EP0874921B1

EP0874921B1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrochemischen behandeln langgestreckter gegenstände

Info

Publication number: EP0874921B1
Application number: EP97940064A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Kauper; Thomas Lummer; Wolfgang Richter; Reinhard Silberhorn; Manfred Krepelka
Original assignee: Atotech Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Atotech Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2000-01-12
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: ES2142690T3; WO1998006884A1; EP0874921A1; JP4139439B2; JP2000516303A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln langgestreckter Gegenstände, insbesondere zum elektrochemischen Ätzen oder Metallisieren von vorzugsweise stabförmigem Behandlungsgut.

Es ist bekannt, langgestreckte Zylinder, beispielsweise Fahrzeugstoßdämpfer, Kolbenstangen oder Tellerventilschäfte zur Verbesserung der Verschleiß- und Korrosionseigenschaften elektrochemisch zu behandeln. Bei diesen in der Praxis eingesetzten Verfahren werden die Stäbe nur an den im späteren Betrieb beanspruchten Oberflächen elektrolytisch mit Hartchrom beschichtet. Die übrigen Bereiche der Stäbe sollen unbeschichtet oder nahezu unbeschichtet bleiben. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Chromschicht auf den Stäben wird die Oberfläche zuvor elektrochemisch angeätzt. Für beide Verfahrensschritte werden vorzugsweise unlösliche Elektroden verwendet. Die Stäbe werden vorzugsweise in Tauchbadanlagen behandelt, wobei an den Stäben anhaftende Behandlungslösung nach der Behandlung wieder abgespült wird. Eine Transporteinrichtung sorgt für den Transport der Stäbe von Bad zu Bad.

Da die Stäbe nur im Mittelbereich verchromt werden dürfen, müssen deren Enden maskiert, das heißt so abgeschirmt werden, daß auf genau vorbestimmten Bereichen der Stäbe kein Metall abgeschieden wird. Die Grenzen zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen sind vorgegeben, wobei geringe Toleranzen einzuhalten sind: Bei Stoßdämpferzylindern muß der Übergang zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen beispielsweise innerhalb von +/- 3 Millimetern eingehalten werden. Die Hartchromschicht muß bis an diese Grenzen heran gleichmäßig dick sein. Eine Schichtdickenzunahme oder -abnahme an den Grenzen muß vermieden werden. Ferner muß die Schicht über den gesamten Stabumfang sehr gleichmäßig dick sein, um eine nachträgliche Bearbeitung durch Schleifen zu vermeiden.

Für die elektrochemische Behandlung in den bekannten Tauchbadanlagen werden die Stäbe an Gestellen angebracht, die wiederum an transportablen Warenträgern befestigt sind. Die Gestelle sind mit individuellen Masken versehen, so daß beide Stabenden im vorgesehenen Bereich nicht beschichtet werden. Da unterschiedliche Stoßdämpferzylinder mit variablen Stablängen, -durchmessern und Beschichtungsbereichen im Stabmittelbereich behandelt werden sollen, müssen Masken und Gestelle in ausreichender Anzahl bevorratet werden. Die Gestelle werden mit den Stäben in Handarbeit beschickt, da das in der Praxis vorkommende große Produktspektrum einer Automatisierung schwer zugänglich ist.

Die Gestelltechnik ist auch wegen der zu verwendenden zweiteiligen Masken, einschließlich der Stromzuführungen, nachteilig. Eine Verwendung rohrförmiger Elektroden zum Umschließen des Stabes in der elektrochemischen Zelle ist mit den bekannten Gestellen nicht möglich, da ein am Gestell üblicherweise beidseitig befestigter Stab nicht in eine derartige Elektrode eingeführt werden kann. Aus diesem Grunde sind die Elektroden geteilt und stehen den Stäben nur an zwei Seiten gegenüber. Infolgedessen wird auf den Stäben keine gleichmäßig dicke Schicht abgeschieden: An den den Elektroden gegenüberliegenden Bereichen auf den Stäben wird eine dickere Schicht abgeschieden als in den übrigen Bereichen. Aus diesem Grunde muß der ungleichmäßig beschichtete Stab nachträglich rundgeschliffen werden. Bei der Beschichtung mit Hartchrom stellt diese nachträgliche mechanische Bearbeitung einen wesentlichen Kostenfaktor dar.

Die bekannten Gestelle für Tauchbadanlagen führen zu erheblicher Verschleppung der Elektrolytflüssigkeit und der Spülwässer von einem Bad zum nachfolgenden. Durch die an den Gestellen befestigten Masken und Halterungen wird die Verschleppung besonders groß. Daher müssen viele Spülschritte vorgesehen werden, um insbesondere bei der Beschichtung mit einem Hartchromüberzug die Verschleppung von Chromsäure zu vermeiden. Wegen der Aggressivität dieser Säure werden an die Eigenschaften der Werkstoffe, die mit den Behandlungslösungen in Kontakt geraten, sehr hohe Anforderungen hinsichtlich des Korrosionswiderstandes verlangt. Kunststoffe sind hierfür am besten geeignet. Andererseits müssen die Gestelle zur Zuführung des Badstromes an die Stäbe elektrisch leitfähig sein und daher vorzugsweise aus Metall bestehen. Das Metall muß daher durch eine Kunststoffbeschichtung geschützt werden. Diese ist jedoch fehleranfällig.

