EP0445120A1 - Vorrichtung zum auf- und/oder abtragen von überzügen bei werkstücken. - Google Patents

Vorrichtung zum auf- und/oder abtragen von überzügen bei werkstücken.

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EP0445120A1
EP0445120A1 EP89910421A EP89910421A EP0445120A1 EP 0445120 A1 EP0445120 A1 EP 0445120A1 EP 89910421 A EP89910421 A EP 89910421A EP 89910421 A EP89910421 A EP 89910421A EP 0445120 A1 EP0445120 A1 EP 0445120A1
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EP
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container
workpieces
anode
cprocess
space
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Gerhard Gramm
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/005—Contacting devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00—Electrolytic stripping of metallic layers or coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
    • Y10S204/13—Purification and treatment of electroplating baths and plating wastes

Definitions

  • the invention relates to a device for applying and / or removing coatings on workpieces with a conveying device and a container (process space) receiving the workpieces with an incoming line that can be connected to at least one medium source and an outgoing line that connects the container to the medium source. wherein the connection between the lines and the medium source takes place by means of at least one control device.
  • Devices of this type are e.g. described in DE-OS 26 19 987.
  • the media are fed into the container (process space) from the side, while several multi-way valves are used to control the medium flow.
  • the result of this is that several depots are formed in the circuits, so that media which are incompatible with one another can mix.
  • Another disadvantage, with which the known device is afflicted is that if it is used for the production of coatings which can be produced electrolytically, the coatings are removed and removed slowly.
  • Another device is described in DE 26 60 711 C2. These are devices for the electrochemical treatment of surfaces in the absence of air. Several lines, valves and a pressure medium reservoir (protective gas) are required to fill or empty the container holding the workpieces.
  • E RSA TZBLATT The disadvantage of this known device is that special measures must be taken to ensure operation that does not pollute the environment. If, for example, a leak occurs in one of the containers or one of the lines, the liquid in this container or this line escapes into the open in an uncontrolled manner. Since the most varied and very aggressive chemicals are regularly used in such devices, these devices are usually arranged in special rooms or containers to prevent the escaping liquids or gases from polluting the environment. This makes the whole device expensive.
  • the invention has for its object to further develop the generic device without undue design effort so that it " works without a deposit and can be used in particular for incompatible liquids.
  • control device can be connected to at least three different media l len and is arranged below the container (process space) and in that the conveying device is switched in the outgoing line of the container (process space).
  • the invention is at least achieved when the circulation of the liquid, i.e. their movement
  • E RS ATZBLATT from the medium sources to the container (process space) and from there back to the medium sources, expediently by means of negative pressure, so that there may be an implosion in the lines or the containers if leaks cannot be excluded. In this case, the medium never escapes to the outside, rather it flows back alone and completely back into the associated medium container. During operation there are also no significant interruptions in operation, since the switchover can take place very quickly. Thus, one continuous cycle is replaced by the other continuous cycle, and in an extremely short time.
  • a particularly expedient measure of the invention provides that the conveying device is arranged above the medium sources.
  • the invention takes advantage of the fact that all the lines and the control device, e.g. Radial or axial slides can be emptied without leaving any residue if there is no pressure in them and they are connected to the assigned medium containers to carry the medium.
  • a further expedient embodiment of the invention provides that at least one opening for a holder carrying at least one workpiece is formed in the wall of the container (process space). It is particularly expedient here if the holder has an elastically deformable sealing section which is in pressure connection with the wall. In the context of this inventive concept, it is particularly advantageous if the casing of the opening is frustoconical and if it tapers inwards.
  • E RSA TZBLATT Such a device can be used and used in particular in the medical and here in the dental field.
  • the container (process room) consists of a material that is resistant to the media. Since there is negative pressure in the container (process space), the plugs need not have any threads; it is rather sufficient if they are inserted into the openings after they have been fitted with the workpieces. Due to the negative pressure, a force is exerted on the stoppers in the interior of the container, thereby preventing them from detaching from the container.
  • the solenoid valve l (V) which is located between the conveyor and the container (process room) and is used for ventilation, then pressure equalization occurs, so that the liquid from the container (process room) and the lines flow into the responsible medium container can, and that completely.
  • the opening of the venti les to the outside takes place regularly shortly before the end of an operation with a certain liquid. After that, when the valve is closed again, new and different liquid flows into the container (process space). After completing the entire work process, the plugs can be removed from the openings.
  • the entire wall it is also possible to design the entire wall as a plate which can be detachably connected to the container (process space), which is equipped with the plugs and workpieces and then connected to the container (process space).
  • REPLACEMENT LEAF Workpieces are designed as cathodes or anodes if an anode or cathode is arranged opposite the workpieces and if an electrolyte flows between the electrodes. In order to ensure that the inflowing liquid also rinses the workpieces sufficiently, it is expedient if a device influencing the flow direction of the liquid is arranged within the container (process space).
  • the device consists of two at a distance from the floor or ceiling of the container (Process room) arranged plates, which cover the floor or the ceiling except for a gap or slot in the wall area of the wall carrying the workpieces. This ensures that the inflowing liquid flows along the inside of the wall carrying the workpieces and optimally rinses the workpieces.
  • an ion exchanger for regeneration of the rinse water is arranged in the pre-rinse and the rinse water tank. It is particularly expedient here if two ion exchangers are arranged in each container.
  • Such an ion exchanger can consist of a hollow body which can be detachably connected to the inlet or outlet opening of the container and has an inlet and an outlet opening, means for receiving ions being arranged between these openings.
