DE8700009U1 - Vorrichtung zur Elektrolytbehandlung kleinformatiger Werkstücke - Google Patents

Description

VON KREIS-«' -SCfcÖNWALO* ^: EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler + 1973 Dr.-Ing. K.W. Eishold 11981

Dr.-Ing, K. Schönwald Blasberg Dr. J. F. Fues

Anlagentechnik GmbH Dipl.-Chem. AIeIc von Kreisler

Merscheider Straße 165 Dipl.-Chem. Corob Keller

5650 Solingen 1 ÄÄ

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

Sg/CS

30. Dezember 1986

Vorrichtung zur Elektrolytbehandlung
kleinformatiger Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektrolytbehandlung kleinformatiger Werkstücke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Werkstücke, deren Oberfläche galvanisch mit einem metallischen überzug versehen werden soll, einer Elektrolytbehandlung auszusetzen. Die hierfür verwendete Vorrichtung besteht aus einem Elektrolytbad, in das eine flüssigkeitsdurchlässige Trommel, die die Werkstücke aufnimmt, eingesetzt wird. Das Elektrolytbad enthält eine erste Elektrode, die beispielsweise an Pluspotential angeschlossen wird, während an die Werkstücke über eine zweite Elektrode mit Minuspotential verbunden werden. In der Elektrolytflüssigkeit wandern Metallionen von den ersten Elektroden zu den Werkstücken, wo sie sich ablagern und eine gleichmäßig verteilte Oberflächenschicht bilden. Wichtig ist, daß alle

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Werkstücke einen guten elektrischen Kontakt mit der zweiten Elektrode haben. Ein solcher Kontakt ist bei relativ großformatigen Werkstücken, selbst wenn sie Schüttgut bilden und nicht einzeln mit der zweiten Elektrode verbunden sind, gewährleistet, weil die aus Metall bestehenden Werkstücke sich gegenseitig berühren und einige Werkstücke in Kontakt mit der zweiten

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der zweiten Elektrode erhalten.

Schwierigkeiten ergeben sich dagegen bei der Behandlung kleinformatiger Werkstücke, beispielsweise beim Beschichten elektrischer Kontaktstücke, die Abmessungen von etwa 1,5 mm &khgr; 1 mm &khgr; 0,5 mm haben. Solche kleinformatigen Werkstücke erfordern, daß die Trommelwand sehr engmaschig ist, damit die Werkstücke aus der Trommel nicht herausfallen. Wenn die aus einem Kunststoffgewebe bestehende Trommelwand genügend engmaschig für solche kleinformatigen Werkstücke gemacht wird, ist sie zwar für den Elektrolyten durchlässig, jedoch setzt sie den Metallionen, die sich auf den Werkstücken absetzen sollen, einen erheblichen Widerstand entgegen. Dies führt dazu, daß der Beschichtungsprozeß eine erhebliche Zeit beansprucht.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Elektrolytbehandlung kleinformatiger Werkstücke besteht darin, daß solche Werkstücke sich als Schüttgut in der Trommel mit hoher Packungsdichte ablagern, so daß die innenliegenden Werkstücke von den Metallionen schlecht erreicht werden können. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Werkstücke keinen hinreichenden elektrischen Kontakt mit benachbarten Werkstücken bzw. mit der zweiten Elektrode erhalten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der kleinformatige Werkstücke, deren Abmessungen im Bereich von 1 mm liegen, in relativ kurzer Zeit sicher und gleichmäßig beschichtet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kenn-

