines galvanischen Überzugs auf bzw. von einem Rotationstiefdruckzylinder mit verschiedenen Metalllegierungen oder Metallen direkt aus der Lösung (d. h. ohne Verwendung von Metallklumpen) modifiziert werden.
In 12 ist eine Vorrichtung 110 dargestellt. Viele der Elemente der anderen hierin beschriebenen Ausführungen (z. B. Vorrichtung 10) sind in der Vorrichtung 110 ebenfalls vorhanden. Die Vorrichtung 110 (dargestellt ohne Körbe oder dazugehörige Elemente), ist jedoch angepasst, um den Zylinder 120 direkt aus der elektrolytischen Flüssigkeit einer Galvanisierungslösung, die ein Galvanisierungsmetall oder eine Galvanisierungs-Metalllegierung in einer Galvanisierungslösung enthält, die mit dem Buchstaben F bezeichnet ist, zu galvanisieren. Gemäß dieser Ausführung kann der Zylinder 120 mit jedem Galvanisierungsmetall oder mit jeder Galvanisierungs-Metalllegierung galvanisiert werden. So kann zum Beispiel der Zylinder 20a mit Chrom, Zink, Nickel oder einem anderen Galvanisie rungsmetall (einschließlich verschiedener Legierungen davon) gemäß den im Stand der Technik bekannten verschiedenen Prozessen galvanisiert werden.
Die Vorrichtung 110 weist einen Galvanisierungsbehälter 112 eines Typs auf, der in 1 dargestellt ist und der eine Galvanisierungslösung F mit einem Pegel (angezeigt durch den Bezugsbuchstaben L) enthält, der durch die Höhe eines Überlaufs 172 reguliert wird. Ein Rotationstiefdruckzylinder 120, der galvanisiert werden soll (oder von dem der galvanische Überzug entfernt werden soll) ist drehbar an seinen Enden gelagert (z. B. auf einer sich erstreckenden Mittelwelle), um etwa zur Hälfte bis zu einem Drittel des Zylinderdurchmessers in die elektrolytische Flüssigkeit eingetaucht zu werden. Der Zylinder 120 ist an seinen Enden durch Lager in einem Drehzapfen gelagert, der drehbar durch eine geeignete Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) angetrieben wird. Der in 12 und 13 dargestellte Zylinder ist ein Zylinder in Standardgröße (z. B. mit einem Durchmesser von etwa 800 bis 1500 mm). Gemäß alternativen Ausführungen können auch Zylinder mit anderen Durchmessern angeordnet werden. Gemäß jeder bevorzugten alternativen Ausführung können das Behältersystem und das Zylinderhalte- und Zylinderantriebssystem eine herkömmliche Anordnung sein, die Fachleuten auf dem Fachgebiet des Galvanisierens von Rotationstiefdruckzylindern bekannt ist. Die elektrolytische Flüssigkeit selbst weist eine Zusammensetzung auf, die Fachleuten für das Galvanisieren mit gewöhnlicher Qualifikation bekannt ist.
Leitende, gekrümmte Anodenstreifen sind elektrisch mit stromführenden Schienen 144 verbunden und in dem Galvanisierungsbehälter angeordnet, um elektrischen Kontakt mit der Galvanisierungslösung (der elektrolytischen Flüssigkeit F) herzustellen. Zum Galvanisieren des Zylinders werden die Schienen mit einer Anodenseite einer Galvanisierungs-Energieversorgung (z. B. mit einer Stromquelle bekannter Ausgestaltung) verbunden, und der Zylinder wird mit einer Kathodenseite der Energieversorgung verbunden. Für das Entfernen des galvanischen Überzugs sind die Anoden-Kathoden-Verbindungen umgekehrt. Wenn der Zylinder abgedruckt ist (d. h. nachdem er galvanisiert und geätzt wurde), wird er zu der Galvanisierungsvorrichtung zurückgeführt und der galvanische Überzug wird entfernt, um das Galvanisierungsmetall zu der Lösung zurückzuführen. Gemäß alternativen Ausführungen können andere herkömmliche Anordnungen für das Herstellen der elektrischen Verbindungen mit der Galvanisierungslösung (elektrolytischem Flüssigkeit) und dem Zylinder verwendet werden.
Wie in 12 dargestellt, ist eine Haltestruktur 143 (ähnlich zu den Anodenstreifen ausgerichtet) an den Schienen 144 angebracht (jedoch nicht elektrisch mit diesen verbunden). (Sie kann alternativ auch an den Wänden des Galvanisierungsbehälters 112 angebracht sein.) Ultraschallwandlerelemente 150 sind in Längsrichtung entlang der Bodenfläche der Haltestruktur 143 angeordnet (z. B. geklebt oder sicher daran befestigt). Die Wandlerelemente 150 (dargestellt als vier Elemente 150a bis 150d) sind elektrisch mit einem Steuerungssystem gekoppelt (das schematisch in 10 dargestellt ist), und sie sind vorgesehen, um Ultraschallwellenenergie in den Galvanisierungsbehälter 112 einzuleiten. Die Wandlerelemente 150 können von einem Typ sein, der hierin offenbart ist, oder von jedem anderen geeigneten Typ, der im Stand der Technik bekannt ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung sind die Wandlerelemente dazu ausgestaltet, in einem Frequenzbereich von 15 bis 30 KHz (Zyklen) zu arbeiten, obwohl andere Ultraschallfrequenzbereiche (über 40 KHz oder darüber hinaus) verwendet werden können. Die Wandlerelemente 150 sind ausgestaltet und positioniert, um den Galvanisierungsprozess zu unterstützen (z. B. um die Gleichmäßigkeit der Ionenwanderung durch die elektrolytische Flüssigkeit zu erleichtern), und um den Aufbau jeglichen Bewuchses an den verschiedenen Elementen der Vorrichtung 110 zu verhindern.