Nach der Behandlung in den Aktivbädern müssen die Werkstücke und Gestelle sehr sorgfältig gespült werden, insbesondere dann, wenn wegen der verwendeten Masken zur Abschirmung der nicht zu beschichtenden Werkstückbereiche mit einer großen Verschleppung gerechnet werden muß. Um dieses Problem zu vermeiden, ist in der Druckschrift DE 25 24 315 A1 ein Galvanisiergestell zur Aufnahme einer Mehrzahl von stabförmigen, vorzugsweise zylindrischen Gegenständen, wie beispielsweise von Kolbenstangen, vorgeschlagen worden. Die in hülsenförmigen Aufnahmeteilen aufgenommenen zylindrischen Stangen sollen am Umfang mit möglichst gleichmäßiger Schichtdicke beschichtet werden. Da die beidseitig den Stangen gegenüberliegenden Anoden jedoch eine elliptische Schichtdickenverteilung verursachen, wird vorgeschlagen, die Stangen während der elektrochemischen Behandlung um ihre Längsachse zu drehen. Durch längs verstellbare und auf das Behandlungsgut individuell abgestimmte Schutzhülsen wird die Metallschicht in Stangenlängsrichtung an deren Enden begrenzt. Das Galvanisiergestell ist so ausgebildet, daß es durch vertikal einstellbare Seitenteile an die Stangenlänge angepaßt werden kann.

Wenn auch eine mechanische Nachbearbeitung durch diese Maßnahmen entfallen kann, ist das Verfahren technisch außerordentlich aufwendig, da es nötig ist, jede einzelne Stange im aggressiven elektrolytischen Bad in Rotation zu versetzen. Durch die Rotation werden ferner technisch aufwendige Lösungen zur Übertragung des in der Regel sehr hohen Galvanisierstromes auf die Stange, beispielsweise mittels Bürsten, erforderlich.

Eine andere Lösung des skizzierten Problems ist in der Druckschrift DE-AS 11 03 103 beschrieben. Dort ist eine Vorrichtung zum partiellen Galvanisieren von langgestreckten, zylindrischen Körpern (Tellerventilschäften) offenbart. Diese Körper sind konzentrisch in rohrförmigen Anoden angeordnet und an einem Ende in einem abgestuften Metallkern befestigt. Über diesen Metallkern wird der kathodische Strom zugeführt. Der Metallkern ist durch einen Isolierkörper von der elektrolytischen Zelle getrennt. Der Metallkern und der isolierkörper begrenzen die Galvanisierschicht am oberen Ende des Behandlungsgutes. Das untere Ende wird mittels eines Schutzlakkes vor unerwünschter Galvanisierung geschützt.

Da bei dieser Ausführung jeder einzeln zu galvanisierende Körper individuell befestigt werden muß und zudem der Schutzlack zur Maskierung des einen Endbereiches des Behandlungskörpers maßgenau aufgebracht und nach Abschluß der Metallisierung wieder abgelöst werden muß, ist das beschriebene Verfahren technisch aufwendig und somit ebenfalls nachteilig.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu vermeiden und insbesondere eine gleichmäßige elektrochemische Behandlung der langgestreckten Gegenstände, eine einfache Abschirmung der Gegenstände an den nicht zu behandelnden Bereichen, wobei eine exakte Begrenzung der zu behandelnden Bereiche mit engen Toleranzen erreicht wird, eine geringe Verschleppung der Behandlungsflüssigkeiten und Spülwässer von einem Bad in das nachfolgende und eine kostengünstige elektrochemische Behandlung von Gegenständen mit unterschiedlichen Abmessungen zu ermöglichen. Zudem sollen viele Gegenstände gleichzeitig bearbeitbar sein.

Das Problem wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden die langgestreckten Gegenstände, vorzugsweise Stäbe, insbesondere Rundstäbe, die gegebenenfalls an den Enden verjüngt oder mit Gewinde versehen sind, mit einem Verfahren mit den folgenden wesentlichen Verfahrensschritten elektrochemisch behandelt:

a) Ergreifen mindestens eines Gegenstandes an einem Ende mittels eines vorzugsweise elektrisch leitfähigen Greifers;

b) möglichst konzentrisch axiales Überführen des von dem Greifer gehaltenen Gegenstandes in einen Hohlraum mit Längsachse in einer in einem Tauchbad angeordneten Elektrode, der eine achsparallele Wandung aufweist,

c) wobei der Gegenstand dabei durch mindestens eine axial verschiebbare, gelochte Abschirmmaske derart hindurchgeführt wird, daß ein elektrochemisch zu behandelnder Bereich des Gegenstandes der Wandung gegenüberliegt und ein elektrochemisch nicht zu behandelnder Bereich von der Elektrode abgeschirmt ist;

d) Zuführen eines anodischen oder kathodischen Badstromes zu dem Gegenstand durch elektrisches Verbinden des Gegenstandes mit einem Pol einer Stromquelle und der Elektrode mit dem anderen Pol der Stromquelle, wobei der Badstrom zu dem Gegenstand vorzugsweise über den Greifer zugeführt wird, wenn dieser elektrisch leitfähig ausgeführt ist.