  • REPLACEMENT LEAF can be removed and replaced with new ones. The operator of the device does not come into contact with any liquid.
  • the invention also relates to a method for applying and / or removing coatings on workpieces by means of a device according to the above measures.
  • the procedure is such that the workpieces are arranged in the interior of the container (process space), that the workpieces are then, if necessary, pretreated so that the control device is actuated so that the container (process space) flows through an electrolyte or another chemical liquid and that after formation of a certain coating layer, the control device connects the lines to a rinsing liquid, which is then transported through the container (process chamber).
  • FIG. 3 shows a container for a medium source, shown enlarged
  • Fig. 5 shows a spatial arrangement of an anode with respect to a workpiece
  • REPLACEMENT LEAF 6 shows a further container for a media source.
  • FIG. 1 shows a device for applying and / or removing coatings on workpieces 10 and 12 r ⁇ i '.
  • a the workpieces 10 and 12 holding container (process room) 14 with an incoming, at least.:; e ne medium source 18 connectable and an outgoing, the container CProcess chamber 14 with the medium source.
  • 18, 19 and 21 connectable lines 16 and 20 are shown, the connection between the lines 16 and 20 and the medium sources 18, 19 and 21 being carried out by means of a control device 24, here a radial slide valve.
  • the control device 24 is a valve which consists of two circular disks 1 and 2, which can be rotated relative to one another about a common axis, and which is arranged on the one hand below the container (process chamber) 14 and on the other hand above the medium sources 18, 19 and 21 is, the lines 18 and 20 are essentially vertical so that no depots are formed in them.
  • the radial slide 24 allows the lines 16 and 20 to be connected to more than two containers 18, 19 and 21.
  • a vacuum delivery device 26 is connected in the outgoing line 20, in the present exemplary embodiment a vacuum pump.
  • the liquid is therefore e.g. conveyed from the container 18 into the line 16 and from there into the container C process room) 14. Since there is negative pressure in the container (process chamber) 14, the liquid flows via the line 20 into the radial slide valve 24 and from there back into the container 18.
  • Fig. 1 also shows that in the wall 28 of the container (CProcess) 14 two openings 30 and 32 for the
  • REPLACEMENT LEAF Workpieces 10 and 12 supporting brackets 40 and 42 are formed.
  • the brackets 40 and 42 have an elastically deformable sealing section which is connected to the wall 28 in pressure.
  • the cladding of the openings 30 and 32 is frustoconical and tapers inwards. If the device shown in FIG. 1 is to be used for producing electrolytically producible coatings on metallic bodies, then the surface of the section of the workpieces 10 and 12 protruding into the interior of the container CProcess space) is designed as a cathode or anode , while an anode 44 or cathode is arranged opposite workpieces 10 and 12. The liquid flows between these electrodes.
  • a device 50 and 52 influencing the direction of flow of the liquid 46 is arranged within the container CProcess space 14.
  • the incoming line 16 is connected in the bottom area, which can preferably be funnel-shaped, and the outgoing line 20 is connected in the top area of the container (process room 14).
  • the device 50 and 52 influencing the liquid flow consists of two plates which are arranged at a distance from the floor 54 or from the ceiling 56 of the container (process room) 14 and which cover the floor 54 or the ceiling 56 apart from a gap 60 and 62 in the wall area of each Cover workpieces 10 and 12 bearing wall 28.
  • Fig. 1 also shows a valve CV), which is connected in the line 20 and between the conveyor 26 and the container CProcess space).
  • the valve CV designed as a solenoid valve for ventilation is always then
  • REPLACEMENT LEAF actuated when the container (process space) 14 is emptied and the medium located there is to get into the responsible medium container 18, 19 and 21. In this case, a pressure equalization takes place in the container (process space) 14, so that the liquid can flow down via the line 16. The conveyor 26 does not have to be switched off.
  • FIG. 2 shows that the workpieces 10 and 12 can be acted upon by the inflowing electrolyte also by means of a mixing device, propeller 3, arranged inside the container (process space) 14.
  • FIG. 3 shows particularly well that two ion exchangers 64 and 66 are arranged in the rinsing water container 19 for the regeneration of the rinsing water.
  • the ion exchangers 64 and 66 each consist of a hollow body detachably connectable to the inlet or outlet opening 70 or 72 of the container (process space) 14 with an inlet and an outlet opening 74, 78 or 76 and 80. Between these openings are means 82, here resin, arranged to receive ions.
  • an ion-containing liquid e.g. Water
  • a hollow body 90 of the ion exchanger 66 This higher Izylindri see hollow body 90 has a plurality of radially aligned openings 91 and 92.
  • the liquid flowing out of the hollow body 90 is pressed by the ion receiving means 82 and reaches through the opening 76 into the interior of the container (process space) 14.
  • the liquid flowing out of the opening 76 into the interior is essentially free of cathions or anions. From there, the liquid passes through d. ⁇ - opening 78 in the
  • REPLACEMENT LEAF Interior of the second ion exchanger 64 which is constructed essentially in the same way as the first ion exchanger 66, but which catches cathions or anions. The liquid flowing out of line 7 is thus freed of ions. If the ion exchangers 64 and 66 are inoperable, they are removed from the container 14 and replaced by others.
  • the wall 28 of the container 14 can also be formed as a raw li ngmagazi n.
  • the particular advantage of the invention is therefore that not only large systems such as pipes with a length of several meters can be coated in the same way, but also small objects such as screws, rings or dentures.