Wie in 12 dargestellt, funktioniert gemäß einer bevorzugten Ausführung das System für die Zuführung der elektrolytischen Flüssigkeit als ein geschlossenes Kreislaufsystem. (Offensichtlich ähnelt dieses System in Aufbau und Betrieb dem System anderer vorher offenbarter Ausführung.) Eine Zuführung von elektrolytischer Flüssigkeit F in den Galvanisierungsbehälter 112 erfolgt durch mindestens einen Spritzstab 162 (zwei sind dargestellt), die aus einem Rohr- oder Rohrleitungsabschnitt bestehen, der sich seitlich entlang oder nahe dem Boden des Galvanisierungsbehälters 112 erstreckt. Jeder Spritzstab 162 weist eine Reihe von Öffnungen entlang seiner Länge auf (ähnlich wie es zumindest teilweise in 2 dargestellt ist), die einen konstanten und relativ gut dispergierten Fluss von elektrolytischer Flüssigkeit aus einem Speicherbehälter 114 (z. B. einem Vorratsbehälter) in den Galvanisierungsbehälter 112 ermöglichen. Ein Speicherbehälter 114 ist unterhalb des Galvanisierungsbehälters 112 angeordnet, um so jeden Fluss von elektrolytischer Flüssigkeit über den Überlauf 172 in dem Galvanisierungsbehälter 112 aufzufangen. (Die elektrolytische Flüssigkeit F wird in dem Speicherbehälter 114 auf ihrem eigenen Pegel gehalten).
Die elektrolytische Flüssigkeit kann während des Galvanisierungsprozesses (oder beim Entfernen des galvanischen Überzugs) Wärme aufbauen und ihre Temperatur erhöhen, und daher ist der Speicherbehälter 114 mit einem Flüssigkeitskühlsystem 116 (z. B. mit einem geeigneten Wärmeaustauscher für eine solche Flüssigkeit eines Typs, der im Stand der Technik bekannt ist) versehen. Gleichermaßen kann es erforderlich sein, die elektrolytische Flüssigkeit zu Beginn des Galvanisierungsprozesses von einer Umgebungstemperatur auf eine höhere Temperatur zu erwärmen, und daher ist der Speicherbehälter 114 auch mit ei nem Flüssigkeitsheizsystem 118 versehen (z. B. mit einem geeigneten Wärmeaustauscher für eine solche Flüssigkeit eines Typs, der im Stand der Technik bekannt ist). Das Temperaturregelsystem für die Galvanisierungslösung kann mit einem automatischen Steuerungssystem gekoppelt sein, das auf der Basis der Informationen arbeitet, die von Temperatursensoren in oder nahe des einen oder der beiden Behälter erhalten werden, und das gemäß bekannten Anordnungen andere Parameter steuert, die während des Prozesses zu überwachen sind. Bevor der Galvanisierungsprozess beginnt, kann das Ultraschallsystem eingeschaltet werden, um das Umrühren der elektrolytischen Flüssigkeit und das Reinigen des Systems durchzuführen, um besseren Kontakt und eine bessere Galvanisierungsleistung zu erhalten.
Ein Paar von Zuführungsrohren 160 versorgt die Spritzstäbe 162 mit einem Zulieferungsstrom von elektrolytischer Flüssigkeit F. Die Zuführungsrohre 160 sind jeweils mit einer Umwälzpumpe 164 (ausgestaltet und betrieben gemäß einer bekannten Anordnung, die einen Filter aufweisen kann oder nicht) verbunden. Die Umwälzpumpen 164 saugen elektrolytische Flüssigkeit F aus dem Speicherbehälter 114 in Einlässe in jedem der Zuführungsrohre 160 und zwingt sie unter Druck in die Spritzstäbe 162, wo sie durch die Öffnungen für den Galvanisierungsprozess wieder in den Galvanisierungsbehälter 112 zurückgeführt wird. Jeder der Spritzstäbe 162 erstreckt sich entlang dem Boden des Galvanisierungsbehälters 112, sich horizontal bezüglich dem Speicherbehälter 114 erstreckend und sich an einer Krümmung wendend, um horizontal entlang und unterhalb der Haltestruktur 143 zu verlaufen. Gemäß alternativen Ausführungen könnte die Vorrichtung eine Pumpe enthalten, die entweder mit einem einzelnen Spritzstab oder mit einem Spritzstab-Sammelleitungssystem verbunden ist, oder jede andere Kombination von Elementen, die eine geeignete Zufuhr elektrolytischer Flüssigkeit in den Galvanisierungsbehälter gewährleistet.
Eine alternative Ausführung ist teilweise in 13 dargestellt (bestimmte Elemente der Vorrichtung sind nicht gezeigt), wobei die Vorrichtung 210 ein Ultraschallwandlerelement 250 verwendet, das eine zylindrische Form aufweist (mit einem Durchmesser von etwa 70 mm in einer besonders bevorzugten Ausführung). Das Wandlerelement 250 ist, wie dargestellt, in dem Galvanisierungsbehälter 212 durch eine Haltestruktur 243 befestigt (z. B. wie die Haltestruktur 143, die in 12 dargestellt ist). Gemäß den alternativen Ausführungen kann eine Haltestruktur 243 verwendet werden, die mit den Anodenstreifen integriert ist (vergleiche 3). Wie dargestellt, ist ein Wandlerelement 250 unterhalb des Rotationszylinders 220 durch die Haltestruktur 243 befestigt (gemäß der bevorzugten Ausführung an oder nahe der Höhe der gekrümmten Anodenstreifen unter dem Zylinder 220). Eines oder mehrere dieser Wandlerelemente kann gemäß den alternativen Ausführungen verwendet werden, zum Beispiel angebracht in einer beabstandeten Anordnung entlang der Haltestruktur unterhalb des Zylinders 220. Unter dem Wandlerelement 250 ist ein Reflektor 260 angeordnet, der eine auf Hochglanz polierte reflektierende Oberfläche aufweist, die an den Seitenwänden des Galvanisierungsbehälters 212 befestigt dargestellt ist.