Hierzu wird eine Vorrichtung verwendet, die folgende Merkmale aufweist:

a) einen Behälter zur Aufnahme einer Behandlungsflüssigkeit

a1) mit mindestens einer darin enthaltenen Elektrode zur elektrochemischen Behandlung eines Gegenstandes,

a2) wobei die Elektrode einen Hohlraum mit Längsachse und einer achsparallelen Wandung aufweist, in den der Gegenstand einführbar ist,

b) mindestens eine innerhalb des Hohlraumes axial verschiebbar angeordnete, mit Öffnungen zum Einführen des Gegenstandes versehene und so ausgebildete Abschirmmaske, daß durch sie die elektrochemische Behandlung des Gegenstandes in bestimmten Bereichen verhinderbar ist, sowie

c) mindestens eine Stromquelle und elektrische Verbindungen von einem Anschlußpol der Stromquelle zu der Elektrode und vom anderen Anschlußpol zu dem in die Elektrode einführbaren Gegenstand.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung können vorzugsweise Zylinder für Fahrzeugstoßdämpfer und andere stabförmige Teile, wie beispielsweise Tellerventilschäfte, beschichtet werden. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Behandlung von runden Stäben; es können auch Gegenstände mit anderen Querschnitten behandelt werden. Für jeden Stab wird eine elektrolytische Einzelzelle mit definiert verstellbaren Masken mit Dichtmitteln in Form von Abschlußmanschetten an beiden Stabenden zur Begrenzung der zu behandelnden Flächen vorgesehen. Die Einzelzelle umfaßt im wesentlichen eine Elektrode mit einem Hohlraum, der vorzugsweise rohrartig ausgebildet ist. Diese ist im wesentlichen senkrecht im Tauchbad angeordnet. Dadurch können die Stäbe in vorzugsweise senkrechter Position in das Tauchbad hineingesenkt und aus diesem wieder herausgehoben werden, so daß die Verschleppungsmenge von einem Bad zum nachfolgenden minimiert wird. Jeder Stab wird in eine derartige Einzelzelle eingeführt. Die rohrförmigen Elektroden sind so lang, wie es für den längsten zu behandelnden Stab erforderlich ist.

Der elektrochemisch zu behandelnde Bereich auf dem Gegenstand wird durch eine relative axiale Bewegung des Gegenstandes und der Abschirmmaske zueinander justiert. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den elektrochemisch zu behandelnden Bereich auf dem Gegenstand durch die Eintauchtiefe des Gegenstandes in das Tauchbad zu justieren. Die Abschirmmaske wird als eine den Gegenstand in axialer Richtung teilweise umschließende Hülle ausgebildet. Zur exakten Festlegung der Grenze des elektrochemisch zu behandelnden Bereiches ist ferner ein Dichtmittel an der Abschirmmaske vorgesehen, das an der Wandung des Hohlraumes anliegt. Die Hülle ist vorzugsweise rohrförmig. Die Maske schließt in axialer Richtung mit dem vorzugsweise in Form einer Manschette ausgebildeten Dichtmittel ab. Mindestens durch eine obere Manschette wird der zu behandelnde Stab konzentrisch in die Elektrode bis zur Ablage des Warenträgers eingefahren. Hierzu weist das Dichtmittel eine Öffnung zum Einführen des Gegenstandes auf. Falls eine rohrartige Elektrode eingesetzt wird, ist die Manschette kreisförmig und die Öffnung in der Mitte der Manschette vorgesehen. Die Abschirmmaske wird durch ein geeignetes Mittel (Halterung) im Tauchbad gehalten. Ferner ist eine Einrichtung zur axialen Höhenjustierung der Abschirmmaske vorgesehen. Neben einer oberen Abschirmmaske kann zusätzlich eine untere Abschirmmaske in den Elektroden angeordnet sein. Durch voneinander unabhängiges Verstellen der oberen und unteren Masken in axialer Richtung werden die beiden Beschichtungsgrenzen am Stab einheitlich für jeden Warenträger, an dem alle zu behandelnden Gegenstände angebracht sind, oder für jede Warenträgerreihe, an der mehrere zu behandelnde Gegenstände angebracht sind, eingestellt. Eine Neuanpassung dieser Einstellungen ist nur beim Wechsel der Abmessungen des Behandlungsgutes eines nachfolgenden Warenträgers oder einer nachfolgenden Warenträgerreihe erforderlich.

Der Badstrom wird über den Warenträger und über die elektrisch leitfähigen Greifer den Gegenständen zugeführt. Die Einzelelektroden sind einzeln oder gemeinsam an den Gegenpol der Badstromquelle angeschlossen.

Der Greifer für den Gegenstand umfaßt im wesentlichen einen feststehenden und einen beweglichen Schenkel sowie an den Schenkeln befestigte Klemmbacken. Der Gegenstand wird durch ein eine Schließkraft auf die Klemmbacken ausübendes Mittel gegriffen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden die Nachteile der bekannten Gestelltechnik vermieden. Individuelle Masken für jede Stabdimension, beispielsweise für die Metailisierung von Kappen oder Halterungen, sind nicht erforderlich. Gestelle werden nicht verwendet. Ein Produktwechsel von einem Warenträger zum nächsten ist ohne zeitaufwendige Umrüstung von Masken und Halterungen möglich. Eine Beschickung der Anlage mit den zu metallisierenden Teilen ist schnell und einfach durchführbar, da sich diese auf das einseitige Einführen des Gegenstandes in den Greifer beschränkt, der dann nur noch geschlossen werden muß. Dieser Vorgang ist auch bei Stäben mit unterschiedlichen Dimensionen einfach zu automatisieren.

Nach der elektrochemischen Behandlung können die Stäbe aus dem Bad herausgehoben und in das nachfolgende Behandlungsbad ohne Zeitverlust überführt werden, da die Behandlungslösung oder das Spülwasser schnell abtropft, denn die unteren Stabenden sind von Masken und Halterungen frei. Am oberen Ende befindet sich nur ein Greifer mit geringer Oberfläche, so daß insgesamt nur geringe Flüssigkeitsmengen verschleppt werden.