  • the electrolyte can e.g. be mixed with nitrogen.
  • the electrolyte can e.g. can be swirled by stirring or ultrasound. It has proven to be particularly expedient to use insoluble anodes or electrodes here. It is also ensured that no evaporation losses of the liquids occur.
  • the distance between the anode and the cathode (workpieces) has a decisive influence on the thickness of the coating layer.
  • the thickness depends on the current density and the exposure time. Because of the different currents at the edges, recesses and indentations in the workpieces, the layer thickness is not quite uniform. This results from the fact that the recesses are at a greater distance from the anode than the end face of the workpiece facing the anode.
  • REPLACEMENT LEAF Remedy can be achieved in part by removing the anode from the workpieces to such an extent that the depth of the recesses is negligibly small with respect to the distance of the anode from the cathode.
  • this has the disadvantage that the container must be built significantly larger on a regular basis.
  • Anode 104 and the workpieces 10 and 12 is relatively small.
  • the anode 104 is accommodated in a receptacle 100, whose distance from the workpiece 10 is significantly less than the length of the field lines 110 and 111 between the anode 104 and the cathode 10.
  • the receptacle 100 whose distance from the workpiece 10 is significantly less than the length of the field lines 110 and 111 between the anode 104 and the cathode 10.
  • This is a stretched body, the open side 120 of which communicates with the container (process space) 14. Between the open side 120 and the anode
  • baffles 106 and 107 are arranged.
  • Baffles 106 and 107 are designed as guide plates, so that the field lines 110 and 111 are serpentine and serpentine. This increases the length of the field lines from the anode 104 to the workpiece 10 - so that the bottom side 116, which is an amount x further away from the anode, is approximately as far away from the anode as the face 115 of
  • apertures 108 and 109 are also provided, by means of which it is to be achieved that the streamlines 110 and 111 leave the outlet 120 with approximately the same density.
  • anode 104 is surrounded by granular particles 121, which may consist of copper, nickel, gold, silver, chromium or the like.
  • the particles 121 are accommodated in a collecting container 102 which communicates with the receiving container 100.
  • the receptacle 100 and the collecting container 102 are formed in one piece and are essentially L-shaped, the lower end of the collecting container 102 surrounding the anode.
  • Galvanic coatings are produced by electrolytic decomposition of metal salt solutions.
  • a copper plating on the metal article 10 can be made by hanging the article as a cathode in a copper sulfate solution and using an anode consisting of a circuit board as an anode, which is surrounded by copper particles, for example granules, small spheres, etc.
  • the Cu ++ ions go to the negatively charged object and form the coating there, while the residual acid ions SO4 release new Cu ++ ions from the Cu anode, so that the concentration of the solution is maintained.
  • the current density must be kept sufficiently low, otherwise the Cu coating becomes porous and spongy.
  • the result of the granules is that the distance of the anode 104 from the workpiece 10 is kept constant, since the used granules arranged in the bottom area of the anode 104 can be replaced by new granules which extend to the cover 103.
  • FIG. 6 shows a container 200 which corresponds approximately to the media container 19 according to FIG. 1. The main difference between the container 200 and the
  • REPLACEMENT LEAF Med um container 19 is that the entire container 200 is designed as an ion exchanger, which can be connected through connections 212 and 214 to the lines 16 and 20 via the radial slide 24.
  • the container (ion exchanger) 200 has three filters 202, 204 and 206, which are arranged ion receiving means for cations 208 and anions 210, for example in Fo of resin. This ion exchanger 200 can be operated in both directions.

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Description

Vorrichtung zum Auf- und/oder Abtragen von Überzügen bei Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- und/oder Abtragen von Überzügen bei Werkstücken mit einer Fördereinrichtung sowie einem die Werkstücke aufnehmenden Behälter (Prozeßraum) mit einer ankommenden, an mindestens eine Mediumquelle anschließbaren und e ner abgehenden, den Behälter mit der Mediumquelle verbindbaren Leitung, wobei die Verbindung zwischen den Leitungen und der Mediumquelle mittels m ndestens einer Steuereinrichtung erfolgt.
Vorrichtungen dieser Art sind z.B. in der DE-OS 26 19 987 beschrieben. Die Zufuhr der Medien in den Behälter (Prozeßraum) erfolg hierbei seitl ch, während für die Steuerung des Mediumflusses mehrere Mehrwegeventile eingesetzt werden. Dies hat zur Folge, daß in den Kreisläufen mehrere Depots gebildet werden, so daß es zur Vermischung von miteinander nicht verträglichen Medien kommen kann. Ein weiterer Nachtei l, mit dem die bekannte Vorrichtung behaftet ist, besteht dar n, daß, wird sie zur Herstellung e lektrolyti seh herstellbarer Überzüge eingesetzt, das Auf¬ bzw. Abtragen der Überzüge langsam erfolgt. Eine weitere Vorrichtung ist in der DE 26 60 711 C2 beschrieben. Hierbei handelt es sich um Vorrichtungen zur elektrochemischen Behandlung von Oberflächen unter Luftabschluß. Für das Auffüllen bzw. Entleeren des die Werkstücke aufnehmenden Behälters sind mehrere Leitungen, Ventile und ein Druckmediumspeicher (Schutzgas) erforderlich. Ein wesentlicher
ERSATZBLATT Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um einen die Umwelt nicht belastenden Betrieb zu gewährleisten. Entsteht z.B. in einem der Behälter oder einer der Leitungen ein Leck, dann gelangt die in diesem Behälter oder dieser Leitung befindliche Flüssigkeit unkontrolliert ins Freie. Da bei solchen Vorrichtungen regelmäßig unterschiedlichste und hierbei sehr aggressive Chemikalien verwendet werden, sind diese Vor ichtungen gewöhnlich in Spezi a Iräumen bzw. -behältern angeordnet, um zu verhindern, daß die entweichenden Flüssigkeiten bzw. Gase die Umwelt belasten. Dies macht die ganze Vorrichtung kostenintensiv.