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Nach der Erfindung wird durch eine Düse der Elektrolyt in das eine stirnseitige Trommelende eingespritzt, so daß die im Elektrolytbad enthaltenen Metallionen nicht durch das engmaschige Gitter in die Trommel eintreten müssen, sondern stirnseitig in die Trommel hineingedrückt werden. Die Werkstücke kommen daher in intensive Berührung mit frischem Elektrolyten und den darin enthaltenen Metallionen. Ein Elektrolytstrahl wird in das stirnseitige Trommelende hineingepumpt. Der Elektrolyt verläßt die Trommel durch das die Umfangswand bildende engmaschige Gitter, nachdem die Ionen sich abgelagert haben. Auf diese Weise entsteht eine ständige Spülung der Werkstücke mit ionenhalt.igem Elektrolyten, wodurch eine intensive Beschichtungsbehandlung der Werkstücke erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise dazu benutzt werden, elektrische Kontaktstücke zunächst mit einer Nickel- und dann mit einer Zinnbeschiehtung oder mit einer Nickel-Silberbeschichtung oder mit einer Nickel-Goldbeschichtung zu versehen.

Zur Behandlung kleinformatiger Gegenstände sollte die Größe des Behandlungsraumes nicht zu groß gewählt werden, weil bei einer großen Vielzahl von Gegenständen

eine zu große Teilemasse entsteht. Andererseits würden bei Verwendung kleinformatiger Trommeln zahlreiche Trommeln erforderlich sein. Nach Anspruch 2 besteht jede Trommel aus mehreren parallelen Käfigen, von denen jeder einen Aufnahmeraum für Werkstücke bildet. Dadurch wird erreicht, daß jeder Käfig eine relativ geringe Größe hat, während die Trommel, die insgesamt eine Behandlungseinheit bildet, eine große Anzahl von Werkstücken (in mehreren Käfigen) aufnehmen kann. Durch die Aufteilung der Trommel in mehrere Käfige wird außerdem die mechanische Umwälzung des Behandlungsgutes verbessert, so daß sich die Behandlungsdauer verringert, weil pro Zeiteinheit mehr Ionen an jedes Werkstück herangeführt werden.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 wird sichergestellt, daß die Werkstücke einen ausreichenden Kontakt mit der zweiten Elektrode erhalten. Die Metallkörper bzw. Kugeln gewährleisten den elektrischen Kontakt zwischen den Werkstücken und zur zweiten Elektrode. Dabei sollte die Füllung einer jeden Trommel bzw. eines jeden Käfigs so sein, daß das Füllgut (Werkstücke und Metallkörper) mindestens bis zur zweiten Elektrode reicht, die sich als koaxialer Stab int Innern der Trommel bzw. des Käfigs erstreckt.

Gemäß Anspruch 6 ist um die Düse herum ein ringförmiger Balg angeordnet, der sich in Richtung auf die Einlaßöffnung der Trommel dehnt. Durch diesen Balg wird der Abstand zwischen Düse und Einlaßöffnung verringert, so daß der Düsenstrahl vollptändig in die Trommel eindringt. Andererseits wirrt -Sann, wenn die Düse keinen Strahl erzeugt, dieser Abstand vergrößert, so daß die an der Tragvorrichtung befestigte Trommel aus dem

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Elektrolytbad herausgehoben werden kann, ohne mit der Düse zu kollidieren.

Bei einer rotierenden Trommel, die die Werkstücke enthält, besteht die Gefahr, daß die Werkstücke während des Behandlungsprozesses zum einen Trommelende hin wandern und sich dort ansammeln. Durch diese WerksJ-Sckanhäufung wird der Zugang der Metallionen zu den Werkstücken erschwert. Um Anhäufungen an einem Trommelende zu vermeiden, ist gemäß Anspruch 8 vorgesehen, daß die Tragvorrichtung in einen Bewegungsrahmen einsetzbar ist, der Schwenkbewegungen ausführt. Auf diese Weise werden die drehend angetriebenen Trommeln zusätzlich abwechselnd nach der einen und der anderen Richtung schräg gestellt, so daß die Trommelachsen Pendelbewegungen ausführen. Dadurch werden Werkstückwanderungen abwechselnd zum einen und zum anderen Trommelende erreicht und die permanente Anhäufung von Werkstücken an einem Trommelende wird vermieden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Stirnansicht der Vorrichtung in einem Querschnitt durch das Elektrolytbad,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Trommel,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2 und

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Fig. 4 die gleiche Darstellung wie Fig. 1 bei geänderter Schräglage des Bewegungsrahinens.