Durch das Verfahren wird eine Positionierung des Stabes im Zentrum einer Rohrelektrode ermöglicht. Die Entfernung aller Oberflächenbereiche des Stabes zur gegenüberliegenden Elektrodenwandung ist über den gesamten Umfang gleich groß. Dies ist eine Voraussetzung für eine gleichmäßige elektrochemische Behandlung, beispielsweise Beschichtung. Daher müssen die Stäbe nicht mehr mechanisch nachbearbeitet werden.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Greifers mit einem feststehenden und einem beweglichen Schenkel und bei Behandlung von Stäben mit stark unterschiedlichen Durchmessern verändert sich die Lage der Stabachse zur Greiferachse. Durch unterschiedliche Positionierung des Greifers beim Einsenken des Stabes in die Einzelzelle kann dies ausgeglichen werden. Dabei genügen bei den üblicherweise vorkommenden Stabdurchmessern zwei unterschiedliche Einsenkpositionen, um alle vorkommenden Stabdurchmesser mit einer ausreichend gleichmäßigen Beschichtung zu versehen.

Da die Abschirmmasken in den Einzelzellen stationär angebracht sind, ist nur das Behandlungsgut und die metallische Zange, mit der Behandlungsflüssigkeit benetzt, von Station zu Station zu überführen. Alle weiteren Badeinbauten, außer der metallischen Zange mit der Gegenelektrode, sind nicht stromleitend Sie können aus beständigem Kunststoff hergestellt werden.

Um Gegenstände mit unterschiedlichen Dimensionen elektrochemisch behandeln zu können, werden weitere bevorzugte Ausführungsformen der Dichtmittel vorgeschlagen: Zur Behandlung von langgestreckten Gegenständen, beispielsweise Stäben, mit variierendem Durchmesser können zwei Dichtmittel in Form von Manschetten aufeinander aufliegend verwendet werden, die je eine Öffnung zum Einführen des Gegenstandes, durch die dieser hindurchgeführt wird, sowie zu den Öffnungen hin verlaufende radiale Einschnitte aufweisen, wobei die Einschnitte der beiden Dichtmittel gegeneinander versetzt angeordnet sind. Ferner können auch mehrere übereinander liegende Dichtmittel in Form von Manschetten vorgesehen sein, die Öffnungen zum Einführen des Gegenstandes mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Zur Erhöhung der mechanischen Flexibilität der Dichtmittel am Durchstoßungspunkt für die Stäbe werden vorzugsweise Dichtmittel mit zur Öffnung hin abnehmender Dicke eingesetzt.

Zur weiteren Verbesserung der Abschirmung in dem abgeschirmten Bereich kann mindestens ein zusätzlicher, mit dem Gegenstand elektrisch verbundener und in axialer Richtung jenseits der Dichtmittel im elektrochemisch nicht zu behandelnden Bereich angeordneter Metallkörper vorgesehen werden. Durch dessen Verwendung wird die auf den Gegenstand fokussierte elektrische Feldlinienverteilung reduziert, so daß der Schwellenwert für die elektrochemische Behandlung in diesem Bereich nicht mehr überschritten wird.

Zur Steuerung der Stromdichte am Rand der zu beschichtenden Fläche kann die den Gegenstand umschließende Hülle ferner in den elektrochemisch zu behandelnden Bereich verlängert sein.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, perforierte Elektroden einzusetzen. Dadurch ist es möglich, die im Tauchbad enthaltene Behandlungsflüssigkeit durch die Perforationen in der Elektrode gegen den Gegenstand zu fördern, um eine gezielte Anströmung und damit eine Beeinflussung des elektrochemischen Behandlungsprozesses zu erreichen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Figuren:

Figur 1:: Warenträger zum Transport des Behandlungsgutes durch die Tauchbadanlage;
Figur 2a:: Schematische Seitenansicht einer Behandlungsstation, teilweise im Schnitt;
Figur 2b:: Schematische Draufsicht auf eine Behandlungsstation, teilweise im Schnitt;
Figur 3:: Einzelzelle im Querschnitt;
Figur 4:: Manschette in Draufsicht und im Querschnitt für zu behandelnde Stäbe mit unterschiedlichem Durchmesser
Figur 5:: Einzelzelle im Querschnitt, Variante mit zusätzlichem metallischem Körper im unteren Abschirmungsbereich.

Der in Figur 1 dargestellte Warenträger besteht aus einem mehrteiligen Rahmen 1, der auf den Rahmenauflagen 2 auf dem Behälter für die Behandlungsflüssigkeit abgelegt ist. Am Rahmen sind zangenförmige Greifer 3 befestigt. Die Greifer bestehen aus einem feststehenden Schenkel 4 und einem beweglichen Schenkel 5. Letzterer ist mit einer Achse 6 im Schenkel 4 drehbar gelagert. Über eine kräftige Druckfeder 7 werden die Klemmbacken 8 und 9 an den Schenkeln am Greifer zusammengedrückt. Die Klemmbacke 8 am feststehenden Schenkel ist nach innen gewölbt mit einem Querschnitt, der vorzugsweise trapezförmig ist. Die Klemmbacke 9 am beweglichen Schenkel weist das dargestellte nach außen gewölbte, ballige Profil auf. Damit lassen sich Stäbe 10 mit unterschiedlichen Schaftdurchmessern greifen. Beim Greifen werden sie in der prismenförmigen Klemmbacke exakt in Greiferlängsrichtung ausgerichtet. In der Darstellung der Figur 1 sind die Stäbe senkrecht angeordnet. Selbstverständlich können die Klemmbacken 8 und 9 auch in vertauschter Konfiguration an den Schenkeln befestigt sein.