Der Reflektor 260 ist in der bevorzugten Ausführung als eine einstückige Einheit mit einer gekrümmten Form dargestellt, und er erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Zylinders 220 (wie es auch das Wandlerelement 250 tut). Alternativ kann der Reflektor jede andere geeignete Form aufweisen (parabolisch oder flach oder in Multifacettenform) oder er kann in Segmenten ausgeführt sein. Das Wandlerelement 250 gibt, wenn es eingeschaltet ist, Wellenenergie (teilweise durch den Bezugsbuchstaben U gekennzeichnet) in einem im Wesentlichen radialen Muster durch die Galvanisierungslösung ab, unter anderem in Richtung auf den Zylinder 220 und gegen den Reflektor 260, der die Wellenenergie zurück zu dem Zylinder 220 und die dazugehörigen Strukturen (wie zum Beispiel die Anodenstreifen) reflektiert. Die direkte und die reflektierte Ultraschallwellenenergie ist dazu bestimmt, die Oberflächen des Zylinders und der dazugehörigen Strukturen frei von Bewuchsaufbau zu halten und den Galvanisierungsprozess zu erleichtern.
Gemäß jeder bevorzugten Ausführung kann die Ultraschallwellenenergie beim Galvanisieren (und beim Entfernen galvanischer Überzüge) von verschiedenen Metallen und Metalllegierungen auf den Zylinder bzw. von diesem, wie zum Beispiel beim Erzeugen von Chromüberzügen und auch für das Erzeugen von galvanischen Überzügen aus Legierungen von Zink, Nickel, usw. verwendet werden. Das Ultraschallsystem gemäß jeder bevorzugten alternativen Ausführung ist in der Lage, zwei bis sechs Kilowatt Leistung zu erzeugen. Das System stellt Ultraschallenergie mit einer Frequenz zwischen 10 und 40 KHz (Zyklen pro Sekunde) zur Verfügung.
Wie in 14 dargestellt ist, können in alternativen Ausführungen (ähnlich denen, die in 13 dargestellt sind), andere Ausgestaltungen von Wandlerelementen (zum Beispiel zylinderförmige mit einem Kreisprofil) verwendet werden. So können zum Beispiel vier Wandlerelemente 350a bis 350d (dargestellt in gestrichelten Linien) in dem Galvanisierungsbehälter 312 an den Seiten des Zylinders 220 angebracht werden (durch eine Haltestruktur, die an den Wänden oder an der Basis des Galvanisierungsbehälters oder an einer anderen geeigneten, nicht dargestellten Struktur befestigt ist). Gemäß einer alternativen Ausführung können zwei Wandlerelemente (z. B. 350b und 350d) anstatt vier verwendet werden. (Die Wandlerelemente 250, angebracht durch die Struktur 243, und der Reflektor 260 sind ebenfalls dargestellt). Wie ersichtlich kann im Rahmen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung gemäß jeder bevorzugten Ausführung eine weite Vielfalt von Wandlerausgestaltungen zur Anwendung kommen, einschließlich mindestens einem Wandlerelement, das in dem oder in der Nähe von dem Galvanisierungsbehälter angeordnet ist, so dass der Nutzeffekt der Ultraschallenergie während des Galvanisierungsprozesses realisiert werden kann. Wie 14 zeigt, können solche Anordnungen von Wandlerelementen 350a bis 350d (und 250) auch in alternativen Ausführungen in Verbindung mit einer Galvanisierungsvorrichtung verwendet werden, die Metallklumpen 334 verwendet, die in Korbfächer 332 aufgenommen sind (in der Anordnung ähnlich den anderen hierin beschriebenen Ausführungen).
ZUSÄTZLICHE ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGEN – TEIL 2
Gemäß zusätzlichen alternativen Ausführungen kann die Vorrichtung zum Galvanisieren eines Rotationstiefdruckzylinders mit verschiedenen Metalllegierungen oder Metallen (wie etwa Kupfer unter Verwendung von Metallklumpen oder Chrom oder Zink direkt aus einer Lösung) modifiziert werden, um eine gleichförmige und einheitliche Kornstruktur an der Oberfläche des galvanisierten Zylinders zu erzeugen. Die Vorrichtung 410 ist in den 17 bis 26 gezeigt. Viele derselben Elemente anderer hierin beschriebener Ausführungen (z. B. Vorrichtung 10 usw.) sind in der Vorrichtung 410 vorhanden oder können in die Vorrichtung gemäß den verschiedenen alternativen Ausführungen aufgenommen werden.
In 17 bis 19 ist die Vorrichtung 410a mit Korbfächern 432 und zugehörigen Elementen gezeigt, um einen Rotationstiefdruckzylinder 420 von Kupferklumpen 434 in einer Galvanisierungslösung (in anderen Figuren durch den Bezugsbuchstaben F gekennzeichnet) zu galvanisieren. In 23 und 24 ist die Vorrichtung 410b (ohne jegliche Körbe oder zugehörige Elemente gezeigt) angepasst, um den Zylinder 420 direkt aus einer elektrolytischen Flüssigkeit (einer Galvanisierungslösung, die ein Galvanisierungsmetall oder eine Galvanisierungsmetalllegierung in einer Galvanisierungslösung enthält, die in anderen Figuren durch den Bezugsbuchstaben F gekennzeichnet ist) zu galvanisieren. Gemäß dieser Ausführung kann ein Zylinder 420 mit jedem Galvanisierungsmetall oder jeder Galvanisierungsmetalllegierung galvanisiert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder mit Chrom, Zink, Nickel oder einem anderen Galvanisierungsmetall (einschließlich verschiedener Legierungen davon) gemäß verschiedenen im Stand der Technik bekannten Prozessen galvanisiert werden.