Ein weiterer Nachteil, mit dem die bekannte Vorrichtung behaftet ist, besteht darin, daß sie nicht von beliebigen, mi der Entsorgung nicht vertrauten Personen betrieben werden kann. Sie kann insbesondere n cht im zahnmedizinischen oder medizinischen Bereich eingesetzt werden.
Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung ohne unangemessenen konstruktiven Aufwand so weiterzubilden, daß sie" depotfrei arbeitet und insbesondere für miteinander nicht verträgliche Flüssigkeiten verwendbar ist.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuere nr chtung an mindestens drei verschiedene Medi umque L Len anschließbar und unterhalb des Behälters (Prozeßraum) angeordnet ist und daß die Fördereinrichtung in der abgehenden Leitung des Behälters (Prozeßraum) geschaItet ist.
Man erkennt, daß die Erfindung jedenfalls dann verwirklicht ist, wenn die Zirkulation der Flüssigkeit, d.h. ihre Bewegung
ERSATZBLATT von den Mediumquellen zum Behälter (Prozeßraum) und von dort in die Mediumquellen zurück, zweckmäßigerweise durch Unterdruck erfolgt, so daß es in den Leitungen bzw. den Behältern bei nicht auszuschließenden Leckagen allenfalls zu einer Implosion kommen kann. Hierbei gelangt das Medium in keinem Fall nach außen, es fließt vielmehr alleine und restlos n den zugehörigen Mediumbehälter zurück. Während des Betriebes kommt es auch zu keinen nennenswerten Unterbrechungen des Betriebes, da das Umschalten sehr schnell erfolgen kann. Somit wird der eine kontinuierliche Kreislauf vom anderen kontinuierlichen Kreislauf abgelöst, und zwar in extrem kurzer Zeit.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Eine besonders zweckmäßige Maßnahme der Erfindung sieht vor, daß die Fördereinrichtung oberhalb der Mediumquellen angeordnet ist. Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zunutze, daß alle zwischen dem Behälter (Prozeßraum) und den Mediumbehältern befindlichen Leitungen sowie Steuerungseinrichtung, z.B. Radial- oder Axialschieber, restfrei entleert werden, wenn in ihnen kein Druck herrscht und sie mit den zugeordneten Mediumbehältern mediumführend verbunden sind.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in der Wand des Behälters (Prozeßraum) mindestens eine Öffnung für eine mindestens ein Werkstück tragende Halterung ausgebildet ist. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Halterung einen elastisch verformbaren und mit der Wand in Druckverbindung stehenden Dichtungsabschnitt - besitzt. Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ummantelung der Öffnung kegelstumpfförmig ist und wenn sie sich nach innen zu verjüngt.
ERSATZBLATT Eine solche Vorrichtung ist insbesondere im medizinischen und hierbei im zahnmedizinischen Bereich anwend- und einsetzbar. Der Behälter (Prozeßraum) besteht hierbei aus einem Werkstoff, der mit Bezug auf die Medien widerstandsfähig ist. Da im Behälter (Prozeßraum) Unterdruck herrscht, müssen die Stopfen insbesondere kein Gew nde aufweisen; es reicht vielmehr, wenn sie in die Öffnungen eingesteckt werden, nachdem sie mit den Werkstücken bestückt worden sind. Durch den Unterdruck wirkt auf die Stopfen eine in den Behälterinnenraum gerichtete Kraft, wodurch verhindert wird, daß sie sich vom Behälter lösen.
Wird das Magnetvent l (V), das sich zwischen der Fördereinrichtung und dem Behälter (Prozeßraum) befindet und zur Entlüftung dient, geöffnet, dann kommt es zum Druckausgleich, so daß die Flüssigkeit aus dem Behälter CProzeßraum) und den Leitungen in den zuständigen Mediumbehälter strömen kann, und zwar restfrei. Das Öffnen des Venti les nach außen erfolgt regelmäßig kurz vor Beendigung eines Arbeitsganges mit einer bestimmten Flüssigkeit. Danach, wenn das Ventil wieder geschlossen ist, strömt in den Behälter (Prozeßraum) neue und andere Flüssigkeit hinein. Nach Beendigung des kompletten Arbe svorganges können die Stopfen aus den Öffnungen herausgenommen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die ganze Wand als eine mit dem Behälter CProzeßraum) lösbar verbindbare Platte auszubilden, die mit den Stopfen und Werkstücken bestückt und danach mit dem Behälter (Prozeßraum) verbunden wird.