Die Stäbe werden durch Kraftausübung auf den beweglichen Schenkel 5 gegriffen oder losgelassen. Eine Kraft, zum Beispiel von einem Druckzylinder in Richtung des Pfeiles 11 ausgeübt, öffnet den Greifer 3. Alle Greifer am Warenträger werden mit bekannten Methoden und Mitteln des Maschinenbaus geöffnet oder geschlossen. Diese sind deshalb nicht dargestellt. Ein Warenträger kann beispielsweise 32 Stäbe in der Beschickungsstation fassen. Dieser Vorgang sowie auch der Entleerungsvorgang ist auch bei wechselnden Abmessungen der Stäbe einfach automatisierbar. Die Abmessungen der zu bearbeitenden Stäbe sind mindestens in jeder Reihe im Warenträger gleich groß.

Zum Transport des Warenträgers mittels eines Transportwagens von Bad zu Bad dienen die Tragarme 12. Der Rahmen 1 und die Rahmenauflagen 2 sowie alle Greiferteile sind elektrisch leiffähig ausgeführt. Über die Rahmenauflagen wird der Badstrom dem Warenträger und somit dem Behandlungsgut, das heißt den Stäben 10, zugeführt. Bei Anwendung großer Ströme werden die Auflagepunkte zur sicheren Stromleitung geklemmt. In diesem Fall bestehen die Rahmen zweckmäßigerweise aus Kupfer mit einem Mantel aus Titan zum Schutz gegen Korrosion. Beim Metallisieren kann der untere in das Bad eintauchende Bereich des metallischen Greifers gegebenenfalls minimal metallisiert werden. Deshalb wird mindestens dieser Bereich der Greifer bis auf die Klemmbacken mit einer Isolierschicht versehen. Bedarfsweise werden die Klemmbacken chemisch oder elektrolytisch in einem entsprechenden Bad entmetallisiert.

In der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Behandlungsstation wird der Warenträger auf den Warenträgeraufnehmern 15 abgelegt. Durch die Rahmenauflagen 2 und die Warenträgeraufnehmer 15 wird der Warenträger im Behandlungsbad 16 exakt positioniert. In das Behandlungsbad mit dem Badbehälter 14 sind eingebaut:

Verstellbare untere Blendenträger 17: Der Blendenträger ist eine mit Durchbrüchen 18 zum Elektrolytaustausch versehene Kunststoffplatte mit seitlichen Trägern 19. Die Träger lagern beidseitig auf Höhenverstelleinrichtungen 20, die von symbolisch dargestellten Antrieben 21 definiert bewegt werden. Auf dem Blendenträger befinden sich für jede Einzelzelle 22 je eine rohrförmige elektrisch nichtleitende Maske 23. Diese ist auch oben mit einer elastischen Manschette 24, die ein konzentrisches Loch aufweist, abgeschlossen. Durch dieses Loch ragt der untere Teil des Stabes, der elektrochemisch nicht behandelt werden soll.
Verstellbarer oberer Blendenträger 25: Der Blendenträger umfaßt eine Kunststoffplatte 13, die alle oberen rohrförmigen Masken 26 trägt. Zugleich deckt diese Platte das üblicherweise heiße Bad ab. Das Entweichen aggressiver Dämpfe wird dadurch stark reduziert. Die Masken sind nach unten mit je einer elastischen Manschette 27 abgeschlossen. Durch ein konzentrisches Loch in der Manschette ragt der zu behandelnde Stab in die Einzelzelle 22. Der obere Blendenträger lagert beidseitig auf Höhenverstelleinrichtungen 28, die von symbolisch dargestellten Antrieben 29 definiert bewegt werden.
Elektroden 30 zur Bildung der Einzelzellen 22: im Behandlungsbad 16 sind für jede Einzelzelle 22 je eine rohrförmige Elektrode 30 stationär eingebaut. Die Elektroden sind in einem Elektrodeneinsatz 31 elektrisch leiffähig befestigt. Der Einsatz ist so ausgerichtet, daß bei abgelegtem Warenträger die zu behandelnden Stäbe zentrisch in der rohrförmigen Elektrode 30 positioniert sind.

Mittels der Anlagentransporteinrichtung und des Warenträgers werden die zu behandelnden Stäbe 10 in die Einzelzellen 22 gebracht und dort genau in der x-, y- und z-Achse positioniert. Der elektrochemisch zu behandelnde Bereich des Stabes wird oben und unten von den Masken 23, 26 sowie von den Manschetten 24, 27 in jeder Einzelzelle begrenzt. Die Lage der Begrenzung wird spezifisch für jedes Behandlungsgut, für eine Reihe am Warenträger oder für den gesamten Warenträger eingestellt. Mittels der Höhenverstelleinrichtungen 20, 28 wird die Begrenzung je Warenträger individuell automatisch eingestellt. Sind je Reihe am Warenträger unterschiedlich lange Stäbe zu behandeln, so werden die Begrenzungen für jede Reihe individuell justiert. Die Sollwerte für die Verstellungen werden bei der Beschickung des Warenträgers an das Steuerungssystem der Tauchbadanlage übermittelt. Über die feingängigen Verstelleinrichtungen 20, 28 wird die Höhe der oberen und unteren Blendenträger auf Basis dieser Sollwerte eingestellt. Die Höhen-lst-Werte werden dem Steuerungssystem aus der Anlage zurückgemeldet. Diese Einrichtung ermöglicht eine präzise, partielle Behandlung von Stäben mit sehr verschiedenen Dimensionen in einem Badbehälter, ohne diesen oder den Warenträger umrüsten zu müssen. Die Polarität der Badstromzuführungen ist in den Figuren 2a und 2b für eine elektrochemische Metailisierung eingetragen. Die in Klammern angegebene Polarität gilt für das elektrochemische Ätzverfahren.