Die Vorrichtung weist gemäß Fig. 1 ein Elektrolytbad 10 auf, das aus einem mit flüssigem Elektrolyten gefüllten Behälter 11 besteht. Der Behälter 11 ist auf einer Basis 12 befestigt. An der Basis 12 ist über dem oben offenen Behälter 11 der Bewegungsrahmen 13 um eine horizontale Längsachse 14 schwenkbar gelagert. Eine Antriebsvorrichtung 15, die an der Basis 12 abgestützt ist, greift an einem Ende des Bewegungsrahmens 13 an und hebt und senkt dieses Ende periodisch, so daß der Bewegungsrahmen 13 um die Achse 14 herum hin- und hergehend geschwenkt wird. Die Schwenkbewegung erfolgt um die horizontale Mittellage herum.

Der Bewec\mgsrahmen 13 weist aufragende Lagerböcke 16,17 auf, in die abstehende Zapfen 18 der Tragvorrichtung 19 von oben eingesetzt werden können. Die Tragvorrichtung 19 besteht aus einem Rahmen, der an seinem unteren Ende mehrere Trommeln 20 trägt, deren Achsen parallel zur Ebene des Bewegungsrahmens 13 verlaufen, wenn die Tragvorrichtung 19 in den Bewegungsrahmen 13 eingehängt ist. Zwei Trommeln 20 sind koaxial zueinander ausgerichtet und mit ihren einander zugewandten Enden über jeweils einen Halter 21 mit der Tragvorrichtung 19 verbunden. Der Halter 21 trägt ein Lager 22, an dem die Trommel 20 drehbar gelagert ist. Der Drehantrieb jeder Trommel erfolgt durch einen an der Tragvorrichtung 19 befestigten Motor 24. Jede Trommel enthält eine Elektrode, die über eine von der Tragvorrichtung 19 kommende (nicht dargestellte) elektrische Leitung mit Minuspotential verbunden ist. Die ersten Elektroden 25 bestehen aus zwei Platten, die

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zu beiden Seiten einer Trommel 20 in das Elektrolytbad hineinragen und die ebenfalls mit der Tragvorrichtung 19 verbunden sind und Pluspotential erhalten.

Vom Bewegungsrahmen 13 ragen Halter 26 herab, von denen jeder eine seitlich gerichtete Düse 27 trägt. Die Düse 27 ist auf die Einlaßöffnung 28 der Trommel 20 gerichtet. Diese Einlaßöffnung 28 wird von dem offenen Ende der kegelstumpfförmigen Stirnwand 29 gej.ri.ldet. Die Düsen 27 sind in gegenseitiger koaxialer Ausrichtung so angeordnet, daß die Einlaßöffnung 28 an dem dem Lager 22 abgewandten Ende einer jeden Trommel 20 sich in genauer axialer Ausrichtung mit der Düse 27 und in geringem axialen Abstand von dieser befindet, wenn die Tragvorrichtung 19 in den Bewegungsrahmen 13 eingesetzt ist. Jede Düse 27 ist über einen Schlauch 30 mit einer separaten Pumpe 31 verbunden, die auf dem Behälter 11 befestigt ist. Die Saugeinlässe 32 dar Pumpen 31 tauchen in die Elektrolyt flüssigkeit ein, so daß die Pumpen 31 aus dem Elektrolytbad Elektrolyten ansaugen und durch die Schläuche 20 zu den Düsen 27 pumpen.