Die Vorrichtung 410 weist einen Galvanisierungsbehälter 412 eines in 1 gezeigten Typs auf, der Galvanisierungslösung F mit einem Pegel (in anderen Figuren durch den Bezugsbuchstaben L gekennzeichnet) enthält. (Der Speicherbehälter, der an jedem geeigneten Ort nahe dem Galvanisierungsbehälter angeordnet werden kann, ist in diesen Figuren nicht gezeigt.) Der zu galvanisierende Rotationstiefdruckzylinder 420 ist an seinen Enden (z. B. an einer sich erstreckenden Mittelwelle) drehbar abgestützt, um etwa zur Hälfte bis zu einem Drittel des Zylinderdurchmessers in die elektrolytische Flüssigkeit eingetaucht zu werden. Der Zylinder 420 ist an seinen Enden durch Lager in einem Drehzapfen gelagert, in dem er drehbar durch eine geeignete Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) angetrieben wird. Gemäß jeder bevorzugten alternativen Ausführung sind das Behältersystem und das Zylinderhalte- und Zylinderantriebssystem von einer herkömmlichen Ausgestaltung, die den Fachleuten auf dem Fachgebiet des Galvanisierens von Rotationstiefdruckzylindern bekannt ist. (Galvanisierungsstationen, die angepasst werden können, um die verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung aufzunehmen, sind von zum Beispiel R. Martin AG aus Terwil, Schweiz kommerziell erhältlich.) Die elektrolytische Flüssigkeit ist selbst von einer Zusammensetzung, die den Fachleuten auf dem Fachgebiet des Galvanisierens bekannt ist.
Wie in 17 und 23 gezeigt, weist der Zylinder 420 eine zylindrische Fläche 420a und einander gegenüberliegende axiale Enden 420b auf (die eine allgemein zylindrische Form haben). Die Enden 420b des Zylinders 420 werden in einer Vorrichtung gemäß einer herkömmlichen Ausgestaltung montiert, um eine axiale Drehung des Zylinders während des Galvanisierungsprozesses zuzulassen. Die Zylinderanordnung ist allgemein in 19 und 23 gezeigt. Wie schematisch dargestellt ist, ist jedes Ende 420b des Zylinders 420 mechanisch (z. B. unter Verwendung einer Klemmvorrichtung oder einer ähnlichen Haltevorrichtung) mit einem Adapter 420c gekoppelt (der auch Größenunterschiede der Zylinder zulässt), der in einem Lager 420d (an einem Lagerträger 420e befestigt gezeigt) für eine Drehbewegung um die Zylinderachse (z. B. durch einen Motor verursacht, der nicht gezeigt ist) festgehalten wird. Bürsten 420f stellen eine elektrische Verbindung (d. h. als Kathode) zu dem Zylinder 420 bereit.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung weist der Zylinder eine Basisfläche aus Stahl (z. B. 99 Prozent Stahl) auf, wie es üblich ist. Beispielhafte. Zylinder sind in einer Vielzahl von Größen allgemein verfügbar (von kommerziellen Anbietern), die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung galvanisiert werden können. Derartige Zylinder werden nach dem Galvanisieren und Gravieren zum Bedrucken von Verpackungen oder Publikationen (z. B. Magazinen bzw. Zeitschriften) verwendet. Beispielhafte Zylinderflächendurchmesser und -längen (d. h. die Fläche, die galvanisiert, graviert und ausgedruckt werden soll) sind für spezielle Anwendungen geeignet. Nach dem Galvanisieren des Zylinders kann die Oberfläche poliert und dann mit einem Bild graviert werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Graviersystems 470, wie es schematisch in 16 gezeigt ist, das einen Scanner 472, eine computerbasierte Steuereinrichtung 474 und eine Graviereinrichtung 476 enthält. Derartige Systeme sind zum Beispiel von Ohio Electronic Engra vers, Inc. aus Dayton, Ohio (Modell Nr. M820) kommerziell erhältlich. Der Zylinder kann gereinigt (und mit Chrom galvanisiert) und dann zum Beispiel auf eine Rolle oder eine Bahn aus Papier unter Verwendung eines Drucksystems 480 (das Zylinder 420 enthält), wie es schematisch in 15 gezeigt ist, ausgedruckt werden. Wenn die Verwendung des Zylinders bei dem Druckvorgang beendet ist, wird das Bild von der Oberfläche des Zylinders entfernt (z. B. abgestreift, wenn auf eine Ballardhülle graviert, oder abgeschnitten, wenn auf eine Basiskupferschicht graviert). Der Zylinder kann gereinigt und desoxidiert und dann wieder galvanisiert (z. B. mit Basiskupfer) und zur Wiederverwendung graviert werden. (Andere Materialien können in ähnlicher Weise aufgalvanisiert oder graviert und auf den Zylinder durch alternative Ausführungen gedruckt werden, wie etwa Chrom oder Zink).
Wie beschrieben worden ist, wird der Galvanisierungsprozess durch das Einbringen von Ultraschallwellenenergie in den Galvanisierungsbehälter verbessert. Ein Ultraschallgenerator wandelt eine Zufuhr von Wechselstrom- (AC) Energie (z. B. mit 50 bis 60 Hz) in eine Frequenz um, die der Frequenz des Ultraschallwandlersystems (Oszillator) entspricht. Die übliche Frequenz liegt zwischen 15 oder 20 kHz und 40 kHz. Die Energie wird dem Wandler (von dem Generator oder Oszillator) mittels einer geschützten Verbindung (z. B. einem Kabel) zugeführt, die Energie mit der geeigneten Frequenz überträgt. Das Wandlerelement wandelt die elektrische Energie in Ultraschallenergie um, die als Vibration (bei Ultraschallfrequenzen) in die Galvanisierungslösung eingebracht wird. Die Vibration verursacht (in der Galvanisierungslösung) einen Effekt, der Kavitation genannt wird und Blasen in der Lösung erzeugt, die bei Berührung mit Oberflächen (wie dem galvanisierten Zylinder) kollabieren. Je größer die Menge an Ultraschallwellenenergie ist, die in den Galvanisierungsbehälter eingebracht wird, um so größer ist dieser Effekt.