Bei einer Vorrichtung zur Herstellung ele trolyti seh herstellbarer Überzüge auf metallischen Körpern ist es zweckmäßig, wenn die Oberfläche der in den Innenraum des Behälters (Prozeßraum) hineinragenden Abschnitte der
ERSATZBLATT Werkstücke als Kathode bzw. Anode ausgebildet ist, wenn gegenüber den Werkstücken eine Anode bzw. Kathode angeordnet ist und wenn zwischen den Elektroden ein Elektrolyt strömt. Um sicherzustellen, daß die einströmende Flüssigkeit auch die Werkstücke hinreichend umspült, ist es zweckmäßig, wenn innerhalb des Behälters (Prozeßraum) eine die Strömungsrichtung der Flüssigkeit beeinflussende Einrichtung angeordnet ist. Handelt es sich hierbei um eine Vorrichtung, bei der die ankommende Leitung im Bodenbereich und die abgehende Leitung i oberen Bereich des Behälters (Prozeßraum) anschließbar sind, dann ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung aus zwei mit Abstand zum Boden bzw. zur Decke des Behälters (Prozeßraum) angeordneten Platten besteht, die den Boden bzw. die Decke bis auf jeweils einen Spalt oder Schlitz im Wandbereich der die Werkstücke tragenden Wand abdecken. Somit ist sichergestellt, daß die einströmende Flüssigkeit entlang der Innenseite der die Werkstücke tragenden Wand strömt und die Werkstücke optimal umspült.
Bei einer Vorrichtung, die an einen Elektrolyt- sowie einen Vorspül- und einen Spülwasserbehälter anschließbar ist, ist es vorteilhaft, wenn in dem Vorspül- und dem Spülwasserbehälter ein Ionenaustauscher zur Regeneration des Spülwassers angeordnet ist. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn in jedem Behälter jeweils zwei Ionenaustauscher angeordnet sind. Ein solcher Ionenaustauscher kann aus einem mit der Ein- bzw. Auslaßöffnung des Behälters lösbar verbindbaren Hohlkörper mit einer Ein- und einer Auslaßöffnung bestehen, wobei zwischen diesen Öffnungen Mittel zur Aufnahme von Ionen angeordnet sind. Der Vorteil dieser Maßnahmen besteht darin, daß die Ionenaustauscher - erfüllen sie ihre Funktion nicht mehr - aus dem Behälter
ERSATZBLATT herausgenommen und durch neue ersetzt werden können. Der Betreiber der Vorrichtung kommt hierbei mit keiner Flüssigkeit in Berührung.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Auf- und/oder Abtragen von Überzügen bei Werkstücken mittels einer Vorrichtung nach den obigen Maßnahmen. Hierbei wird so vorgegangen, daß die Werkstücke im Innenraum des Behälters CProzeßraum) angeordnet werden, daß daraufhin die Werkstücke, falls erforderlich, vorbehandelt werden, daß die Steuereinrichtung betätigt wird, so daß der Behälter (Prozeßraum) von einem Elektrolyten oder einer anderen chemischen Flüssigkeit durchströmt wird, und daß nach Bildung einer bestimmten Überzugsschicht die Steuereinrichtung die Leitungen an eine Spülflüssigkeit anschließt, die dann durch den Behälter CProzeßraum) transportiert wird.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Galvanisieren,
Fig. 2 einen Behälter CProzeßraum), vergrößert dargeste l It,
Fig. 3 einen Behälter für eine Mediumquelle, vergrößert dargeste llt,
Fig. 4 einen Behälter CProzeßraum) mit einer außerhalb des Behälters angeordneten Anode,
Fig. 5 eine räumliche Anordnung einer Anode mit Bezug auf ein Werkstück und
ERSATZBLATT Fig. 6 einen weiteren Behälter für eine Medienquelle.,
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Auf- nd/oder Abtragen von Überzügen bei Werkstücken 10 und 12 rπ i '. einen: ie Werkstücke 10 und 12 aufnehmenden Behälter CProzeßraum) 14 mit einer ankommenden, an mindester.:; e ne Mediumquelle 18 anschließbaren und einer abgehenden, den Behälter CProzeßraum) 14 mit den Mediumqueller. 18, 19 und 21 verbindbare Leitung 16 und 20 argestellt, wobei die Ve bindung zwischen den Leitungen 16 und 20 und den Mediumquellen 18,19 und 21 ittels einer Steuereinrichtung 24, hier Radialschieber, erfolgt.
Bei der Steuereinrichtung 24 handelt es sich um ein Ventil, das aus zwei kreisrunden Scheiben 1 und 2, die gegeneinander um eine gemeinsame Achse verdrehbar sind, besteht und das einerseits unterhalb des Behälters CProzeßraum) 14 und andererseits oberhalb der Mediumquellen 18,19 und 21 angeordnet ist, wobei die Leitungen 18 und 20 im wessentlichen senkrecht verlaufen, so daß in ihnen keine Depots gebildet werden. Durch den Radialschieber 24 können die Leitungen 16 und 20 mit mehr als zwei Behältern 18, 19 und 21 verbunden werden. In der abgehenden Leitung 20 ist eine Unterdruck- Fördereinrichtung 26 geschaltet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vakuumpumpe. Die Flüssigkeit wird daher z.B. aus dem Behälter 18 in die Leitung 16 und von dort in den Behälter CProzeßraum) 14 befördert. Da im Behälter CProzeßraum) 14 Unterdruck herrscht, strömt die Flüssigkeit über die Leitung 20 in den Radialschieber 24 und von dort aus zurück in den Behälter 18.