Die Tragvorrichtung 19 weist aufragende Arme 33 auf, an deren oberen Enden nach innen abstehende Zapfen 34 befestigt sind. Diese Zapfen 34 können von ü-förmigen Tr?gelementen 35 des Hubarms 36 eines Transportwagens 37 Untergriffen werden, um die Tragvorrichtung zusammen mit den Trommeln 20 aus dem Elektrolytbad 10 herauszuheben und zum Entleeren bzw. Füllen der Trommeln zu entfernen. Beim Einsetzen der Trommeln in das Elektrolytbad fährt der Transportwagen 37 Über das Elektrolytbad und der Hubarm 36 wird abgesenkt, bis die Zapfen 18 von den Lagerböcken 16,17 des Bewegungsrahmens 13 aufgenommen werden. Dabei werden über

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Kontaktvorrichtungen 38 die elektrischen Anschlüsse sowohl für die Elektrodenpotentiale als auch für die Motore 24 vom Bewegungsrahmen 13 zur Tragvorrichtung 19 selbsttätig hergestellt. Die Tragvorrichtung 19 weist eine Potentialschiene 39 auf, von der die ersten Elektroden 25 herabhängen.

Der Aufbau einer Tronsüsl 20 ist in den Fign. 2 und 3 dargestellt. Diese Trommel weist mehrere zylindrische Käfige 40 auf, deren ümfangswand aus einem feinmaschigen Kunststoffgewebe 41 besteht. Im Innern der Ümfangswand erstreckt sich koaxial die zweite Elektrode 42 in Form eines Metallstabes, der mit Minuspotential verbunden ist. Jede der zweiten Elektroden 42 ist an dem der Stirnwand 29 abgewandten Ende an einer Käfigstirnwand 43 befestigt, die den Käfig an diesem Ende abschließt. Die Käfigstirnwände 43 sind an einer Platte 44 angebracht, die die der Stirnwand 29 gegenüberliegende Trommelstirnwand bildet. Von dieser Platte 44 steht koaxial zur Trommelachse ein Schaft 45 in Richtung auf die Einlaßöffnung 28 ab.

Das der Käfigstirnwand 43 abgewandte Ende eines jeden Käfigs 40 ist durch eine Lochwand 46 abgeschlossen. Die zweite Elektrode 42 endet im Abstand vor dieser Lochwand 46. Der Innenraum 40a des Käfigs 40 enthält außer d«in Werkstücken 48, die hier als rechteckige Teile dargestellt sind, zahlreiche Metallkörper 49 in Form von Kugeln. Diese Kugeln stellen einerseits den Kontakt der Werkstücke 48 untereinander und den Kontakt mit der zweiten Elektrode 42 sicher und sie gewährleisten andererseits auch eine hinreichende Schüttfähigkeit des Füllgutes, indem sie verhindern, daß Werkstücke flach gegeneinanderliegen. Jeder Innenraum 40a ist bis über die Hälfte seines Querschnitts mit Füllgut angefüllt.

Wie in Fig. 3 angedeutet ist, dreht sich die Trommel 20 um ihre Achse in Richtung des Pfeiles 50, während jeder einzelne Käfig 40 in Richtung des Pfeiles 51, also in Gegenrichtung zur Trommel 20, drehangetrieben ist. Die Käfige 40 sind in gleichmäßigen Abständen über den Trommelumfang verteilt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Käfige vorhanden.

In der kegelstumpfförmigen Stirnwand 29 ist gemäß Fig.

2 ein Verteilerraum 52 gebildet, in den der Schaft 45 hineinragt und der von einer Platte 53, durch die der Schaft 45 hindurchragt, begrenzt ist. Die Platte 53 weist vor jeder Lochwand 46 eine öffnung 47 auf, durch die der Elektrolyt von dem Verteilerraum 42 hindurchströmen kann, um durch die Lochwand 46 in den Innenraum 40a des betreffenden Käfigs 40 einzudringen. Der Elektrolyt verläßt den Käfig 40 durch die Umfangswand 41.