In 22 sind schematisch zwei Typen von Ultraschallwandlerelementen gezeigt, ein zylindrisches Element 450x und ein rechteckiges Element 450y. In bevorzugten Ausführungen wird, wie in 19 und 23 gezeigt, eine Anordnung zylindrischer Wandlerelemente 450 verwendet. Die Ausgestaltung eines Wandlerelements 450 (ohne Hülse) gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung ist in 26 gezeigt. Das Wandlerelement 450 weist Endbereiche 450b und einen zentralen Bereich 450a auf. Energie wird an einem der Endbereiche 450b durch elektrische Verbindungen 451 (gezeigt als ein Kabel, das mit dem Ultraschallgenerator gekoppelt ist, der in 26 nicht gezeigt ist) zugeführt. In einer beispielhaften Ausführung weist das zylindrische Wandlerelement eine Gesamtlänge von ungefähr 1131 mm, einen Durchmesser von ungefähr 50 mm in seinem zentralen Bereich und einen Durchmesser von ungefähr 70 mm in seinen Endbereichen auf. Ein derartiges Wandlerelement liefert ein Energie von ungefähr 1,5 kW in den Galvanisierungsbehälter. (Ein Wandlerelement einer Gesamtlänge von ungefähr 1320 mm liefert ungefähr 2,0 kW, ein Wandlerelement einer Gesamtlänge von 438 mm liefert ungefähr 0,6 kW.) In der bevorzugten Ausführung ist jedes Wandlerelement, das in der Vorrichtung verwendet wird, ein (freischwingendes) Element hoher Kapazität und liefert ein gleichförmiges akustisches Feld, was eine hohe akustische Dichte ermöglicht. (Ultraschallwellenenergie verteilt sich radial von der Achse des Wandlerelements, wie es in 13 gezeigt ist.) Das Wandlerelement ist von einer sehr kompakten (raumsparenden) Ausgestaltung. Wenn es moniert ist, stellt es einen einfachen Austausch bereit. Gemäß besonders bevorzugten Ausführungen ist es im montierten Zustand von einer hohen Haltbarkeit (d. h. beständig gegenüber Effekten der Galvanisierungslösung). Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung wird das System der Ultraschallwandlerelemente (und zugehöriger Einrichtungen) von Tittgemeyer Engineering GmbH aus Arnsberg, Deutschland bereit gestellt. Ultraschallwand lerelemente verschiedener Formen, Größen (Längen und Durchmesser) und Leistung und zugehörige Ultraschallgeneratoren sind von einer Vielzahl anderer Quellen und Anbieter erhältlich.
Die Vorrichtung kann konstruiert werden, um Rotationstiefdruckzylinder einer Vielzahl von Größen (z. B. kleiner mit einer Flächenlänge von 101,6 bis 127 cm (40 bis 50 Inch), wie sie für Verpackungen verwendet wird, oder größer, 182,9 bis 376 cm (72 bis 148 Inch), wie sie für Publikationen verwendet wird) aufnehmen. Der Zylinder kann einen Standarddurchmesser (von ungefähr 800 bis 1500 mm) haben, oder es können gemäß alternativen Ausführungen andere Durchmesser aufgenommen werden. Wie aus dieser Offenbarung und einem Vergleich der 18, 20 und 21 ersichtlich ist, können die Ultraschallwandlerelemente ohne weiteres in dem Galvanisierungsbehälter in einer geeigneten Weise montiert werden, um den Galvanisierungsprozeß zu erleichtern. Zum Beispiel können zwei, drei oder mehr Ultraschallwandlerelemente in einem abgestuften oder versetzten Muster montiert werden, um eine Abdeckung von (d. h. Übertragung von Ultraschallwellenenergie an) und entlang der gesamten Länge der Oberfläche des Zylinders zu gewährleisten, wie es in 20 und 21 gezeigt ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführung bringt jedes Wandlerelement etwa 1,5 bis 2,0 KW Energie in den Galvanisierungsbehälter ein. Wenn 6,0 KW Energie in den Galvanisierungsbehälter einzubringen ist, können zum Beispiel drei oder vier Wandlerelemente installiert werden. Um erwünschte Ergebnisse beim Galvanisieren von kleineren Zylindern zu erhalten, können zwei Wandlerelemente verwendet werden (3,0 bis 4,0 KW). Für längere Zylinder können drei oder mehr Wandlerelemente verwendet werden (4,5 bis 6,0 kW oder mehr). Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann die von den Wandlerelementen zu liefernde Menge an Leistung an dem Generator (Oszillator) des Ultraschallsystems zwischen 20 und 100 Prozent eingestellt werden. Um in einer gegebenen Anwendung die Leistung zu optimieren, sind andere Ausgestaltungen möglich, die andere Wand lerelementkombinationen und Leistungseinstellfähigkeiten an dem Ultraschallgenerator verwenden (z. B. 20 bis 100 Prozent Leistung).