Die Fig. 1 läßt ferner erkennen, das in der Wand 28 des Behälters CProzeßraum) 14 zwei Öffnungen 30 und 32 für die
ERSATZBLATT Werkstücke 10 und 12 tragenden Halterungen 40 und 42 ausgebildet s nd. Die Halterungen 40 und 42 besitzen einen elastisch verformbaren und mit der Wand 28 in Druc verbindung stehenden D chtungsabschnitt. Die Ummantelung der Öffnungen 30 und 32 ist kegelstumpfförmig und verjüngt sich nach innen zu. Soll nun die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung e lektrolyti s ch herstellbarer Überzüge auf metallischen Körpern verwendet werden, dann ist die Oberfläche des in den Innenraum des Behälters CProzeßraum) 14 h neinragenden Abschnittes der Werkstücke 10 und 12 als Kathode bzw. Anode ausgebildet, während gegenüber den Werkstücken 10 und 12 eine Anode 44 bzw. Kathode angeordnet ist. Die Flüssigkeit strömt zwischen diesen Elektroden.
Um sicherzustellen, daß die durch die Leitung 16 zugeführte Flüssigkeit die Werkstücke 10 und 12 beaufschlagt, ist innerhalb des Behälters CProzeßraum) 14 eine die Strömungsrichtung der Flüssigkeit 46 beeinflussende Einrichtung 50 und 52 angeordnet. Die ankommende Leitung 16 ist im Bodenbereich, der vorzugsweise trichterförmig ausgebildet sein kann, und die abgehende Leitung 20 ist im Deckbereich des Behälters CProzeßraum) 14 angeschlossen. Die die Flüssigkeitsströmung beeinflussende Einrichtung 50 und 52 besteht aus zwei mit Abstand zum Boden 54 bzw. zur Decke 56 des Behälters CProzeßraum) 14 angeordneten Platten, die den Boden 54 bzw. die Decke 56 bis auf jeweils einen Spalt 60 und 62 im Wandbereich der die Werkstücke 10 und 12 tragenden Wand 28 abdecken.
Die Fig. 1 läßt auch ein Ventil CV) erkennen, das in der Leitung 20 sowie zwischen der Fördereinrichtung 26 und dem Behälter CProzeßraum) geschaltet ist. Das als Magnetventil ausgebildete Ventil CV) zur Entlüftung wird immer dann
ERSATZBLATT betätigt, wenn der Behälter (Prozeßraum) 14 entleert und das dort befindliche Medium in den zuständigen Mediumbehälter 18,19 und 21 gelangen soll. Hierbei erfolgt im Behälter (Prozeßraum) 14 ein Druckausgleich, so daß die Flüssigkeit über die Leitung 16 nach unten strömgen kann. Die Fördereinrichtung 26 muß nicht ausgeschaltet werden.
Die Fig. 2 läßt erkennen, daß die Beaufschlagung der Werkstücke 10 und 12 durch den einströmenden Elektrolyt auch durch eine innerhalb des Behälters (Prozeßraum) 14 angeordnete Verwi rbe lungsei nri chtung, Propeller 3, erfolgen kann .
Die Fig. 1 läßt in Verbindung mit Fig. 3 besonders gut erkennen, daß im Spülwasserbehälter 19 zwei Ionenaustauscher 64 und 66 zur Regeneration des Spülwassers angeordnet sind. Die Ionenaustauscher 64 und 66 bestehen aus eweils einem mit der Ein- bzw. Auslaßöffnung 70 bzw. 72 des Behälters (Prozeßraum) 14 lösbar verbindbaren Hohlkörper mit einer Ein- und einer Auslaßöffnung 74, 78 bzw. 76 und 80. Zwischen diesen Öffnungen sind Mittel 82, hier Harz, zur Aufnahme von Ionen angeordnet.
Strömt nun durch die Leitung 6 eine Ionen aufweisende Flüssigkeit, z.B. Wasser, in den Behälter 14, dann gelangt sie in einen Hohlkörper 90 des Ionenaustauschers 66. Dieser höh Izylindri sehe Hohlkörper 90 besitzt eine Vielzahl von radial ausgerichteten Öffnungen 91 und 92. Die aus dem Hohlkörper 90 ausströmende Flüssigkeit wird durch das Ionenaufnahmemittel 82 gedrückt und gelangt durch die Öffnung 76 in den Innenraum des Behälters (Prozeßraum) 14. Die aus der Öffnung 76 in den Innenraum strömende Flüssigkeit ist im wesentlichen frei von Kathionen bzw. Anionen. Von dort aus gelangt die Flüssigkeit über d . <- Öffnung 78 in den
ERSATZBLATT Innenraum des zweiten Ionenaustauschers 64, der im wesentlichen genauso aufgebaut ist wie der erste Ionenaustauscher 66, der allerdings Kathione bzw. Anione auffängt. Die aus der Leitung 7 strömende Flüssigkeit ist somit von Ionen befreit. Sind die Ionenaustauscher 64 und 66 funktionsuntüchtig, dann werden sie vom Behälter 14 herausgenommen und durch andere ersetzt.
Die Wand 28 des Behälters 14 kann auch als ein Roh li ngmagazi n ausgebildet sein kann.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht also auch darin, daß auf gleiche Weise nicht nur große Anlagen wie Rohre mit mehreren Metern Länge beschichtet werden können, sondern auch kleine Gegenstände wie Schrauben, Ringe oder Zahnprothesen. Um das Oxidieren der Beschichtung zu vermeiden, kann der Elektrolyt z.B. mit Stickstoff versetzt werden. Durch zusätzliche Einrichtungen kann der Elektrolyt z.B. durch Rühren oder Ultraschall verwirbelt werden. Als besonders zweckmäßig hat sich gezeigt, hierbei nicht lösliche Anoden bzw. Elektroden zu verwenden. Es wird auch sichergestellt, daß keine Verdampfungsverluste der Flüss gkeiten eintreten.