In Figur 2b ist die Behandlungsstation in der Draufsicht ohne Warenträger dargestellt. Als einzige Teile des Warenträgers sind die Stäbe 10, die Klemmbacken 8, 9 und die Schenkel 4, 5 des Greifers eingezeichnet. Im rechten Teil der Figur ist der obere Blendenträger 25 nicht dargestellt, um den Blick auf die Elektroden 30, den Elektrodeneinsatz 31 sowie auf die untere Maske 23 und auf die untere Manschette 24 freizugeben. Die aus Zeichnungsgründen vereinfacht dargestellten Einzelantriebe M1 und M2 für die Höhenverstellungen können auch von je einem Antrieb für alle Auflagepunkte eines Blendenträgers realisiert werden. Für die parallele Höhenverstellung sorgen Antriebselemente wie Wellen und Zahnräder. Die aktuelle Position der Blendenträger wird von nicht dargeste!lten Weggebern an das Steuerungssystem zurückgemeldet. Dieses ist somit in der Lage, jede vorbestimmte Position der Blendenträger gezielt anzufahren.

Die jeweils richtige Position der Blendenträger 17, 25 kann vor oder auch nach Ablage des Warenträgers in den Badbehälter 14 angefahren werden.

In Figur 3 sind Details der Einzelzelle 22 dargestellt. Der zu behandelnde Stab 10 kann in der Regel mehrere angedrehte Absätze 30, teilweise mit Gewinde, aufweisen. Die Klemmbacken 8 und 9 greifen den Stab am Ansatz 33. Über die Klemmbacken 9, einen Halbzylinder, wird der Stab an einem Punkt berührt und zur exakten Ausrichtung in die prismenförmige Klemmbacke 8 gedrückt. Beide Klemmbacken bestehen aus einem verschleißfesten korrosionsbeständigen und elektrisch gut leiffähigen Werkstoff. Es ist zweckmäßig, die Klemmbacken an den Schenkeln der Greifer auswechselbar zu befestigen. Die rohrförmigen Masken 23, 26, die in der Elektrode 30 angeordnet sind, können in der Höhe verstellt werden. Sie sind konzentrisch zur Elektrode angeordnet.

Die Umhüllungen für die Stäbe, im vorliegenden Fall Maskenrohre, sind an der zum Behandlungsraum 34 weisenden Seite oben mit einer Verlängerung 35 und unten mit einer Verlängerung 36 versehen. Diese Verlängerungen maskieren das Ende der zu behandelnden Oberflächen derart, daß zur Begrenzungsstelle 37 hin, die von den Manschetten 24, 27 gebildet werden, kein Stromdichteanstieg oder -abfall auftritt. Ohne diese Verlängerungen tritt beispielsweise beim elektrolytischen Metallisieren ein Stromdichte- und damit Schichtdickenanstieg auf (sogenannter Knocheneffekt). Diese Verlängerungen sind nicht auf eine zylindrische Rohrverlängerung beschränkt. Vielmehr können diese Verlängerungen zur Anpassung an die Einzelzelle auch andere Formen aufweisen. Geeignet sind beispielsweise auch trichterförmige Maskenabschlüsse in beiden Richtungen, d.h. eingezogene oder sich öffnende Trichter. Ferner können die Verlängerungen auch mit Durchbrüchen versehen sein.

Der Effekt eines trichterförmigen Maskenabschlusses wird auch bereits durch die Manschetten 24, 27 erreicht, wenn der zu behandelnde Stab durch die Manschetten hindurchgeführt wird (Figur 3). Dabei kann eine oben und unten gleiche, nämlich zum Behandlungsabschnitt des Stabes hin- oder von diesem weggerichtete Form erreicht werden, indem die untere oder obere Maske nach dem Einführen des Stabes ein Stück in der Eindringrichtung bewegt wird. in Figur 5 ist eine derartige Wölbung der Manschette dargestellt, die durch eine nach unten gerichtete Bewegung des Stabes erreicht wird. Wird die obere Maske 26 nach dem Einführen des Stabes nachträglich wieder ein Stück nach unten bewegt, so wird die Manschette 27 umgestülpt, so daß sich wie bei der unten liegenden Manschette 24 eine zum Behandlungsraum 34 hingerichtete zeltförmige Manschettenform einstellt.

Außerhalb des Behandlungsraumes 34 befinden sich der feldfreie Raum 38 oben und der feldfreie Raum 39 unten. In diesen Räumen findet bestimmungsgemäß keine elektrochemische Behandlung statt. Die Manschetten 24, 27 umschließen den Stab 10 dicht. Sie bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff, der verschleiß- und korrosionsfest ist. Geeignet sind Folien aus Kunststoff, wie beispielsweise aus FPM (Fluor/Kautschuk-Kunststoff). Die Manschetten weisen eine runde Offnung auf, die nicht größer ist als der kleinste Stabdurchmesser an der Begrenzungsstelle 37. Sie werden im Rohr so befestigt, daß die Öffnung im Maskenzentrum liegt. Zum Ausgleich von Toleranzen kann eine Manschette auch schwimmend in den rohrförmigen Masken befestigt werden. Die Manschette legt sich dann auch bei nicht fluchtenden Achsen von Stab 10 und Maske 23, 26 dicht an den Stab an.