Die Installation der Ultraschallwandlerelemente der Vorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungen ist in 18 und 24 und den anderen zugehörigen Figuren gezeigt. In 18 und 18A, die ein Vorrichtung zeigen, die angepasst ist, um Kupfer von in Korbfächern 432 enthaltenen Kupferklumpen galvanisch aufzutragen, sind Wandlerelemente 450 gezeigt, die an Leitern befestigt sind, die als Anodenstreifen 442 gezeigt sind (auch wenn eine andere Haltestruktur verwendet werden könnte), die mit stromführenden Schienen 444 gekoppelt sind. In 24, die eine Vorrichtung zeigt, die angepasst ist, um Chrom oder Zink oder andere Metalle direkt aus einer Lösung galvanisch aufzutragen, kann eine ähnliche Ausgestaltung verwendet werden (auch wenn eine von den Anodenstreifen verschiedene Haltestruktur verwendet werden kann). Diese Vorrichtung weist eine Anode (Gittermaterial oder Schaummaterial) 443 auf, die zwischen den Wandlerelementen 450 und dem Zylinder 420 angeordnet ist. Die Halteanordnung weist Träger 490 für die Wandlerelemente auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann ein Träger 490 eine zumindest teilweise mit einem Gewinde versehene Stange 491 aufweisen, die an ihrer Basis durch zwei Muttern 492 an dem Anodenstreifen 442 (oder in anderen Ausführungen der Haltestruktur) festgehalten wird. Eine Hülse 494 ist an der Stange 491 befestigt (aufgeschraubt). Das Ende 450b des Wandlerelements 450 ist in der Hülse 494 angeordnet und darin durch mindestens eine Halteschraube 495 gesichert (siehe 25 und 25A). (18 und 18A zeigen eine alternative Ausführung der Halteanordnung mit einer unterschiedlichen Hülsenpassung.) Die Hülse ist bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial hergestellt. Das Wandlerelement ist bevorzugt mit einer Umhüllung 498 eines elektrisch isolierenden Kunststoffmaterials bedeckt (wie etwa ein Schrumpfschlauch ausreichender Länge). In jedem Fall besteht das Ziel darin, die Ansammlung von Galvanisierungsmaterial an den Strukturen zu verhindern und den Effekten der Galvanisierungslösung zu widerstehen. Andere Elemente der Halteanordnung sind zur Isolation und auch dazu, den Effekten des Eintauchens in die Galvanisierungslösung zu widerstehen, bevorzugt mit einer widerstandsfähigen Beschichtung behandelt oder aus einem widerstandsfähigen Material hergestellt (oder mit elektrischem Band oder dergleichen bedeckt). Die Träger können in verschiedenen Formen und Längen, an anderen Orten (z. B. an der Wand oder dem Boden des Galvanisierungsbehälters oder an einer zusätzlichen Struktur befestigt) oder mit einer Einstellfähigkeit vorgesehen sein, die es zulässt, dass die Wandlerelemente in einer funktional vorteilhaften Position in dem Galvanisierungsbehälter angeordnet werden (zumindest vertikal). Gemäß alternativen Ausführungen können andere Halte- oder Befestigungsanordnungen verwendet werden, wie zum Beispiel solche, die mechanischer Vibration und zugehörigen Effekten (z. B. Lösen oder Ermüdung) widerstehen.
20 und 21 zeigen spezielle alternative Ausführungen von Wandlerelementen, die dazu dienen sollen, ungeachtet Unterschieden in der Zylinderlänge eine geeignete "Abdeckung" (d. h. eine allgemein gleichförmige Verteilung) von Ultraschallwellenenergie entlang der Länge des Rotationstiefdruckzylinders (nicht gezeigt) bereit zu stellen. In 20 ist ein Zylinder von mittlerer Länge aufgenommen. In 21 ist ein längerer Zylinder aufgenommen. Andere Ausgestaltungen können vorgesehen werden, um das Ziel der Gleichförmigkeit der Verteilung von Ultraschallwellenenergie zum Zylinder und entlang des Zylinders zu erreichen. Zum Beispiel sind Wandlerelemente gleichen Typs in anderen Längen erhältlich und können verwendet werden. In jeder bevorzugten Ausführung sollten die Wandlerelemente jedoch angeordnet sein, um ungeachtet der Größe oder Form der Wandlerelemente die Gleichförmigkeit vorzusehen. Die Menge an Ultraschallwellenenergie, die in den Galvanisierungsbehälter eingebracht wird, um die erwünschte einheitliche Kornstruktur an der galvanisierten Oberfläche des Zylinders zu erhalten, ist ungefähr proportional zu der Fläche der galvanisierten Oberfläche. Zum Beispiel verwendet ein 142 cm (56 Inch) Zylinder mit einem Durchmesser von ungefähr 25 cm (10 Inch) ungefähr 3,0 kW Ultraschallenergie. Kleinere Flächen erfordern weniger Energie. Größere erfordern mehr, ungefähr mit diesem Verhältnis. Ultraschallwellenenergieanforderungen können angepasst werden, um für die Anwendung geeignet zu sein, und leiten die Ausgestaltung der Wandlerelemente.
Gemäß jeder bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Rotationstiefdruckzylinder mit einer galvanisierten Oberfläche mit einer einheitlichen, gleichmäßigen Kornstruktur versehen. Einheitlichkeit bzw. Gleichmäßigkeit der Kornstruktur (und daher der gravierten "Zellen") in der galvanisierten Oberfläche des Rotationstiefdruckzylinders sorgt für eine höhere Qualität des Gravierens und eine verbesserte Qualität des Rotationstiefdruckens. Bevorzugt wird die Galvanisierungsgleichmäßigkeit in allen Dimensionen über die galvanisierte Oberfläche und um diese herum erreicht. Der Prozess des Vorbereitens des Rotationstiefdruckzylinders zum Drucken gemäß den verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung dient dazu, die gewünschte einheitliche Kornstruktur für eine Vielzahl aufgalvanisierter Materialien (d. h. Kupfer, Chrom, Zink oder dergleichen) bereit zu stellen. Der Prozess kann unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie in dieser Offenbarung beschrieben ist, oder alternativ jeder anderen geeigneten Vorrichtung ausgeführt werden, die angepasst ist, um das offenbarte Verfahren in die Praxis umzusetzen.