Sollen galvanische Überzüge bei Werkstücken mit unebener Oberfläche hergestellt werden, dann hat der Abstand zwischen der Anode und der Kathode CWerkstücke) einen entscheidenden Einfluß auf die Dicke der Überzugsschicht. Die Dicke hängt dabei von der Stromdichte und der Expositionszeit ab. Wegen der unterschiedlichen Stromstärke an Kanten, Ausnehmungen und Einbuchtungen in den Werkstücken fällt die Schichtdicke nicht ganz gleichmäßig aus. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Ausnehmungen einen größeren Abstand von der Anode besitzen als die der Anode zugekehrte Stirnseite des Werkstückes .
ERSATZBLATT Abhilfe kann teilweise dadurch erreicht werden, daß die Anode von den Werkstücken soweit entfernt wird, daß die Tiefe der Ausnehmungen mit Bezug auf den Abstand der Anode von der Kathode verschwindend klein ist. Dies bringt edoch den Nachteil mit sich, daß der Behälter regelmäßig deutlich größer gebaut werden muß.
In den Fig. 4 und 5 ist gezeigt, daß die Länge der Feldlinien
110 und 111 sehr groß ist, obwohl der Abstand zwischen der
Anode 104 und den Werkstücken 10 und 12 relativ klein ist.
Die Anode 104 ist in einem Aufnahme-Behälter 100 untergebracht, dessen Abstand von dem Werkstück 10 deutlich geringer ist als die Länge der Feldlinien 110 und 111 z ischen den Anode 104 und der Kathode 10. Der Aufnahme-Behälter
100 ist außerhalb des Behälters CProzeßraum) 14 angeordnet.
Hierbei handelt es sich um einen gestreckten Körper, dessen offene Seite 120 mit dem Behälter CProzeßraum) 14 kommuniziert. Zwischen der offenen Seite 120 und der Anode
104 sind mehrere Schikanen 106 und 107 angeordnet. Die
Schikanen 106 und 107 sind als Leitplatten ausgebildet, so daß die Feldlinien 110 und 111 Serpentinen- und schlangenförmig sind. Dadurch wird die Länge der Feldlinien gemessen von der Anode 104 bis zum Werkstück 10 - so vergrößert, daß die Bodenseite 116, die um einen Betrag x weiter weg von der Anode entfernt ist, annähernd so weit weg von der Anode entfernt ist wie die Stirnseite 115 des
Werkstückes 10. Bezeichnet man die Länge der Feldlinien d, d.h. die Länge der Feldlinie 110 von der Anode bis zur
Stirnseite 115, und den Abstand der Feldlinie 110' mit d
+ x, dann ist ,τ annähernd = 1. Die Stromstärke ist ' d+x im Bodenbereich 116 annähernd gleich groß wie i Stirnbereich
115, so daß die Dicke des Überzuges annähernd gleich ist.
ERSATZBLATT Um die Stromlinien 110 und 111 zu fokusieren, sind ferner Blenden 108 und 109 vorgesehen, durch die erreicht werden soll, daß die Stromlinien 110 und 111 den Auslaß 120 etwa mit gleicher Dichte verlassen.
Die Fig. 5 läßt ferner erkennen, daß die Anode 104 von granu latförmi gen Teilchen 121 umgeben ist, die aus Kupfer, Nickel, Gold, Silber, Chrom oder dgl. bestehen können. Die Teilchen 121 sind in einem Sammelbehälter 102 untergebracht, der mit dem Aufnahme-Behälter 100 kommuniziert. Der Aufnahme- Behälter 100 und der Sammelbehälter 102 sind einstückig ausgebildet und im wesentlichen L-förmig, wobei das untere Ende des Sammelbehälters 102 die Anode umgibt. Hierbei werden galvanische Überzüge durch elektrolytische Zerlegung von Metallsalzlösungen hergestellt. Ein Kupferüberzug auf dem Metallgegenstand 10 läßt sich herstellen, indem man den Gegenstand als Kathode in eine Kupfersu Lfat Lösung hängt und als Anode eine aus Platine bestehende Anode verwendet, die von Kupferteilchen, z.B. Granulat, kleine Kügelchen usw., umgibt. Die Cu++-Ionen gehen zum negativ geladenen Gegenstand und bilden dort den Überzug, während die Säure- Rest-Ionen SO4 aus der Cu-Anode neue Cu++-Ionen herauslösen, so daß die Konzentration der Lösung erhalten bleibt. Die Stromdichte muß genügend klein gehalten werden, weil sonst der Cu-Überzug porös und schwammig wird. Durch das Granulat wird erreicht, daß der Abstand der Anode 104 von dem Werkstück 10 konstant erhalten bleibt, da das verbrauchte, im Bodenbereich der Anode 104 angeordnete Granulat durch neues Granulat, das bis zum Deckel 103 reicht, ersetzt werden kann.
Schließlich Läßt Fig. 6 einen Behälter 200 erkennen, der etwa dem Medi umbehä Lter 19 nach Fig. 1 entspricht. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Behälter 200 und dem
ERSATZBLATT Med umbehälter 19 besteht darin, daß der komplette Behälter 200 als Ionenaustauscher ausgebildet ist, der durch Anschlüsse 212 und 214 an die Leitungen 16 und 20 über den Radialschieber 24 anschließbar ist. Der Behälter (Ionenaustauscher) 200 besitzt drei Filter 202, 204 und 206, z ischen denen Ionenaufnahmemittel für Kationen 208 bzw. Anionen 210 z.B. in Fo von Harz angeordnet sind. Dieser Ionenaustauscher 200 kann in beiden Richtungen betrieben werden.