In einer besonderen Ausführungsform ist die Manschette mehrlagig gefiedert aufgebaut. Dies erlaubt die Behandlung von Stäben mit großen Durchmesserunterschieden an der Begrenzungsstelle 37. Damit können bei langer Standzeit der Manschetten in einer Anlage auch Stäbe mit sehr unterschiedlichem Stabdurchmesser produziert werden. In Figur 4 ist eine derartige Manschette gezeigt. Die einzelnen Lagen sind so gegeneinander versetzt angeordnet, daß die Einschnitte 42 einer Manschettenfolie von der anderen Folie abgedeckt werden. Dasselbe gilt auch für weitere Lagen. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Lagen untereinander abgestufte Durchmesser der zentralen Öffnung 40 aufweisen. In diesem Falle kann die Begrenzungsstelle 37 bei geringstem Verschleiß der Manschette besonders exakt eingestellt werden. Die Lagen werden von einer Manschettenhalterung 41 gefaßt. Die Halterung ist fest oder schwimmend in der Maske montiert.

Statt der gefiederten Form der Manschetten 24,27 können diese auch so ausgestaltet sein, daß ihre Dicke in radialer Richtung von außen zum Zentrum hin abnimmt. Die Dicke kann stetig, wie in Figur 5 dargestellt, oder abgestuft abnehmen. Das hat den Vorteil, daß die Manschette im Durchdringungsbereich des Stabes sehr flexibel ist, obwohl die Manschette im Bereich des Außendurchmessers sehr formstabil ist. Dem eindringenden Stab wird dadurch wenig Widerstand geboten. Trotzdem ist die Abdichtung zu den feldfreien Räumen 38, 39 sehr zuverlässig. Daher reicht bei vielen Behandlungsgutformen eine Manschette an jeder Begrenzungsstelle der zu behandelnden Oberfläche aus, um die sichere Abdichtung zu gewährleisten.

In einer weiteren Ausführungsform besteht die Manschette aus elektrisch nichtleitenden Bürsten. Die Bürsten sind in der Manschettenhalterung befestigt und weisen radial zum Manschettenzentrum. Bei dichter Beborstung wird auch hiermit eine zuverlässige Maskierung und eine lange Standzeit erzielt.

Obwohl durch die oben beschriebenen Maßnahmen die Forderung nach feldfreien Räumen 38, 39 im wesentlichen erfüllt ist, können beispielsweise beim Einsatz von gefiederten Manschetten oder bei zu großen Toleranzen zwischen der Achse des Stabes und der Achse der Masken 23, 26 elektrische Feldlinien vom Behandlungsraum 34 in die weitgehend feldfreien Räume durchdringen. Ist die Feldliniendichte in diesen Räumen so klein, daß sich daraus an den nicht zu beschichtenden Endbereichen des Stabes eine Stromdichte ergibt, die unterhalb des Schwellenwertes für eine elektrolytische Behandlung, beispielsweise eine Metallabscheidung liegt, findet keine elektrochemische Behandlung statt. Ist die Feldliniendichte in diesen Räumen jedoch so groß, daß der Schwellenwert überschritten wird, so werden die nicht zu behandelnden Bereiche elektrochemisch behandelt. Beispielsweise wird Metall abgeschieden. Die entstehende Schicht ist zwar wesentlich dünner als die im Bereich des Behandlungsraumes abgeschiedene Schicht. Zu ihrer Entfernung ist dennoch ein zusätzlicher unerwünschter Behandlungsschritt erforderlich.

Während im oberen weitgehend feldfreien Raum 38 der Schwellenwert der Stromdichte, von dem ab eine Metallabscheidung stattfindet, nicht erreicht wird, weil die zusätzlichen Metallflächen der Klemmbacken 8, 9 zur Begrenzung der Stromdichte am Stabende beitragen, kann der Schwellenwert im unteren Raum 39 leichter überschritten werden. Um dies zu verhindern, ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Vergrößerung der in diesem Raum 39 befindlichen Metallflächen, die auf demselben elektrischen Potential wie der Stab liegen, vorgesehen.

Wie in Figur 5 dargestellt, ist dazu im Zentrum des Raumes 39 ein metallischer Körper 44 angeordnet. Dieser ist in axialer Richtung frei beweglich. Er ist dazu an einem Halteelement 45 aus nichtleitendem Werkstoff befestigt, das in der Maske 23 geführt ist. Das Halteelement 45 kann entweder als Schwimmkörper ausgebildet sein, so daß es in der Flüssigkeit nach oben gedrückt wird, oder es wird durch eine zwischen dem Halteelement und dem unteren Blendenträger 17 angeordnete Feder 46 nach oben verschoben. Bei beiden Maßnahmen liegt der metallische Körper 44 an der unteren Manschette 24 an, wenn sich kein Stab in der Einzelzelle 22 befindet. Beim Einsenken eines Stabes in die Einzelzelle und damit in den Raum 39 wird der Stab mit dem metallischen Körper in elektrischen Kontakt gebracht, so daß dieser dasselbe elektrische Potential erhält wie der Stab.