Der Elektrolyt wird durch die Düse 27 axial in den Verteilerraum 52 hineingedrückt. Der Elektrolytstrahl stößt gegen die Stirnseite des Schafts 45 und verteilt sich im Verteilerraum 52 auf die verschiedenen öffnungen 47. Die Düsenöffnung 53 ist von einem ringförmigen Balg 54 umgeben, der der Wirkung des Flüssigkeitsdrucks im Düseninnern ausgesetzt ist und sich dadurch nach außen in Richtung auf den Rand der Einlaßöffnung 28 dehnt, ohne jedoch diesen Rand zu berühren. Dadurch wird ereicht, daß der Düsenstrahl vollständig in den Verteilerraum 52 gelangt. Da die Düse 27 feststeht, die Trommel 20 sich jedoch dreht, sollte eine Berührung des Balges 54 mit dem Rand der Einlaßöffnung 28 vermieden werden.

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Während Fig. 1 den Zustand zeigt, in dem der Bewegungsrahmen 13 und mit ihm die Tragvorrichtung und die Trommeln sowie die Düsen nach rechts unten geneigt ist, zeigt Fig. 4 den Zustand, in dem die Antriebsvorrichtung 15 den Bewegungsrahmen 13 zusammen mit den an ihm befestigten bzw. in ihn eingehängten Teilen nach links unten geneigt ist. Das Füllgut der Käfige 40

Enden dieser Käfige, während sich die Käfige und die gesamten Trommeln drehen.

Claims (10)

1. ANSPRÜCHE

   Vorrichtung zur Elektrolytbehandlung kleinformatiger Werkstücke, mit mindestens einer an einer Tragvorrichtung (19) angebrachten, die Werkstücke aufnehmenden Trommel (20) mit flüssigkeitsdurchlässiger Wand, einem Elektrolytbad (10), in das die Trommel (20) eintauchbar ist, mindestens einer im Elektrolytbad (10) angeordneten ersten Elektrode (25) und mindestens einer an jeder Trommel (20) vorgesehenen zweiten Elektrode (42)
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Trommel (20) an einer Stirnwand (29) eine Einlaßöffnung (28) aufweist und daß im Elektrolytbad (10) eine der Einlaßöffnung (28) gegenüberliegende Düse (27) vorgesehen ist, die einen Elektrolytstrahl in die Trommel (20)
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (20) mehrere parallele Kufige (40) aufweist, die Aufnahmeräume (40a) für die Werkstücke

   (48) bilden, und dab an der der Düse (27) zugewandten Stirnwand (29) ein Verteilerraum (52) vorgesehen ist, der mit den Aufnahmeräumen (40a) sämtlicher Käfige (40) verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (40a) jeder Trommel bzw. jedes Käfigs (40) zahlreiche Metallkörper (49) enthält.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper (49) Kugeln sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (42) aus einem Stab besteht, der koaxial in der Trommel bzw. dem Käfig (40) verläuft.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trommel (20) um ihre Achse drehend angetrieben ist und daß um die Düsenöffnung (53) herum ein ringförmiger Balg (54) angeordnet ist, der sich unter dem Innendruck der Düse (27) in Richtung auf den Rand der Einlaßöffnung (28) der Trommel (20) dehnt.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trommel (20) nur an dem der Düse (27) abgewandten Ende an der Tragvorrichtung (19) gelagert ist und daß die Düsen

   (27) unabhängig von der Tragvorrichtung (19) im Elektrolytbad (10) angeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung (19) in einen Bewegungsrahmen (13) einsetzbar ist, der schwenkbeweglich am Behälter (11) des Elektrolytbades

   (10) angebracht ist, daß der Bewegungsrahmen (13) die Düsen (27) trägt und daß eine den Bewegungsrahmen (13) relativ zum Behälter (11) verschwenkende Antriebsvorrichtung (15) vorgesehen ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Behälter (11) des Elektrolytbades (10) mindestens eine Pumpe (31) angebracht ist, deren Saugeinlaß (32) in das

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   Elektrolytbad (10) eintaucht und von deren Auslaß ein Schlauch (30) zu einer der Düsen (27) führt.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Käfige (40) einer Trommel (20) in Gegenrichtung zur Trommeldrehung drehend angetrieben ist.