ERSATZBLATT

Claims

A n s p r ü c h e
Vorrichtung zum Auf- und/oder Abtragen von Überzügen bei Werkstücken mit einer Fördereinrichtung sowie einem die Werkstücke aufnehmenden Behälter CProzeßraum) mit einer ankommenden, an eine Mediumquelle anschließbaren/ und einer abgehenden, den Behälter CProzeßraum) mit der Mediumquelle verbindbaren Leitung, wobei die Verbindung zwischen den Leitungen und der Mediumquelle mittels mindestens einer Steuere nrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung C24) an mindestens drei verschiedene Medi umque Llen C18,19,21) anschließbar und unterhalb des Behälters CProzeßraum) C14) angeordnet ist und daß die Fördereinrichtung C26) in der abgehenden Leitung C20) des Behälters CProzeßraum) C14) geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung C26) oberhalb der Mediumquellen
C18,19,21) angeordnet ist.
ERSATZBLATT Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ankommende Leitung C16) im Bereich des tiefsten
Punktes des Behälters (14) mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Medien in geschlossenen Kreisläufen kontinuierlich zirkulieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der abgehenden Leitung C20) und zwischen der
Fördereinrichtung C26) sowie dem Behälter C14) ein
Ventil CV), insbesondere Magnetventil, geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel C3) vorgesehen sind, durch die das im Behälter
CProzeßraum) C14) befindliche Medium verwirbelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand C28) des Behälters CProzeßraum) C14) mindestens eine Öffnung C30,32) für eine mindestens ein Werkstück C10,12) tragende Halterung C40,42) ausgebi Idet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung C40,42) einen elastisch verformbaren und mit der Wand C28) in Druckverbindung stehenden Dichtungsabschn.itt besitzt.
ERSATZBLATT 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzei hnet, daß die Ummantelung der Öffnung C30,32) kege Istumpfartig ist und daß s e sich nach innen zu ver üngt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung elektrolytisch herstellbarer Überzüge auf metallischen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der in den Innenraum des Behälters
CProzeßraum) C14) hineinragenden Abschnitte der
Werkstücke (10,12) als Kathode bzw. Anode ausgebildet ist, daß gegenüber den Werkstücken (10,12) eine Anode C44) bzw. Kathode angeordnet ist und daß zwischen den Elektroden ein Elektrolyt C46) strömt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die an einen Elektrolyt- C18) sowie einem Vorspül- und einen Spülwasserbehälter anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorspül- und dem Spülwasserbeh lter C19) mindestens ein Ionenaustauscher C64,66) zur Regeneration des Spülwassers angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Behälter C19) jeweils zwei Ionenaustauscher C64,66) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauscher C64,66) aus einem mit der Ein- bzw. Aus Laßöffnung C70,72) des Behälters
ERSATZ LATT CProzeßraum) C14) lösbar verbindbaren Hohlkörper mit einer Ein- und einer Auslaßöffnung C74,78; 76,80) besteht und daß zwischen diesen Öffnungen Mittel C82) zur Aufnahme von Ionen angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der in den Behältern befindl chen Flüssigkeiten auf einen besti mten Wert C°C) gehalten ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (104) oder Kathode in einem Aufnahme- Behälter (100) untergebracht ist, dessen Abstand von dem Werkstück (10) deutlich geringer ist als die Länge der Feldlinien (110,111) zwischen der Anode (104) und der Kathode C10).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahme-Behälter 100) außerhalb des Behälters CProzeßraum) C14) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahme-Behälter C100) ein gestreckter Körper ist, dessen offene Seite C120) mit dem Behälter CProzeßraum) C14) kommuniziert, und daß zwischen der Seite (120) und der Anode (104) Schikanen (106,107) ausgebildet sind.
ERSATZBLATT 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Behälter im Querschnitt kreisrund oder rechteckig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanen C106,107) als Leiterplatten ausgebildet sind, so daß die Feldlinien (110,111) serpenti nenförmi g sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (104) von granu latförmi gen Teilchen C121) aus Cu, Ni, Au, Ag, Cr, Sn oder dgl. umgeben ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen C121) in einem Sammelbeh lter C102) untergebracht sind, der mit dem Aufnahme-Behälter C100) kommuni ziert.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter C100) und der Sammelbehälter C102) einstückig ausgebildet und im wesentlichen L- förmig sind, wobei das untere Ende des Sammelbehälters C102) die Anode umgibt.
22. Verfahren zum Auf- und/oder Abtragen von Überzügen bei Werkstücken mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke im Innenraum des Behälters CProzeßraum) C14) angeordnet werden, daß daraufhin die Werkstücke (10,12), falls erforderli h, vorbehandelt werden.
ERSATZBLATT daß die Steuereinrichtung betätigt wird, so daß der Behälter (Prozeßraum) von einem Elektrolyten oder einer anderen chemischen Flüssigkeit durchströmt wird, und daß nach Bildung einer bestimmten Überzugsschicht die Steuereinrichtung die Leitungen an eine Spülflüssigkeit anschließt, die dann durch den Behälter (Prozeßraum) transportiert wird.
ERSATZBLATT
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