Beim Ausgestalten oder Anordnen einer Reihe von Schritten (z. B. Behandlung), die mit dem Galvanisieren des Zylinders (d. h. der Oberfläche) gemäß bevorzugten Ausführungen in Zusam menhang stehen, sind verschiedene Optionen verfügbar. Der Zylinder wird gereinigt (ein Schritt, der regelmäßig nach anderen Verfahrensschritten ausgeführt wird, um eine qualitativ hohe galvanisierte Oberfläche zum Drucken zu gewährleisten). Eine Behandlung mit Nickel oder zyanidischem Kupfer kann auf den Zylinder angewendet werden, um die Galvanisierung zu erleichtern. Alternativ kann Basiskupfer direkt auf den Zylinder aufgalvanisiert werden. (Gemäß den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann Kupfer ohne die Notwendigkeit einer speziellen Behandlung direkt auf den Stahlzylinder aufgalvanisiert werden.) Gemäß beispielhaften Ausführungen hat das Basiskupfer eine Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 0,25 mm und 1,0 mm (0,010 und 0,040 Inch) (auch wenn andere Dicken aufgalvanisiert werden können). Wenn eine Ballardhülle auf den Zylinder aufgalvanisiert werden soll, wird eine Trennlösung auf die Basiskupferschicht aufgebracht. Die Ballardhülle (wenn erzeugt) hat bevorzugt eine minimale Dicke von ungefähr 0,076 mm (0,003 Inch) oder so ähnlich (z. B. 0,068 mm (0,0027) bis über 0,1 mm (0,004 Inch)).
Gemäß den bevorzugten Ausführungen kann die Galvanisierung in Übereinstimmung mit demselben grundlegenden Bereich von Werten der Prozessparameter ausgeführt werden, wie für das Galvanisieren mit herkömmlichen Verfahren (d. h. ohne die Verwendung von Ultraschallenergie). Der Galvanisierungsprozess gemäß den bevorzugten Ausführungen hat den Zweck, eine gleichförmigere, einheitlichere Kornstruktur des aufgalvanisierten Materials zu erzeugen sowie das Galvanisieren zu beschleunigen, indem zugelassen wird, dass mehr Energie (d. h. eine größere Stromdichte an der galvanisierten Oberfläche) während des Galvanisierens ohne nachteilige Effekte zugeführt wird. Gemäß beispielhaften Ausführungen kann Kupfer mit einer Stromdichte in einem Bereich von ungefähr 0,155 bis 0,465 A/cm² (1 bis 3 Ampere pro Quadratinch) aufgalvanisiert werden (im Vergleich zu 0,124 bis 0,186 A/cm² (0,8 bis 1,2 Ampere pro Quadratinch) als ein Bei spiel für einen typischen herkömmlichen Prozess). Chrom kann mit einer Stromdichte in einem Bereich von ungefähr 0,775 bis 1,86 A/cm² (5 bis 12 Ampere pro Quadratinch) aufgalvanisiert werden (im Vergleich zu 5 bis 7 Ampere pro Quadratinch als ein Beispiel für einen typischen herkömmlichen Prozess). Als eine Folge kann in einer beispielhaften Ausführung das Galvanisieren um 40 bis 50 Prozent schneller erreicht werden, oder eine erhöhte Dicke von aufgalvanisiertem Material kann in einem gegebenen Zeitraum erreicht werden. Zum Beispiel würde, wenn alle anderen Parameter konstant gehaltenen werden und wenn ein herkömmliches System eine Ballardhülle von 0,068 mm (0,0027 Inch) ohne die Verwendung von Ultraschallenergie in ungefähr 30 Minuten auf den Zylinder aufgalvanisiert, durch Verwendung von Ultraschallenergie gemäß einer bevorzugten Ausführung nach 30 Minuten eine Ballardhülle von 0,01 mm (0,004 Inch) Dicke auf den Zylinder aufgalvanisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Galvanisierungslösung zum Galvanisieren mit Kupfer (z. B. von Kupferklumpen) bei einer Temperatur von ungefähr 25 bis 35°C (bevorzugt 30 bis 32°C) mit einer Konzentration von 210 bis 230 Gramm/Liter Kupfersulfat (bevorzugt 220 Gramm/Liter) und 50 bis 70 Gramm/Liter Schwefelsäure (bevorzugt 60 Gramm/Liter) gehalten. Ultraschallenergie (d. h. Leistung) kann in einem Bereich von 1,5 bis 6 kVA zugeführt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung zum Galvanisieren mit Chrom (z. B. direkt aus einer Lösung) wird die Galvanisierungslösung bei einer Temperatur von ungefähr 55 bis 65°C mit einer anfänglichen Konzentration von 120 bis 250 Gramm/Liter Chromsäure und 1,2 bis 2,5 Gramm/Liter Schwefelsäure gehalten. Ultraschallenergie (d. h. Leistung) kann in einem Bereich von 1,5 bis 6 kVA zugeführt werden. Wie für diejenigen Fachleute ersichtlich ist, die diese Offenbarung durchsehen, können die Werte von Prozessparametern eingestellt werden, wie es erforderlich ist, um eine galvanisierte Oberfläche mit den gewünschten Eigenschaften zu schaffen. Gemäß alternativen Ausführungen können diese Bereiche unter Verwendung der Vorteile von Ultraschallenergie weiter ausgedehnt werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren (z. B. ohne Verwendung von Ultraschallenergie) stellt der gemäß irgendeiner bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung galvanisierte Rotationstiefdruckzylinder eine Oberfläche bereit, die für das nachfolgende Gravieren und Drucken besser geeignet ist, wie es in den 28 und 30 gezeigt ist. Die galvanisierte Oberfläche des Zylinders ist durch eine Härte gekennzeichnet, die der durch herkömmliche Verfahren erhaltenen ähnelt, aber die Kornstruktur (d. h. Größe) ist über die und entlang der Oberfläche (d. h. sowohl um den Umfang herum als auch entlang der axialen Länge des Zylinders) einheitlicher und variiert zum Beispiel (für Galvanisieren mit Kupfer) um ungefähr 1 bis 2 Prozent (mit Ultraschall) im Vergleich zu ungefähr 4 bis 10 Prozent (ohne Ultraschall). (Gemäß anderen beispielhaften Ausführungen kann sich die Härte der galvanisierten Oberfläche um 20 bis 30 Vickers erhöhen.)
Die gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung galvanisierte Oberfläche weist eine gravierte Zellenstruktur 500, wie sie in 28 (schematisches Diagramm) und in 30 (Mikrofotografie) gezeigt ist, mit Zellenwänden 502 von allgemein einheitlicher Breite und Form auf, die relativ und im wesentlichen frei von "Graten" oder anderen unerwünschten Materialablagerungen als Folge des Gravierprozesses sind. Wie in 27 und 29 gezeigt ist, ist durch herkömmliche Verfahren die Struktur der Zelle 501 etwas weniger einheitlich in Form und Abmessungen, und es sind Materialablagerungen 505 an oder nahe den Wänden 503 vorhanden, die Unregelmäßigkeiten oder Defekte während des Druckens verursachen können, siehe "The Impact of Electromechanical Engraving Specifications on Streaking and Hazing", Gravure (Winter 1994), der hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Zellen 500 mit einer einheitlichen Struktur, wie es in 28 und 30 gezeigt ist, mit weniger Verformung und weniger Schäden während des Gravierens stellen eine Oberfläche an dem Zylinder bereit, auf die Druckfarbe effizienter aufgetragen und die effizienter gereinigt werden kann und die daher eher in der Lage ist, ein Bild hoher Qualität in dem endgültigen Produkt zu drucken. Wenn, wie gemäß der vorliegenden Erfindung, eine solche Gleichförmigkeit und Einheitlichkeit über die Länge des Zylinders erreicht werden kann (nicht nur in isolierten Bereichen der Oberfläche), kann die Gesamt-Druckqualität verbessert werden.
Auch wenn nur einige wenige beispielhafte Ausführungen dieser Erfindung im Detail oben beschrieben worden sind, ist es für Fachleute ohne weiteres ersichtlich, dass viele Modifikationen in den beispielhaften Ausführungen möglich sind (wie etwa Änderungen der Größen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, der Werte der Prozessparameter oder der Verwendung von Materialien), ohne grundlegend von den neuen Lehren und den Vorteilen dieser Erfindung abzugehen. Andere Folgen von Verfahrensschritten können eingesetzt werden. Dementsprechend sollen alle derartigen Modifikationen in den Bereich der Erfindung eingeschlossen sein, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist. In den Ansprüchen soll jede Mittel-plus-Funktion-Klausel die hierin beschriebenen Strukturen als die angegebene Funktion ausführend umfassen, und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen.
Andere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können in Bezug auf die Ausgestaltung, die Betriebsbedingungen und die Anordnung der bevorzugten Ausführungen vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen Ausdruck findet.

Claims

Vorrichtung (10) zum Galvanisieren und zum Entfernen eines galvanischen Überzugs eines mit einer Stromquelle verbindbaren Tiefdruckzylinders (20), wobei die Vorrichtung aufweist: einen Behälter (12), der angepasst ist, um den Zylinder drehbar zu halten und um eine Galvanisierungslösung (F) zu enthalten, so dass der Zylinder zumindest teilweise in der Galvanisierungslösung angeordnet ist, eine Vielzahl von Leitern (30), die mit der Stromquelle verbindbar sind und zumindest teilweise in der Galvanisierungslösung angeordnet sind, eine Befestigungskonstruktion (45), die in dem Galvanisierungsbehälter teilweise auf jeder Seite von und allgemein unter dem Zylinder befestigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Wandlerelement (50) aufweist, das an der Befestigungskonstruktion in dem Galvanisierungsbehälter befestigt ist, um Wellenenergie in die Galvanisierungslösung einzubringen, und das einen Energiegenerator (53) aufweist, der angepasst ist, um elektrische Energie an das mindestens eine Wandlerelement zu liefern, wobei das mindestens eine Wandlerelement ausgestaltet ist, um Wellenenergie mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 10 kHz und 40 kHz zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) benachbart zu dem Zylinder (20) und entlang im wesentlichen der Gesamtheit einer Länge des Behälters (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) ein Oberflächenmaterial aufweist, das gegenüber der Galvanisierungslösung im wesentlichen widerstandsfähig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) ausgestaltet ist, um Wellenenergie mit einer variabel wählbaren Frequenz im Ultraschallbereich zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement ausgestaltet ist, um Wellenenergie mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 15 kHz und 40 kHz zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement ausgestaltet ist, um Wellenenergie mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 15 kHz und 30 kHz zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) ausgestaltet ist, um Wellenenergie mit einer Frequenz von ungefähr 20 kHz zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement ausgestaltet ist, um Wellenenergie mit variabel wählbaren Frequenzen zwischen 10 kHz und 40 kHz zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) eine im wesentlichen zylindrische Form hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) vier in dem Behälter (12) befestigte Wandlerelemente aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Wandlerelement (50) ein erstes Wandlerelement, das ausgestaltet ist, um die Ionenbewegung zu unterstützen, und ein zweites Wandlerelement aufweist, das ausgestaltet ist, um die Vielzahl von Klumpen im wesentlichen frei von Schlamm zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Reflektor (260) aufweist, der in dem Behälter (12) unter dem Zylinder und unter dem mindestens einen Wandlerelement (50) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Reflektor (260) einen bogenförmigen Querschnitt hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Befestigungskonstruktion (45) die Vielzahl von Leitern (30) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: einen unter dem Behälter (12) angeordneten Speicherbehälter (14), eine Umwälzpumpe (64), die einen Fluss von Galvanisierungslösung von dem Speicherbehälter (14) zu dem Behälter (12) bereitstellt, und einen Überlauf (72), der einen Pegel von Galvanisierungslösung (F) in dem Behälter (12) aufrecht erhält.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Speicherbehälter (14) ferner ein Fluidheizsystem (18) und ein Fluidkühlsystem (16) aufweist.