Die Elektrode 30 ist vorzugsweise als unlösliche Elektrode ausgeführt. Die Elektrode kann beispielsweise als perforiertes Rohr ausgebildet sein, damit ein guter Elektrolytaustausch im Behandlungsraum 34 stattfinden kann. Geeignet ist beispielsweise ein Streckmetallgitter, aus dem die Elektrode gebildet wird. Durch den Spalt 43 (Figur 3) findet ein weiterer Elektrolytaustausch statt. Sind der Durchmesser der Masken 23, 26 und der Innendurchmesser der Elektrode gleich groß und sind die Masken mit der Elektrode fest verbunden, so entfällt der Spalt 43. In diesem Falle sind die Elektroden zusammen mit der Maskenverstellung teleskopartig verstellbar. Der Elektrolyt im Behandlungsraum 34 wird in diesem Fall allein über die Elektrodenperforationen ausgetauscht. Die Oberfläche der Elektrode muß chemisch und elektrochemisch resistent sein. Oberflächenbeschichtungen aus Platin oder Mischoxiden sind so beständig, daß lange Standzeiten der Elektroden erzielt werden.

Die Elektroden sind mit dem Elektrodeneinsatz elektrisch leitfähig verbunden. Über diesen Einsatz wird die Badstromquelle an alle Elektroden gemeinsam angeschlossen. Zur besonders präzisen oder zur individuellen Behandlung kann jeder Elektrode eine individuelle Badstromquelle zugeordnet werden. In diesem Falle sind die Elektroden am Elektrodeneinsatz elektrisch isoliert befestigt und mit einem isolierten Kabel mit der jeweiligen Stromquelle verbunden. In speziellen Fällen kann die Elektrode auch löslich sein.

Alle offenbarten Merkmale sowie Kombinationen der offenbarten Merkmale sind Gegenstand dieser Erfindung, soweit diese nicht ausdrücklich als bekannt bezeichnet werden.

Bezugszeichenliste

1: Rahmen
2: Rahmenauflagen
3: Greifer
4: feststehender Schenkel
5: beweglicher Schenkel
6: Achse
7: Druckfeder
8: nach innen gewölbte Klemmbacke
9: nach außen gewölbte Klemmbacke
10: Stab (Behandlungsgut)
11: Pfeil für Kraftrichtung
12: Tragarm
13: Kunststoffplatte
14: Badbehälter
15: Warenträgeraufnehmer
16: Behandlungsbad
17: unterer Blendenträger
18: Durchbrüche
19: Träger
20: Höhenverstelleinrichtung unten
21: Antrieb M2
22: Einzelzelle
23: rohrförmige Maske unten
24: Manschette unten
25: oberer Blendenträger
26: rohrförmige Maske oben
27: Manschette oben
28: Höhenverstelleinrichtung oben
29: Antrieb M1
30: Elektrode
31: Elektrodeneinsatz
32: Behälterrand
33: Absatz
34: Behandlungsraum
35: Verlängerung oben
36: Verlängerung unten
37: Begrenzungsstelle
38: feldfreier Raum oben
39: feldfreier Raum unten
40: zentrale Öffnung
41: Manschettenhalterung
42: Einschnitt
43: Spalt
44: Metallischer Körper
45: Halteelement
46: Feder
47: Badspiegel

Claims

Verfahren zum elektrochemischen Behandeln langgestreckter Gegenstände, umfassend folgende Verfahrensschritte:

a) Ergreifen mindestens eines Gegenstandes (10) an einem Ende mittels eines Greifers (3);

b) möglichst konzentrisch axiales Überführen des von dem Greifer gehaltenen Gegenstandes in einen Hohlraum mit Längsachse in einer in einem Tauchbad angeordneten Elektrode (30), der eine achsparallele Wandung aufweist,

c) wobei der Gegenstand dabei durch mindestens eine axial verschiebbare, gelochte Abschirmmaske (23;26) derart hindurchgeführt wird, daß ein elektrochemisch zu behandelnder Bereich des Gegenstandes der Wandung gegenüberliegt und ein elektrochemisch nicht zu behandelnder Bereich von der Elektrode abgeschirmt ist;

d) Zuführen eines anodischen oder kathodischen Badstromes zu dem Gegenstand durch elektrisches Verbinden des Gegenstandes mit einem Pol einer Stromquelle und der Elektrode mit dem anderen Pol der Stromquelle.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (10) mit dem Hohlraum im wesentlichen senkrecht im Tauchbad (14) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrochemisch zu behandelnde Bereich auf dem Gegenstand (10) durch eine relative axiale Bewegung des Gegenstandes und der Abschirmmaske (23;26) zueinander justiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrochemisch zu behandelnde Bereich auf dem Gegenstand (10) durch die Eintauchtiefe des Gegenstandes in das Tauchbad (14) justiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Tauchbad (14) Behandlungsflüssigkeit enthalten ist, die durch Perforationen in der Elektrode (30) gegen den Gegenstand (10) gefördert wird.
Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln langgestreckter Gegenstände, umfassend

a) einen Behälter (14) zur Aufnahme einer Behandlungsflüssigkeit,

a1) mit mindestens einer darin enthaltenen Elektrode (30) zur elektrochemischen Behandlung eines Gegenstandes (10),

a2) wobei die Elektrode einen Hohlraum mit Längsachse und einer achsparallelen Wandung aufweist, in den der Gegenstand einführbar ist,

b) mindestens eine innerhalb des Hohlraumes axial verschiebbar angeordnete, mit Öffnungen (40) zum Einführen des Gegenstandes versehene und so ausgebildete Abschirmmaske (23;26), daß durch sie die elektrochemische Behandlung des Gegenstandes in bestimmten Bereichen verhinderbar ist, sowie

c) mindestens eine Stromquelle und elektrische Verbindungen von einem Anschlußpol der Stromquelle zu der Elektrode und vom anderen Anschlußpol zu dem in die Elektrode einführbaren Gegenstand.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmaske (23;26) als eine den Gegenstand (10) in axialer Richtung teilweise umschließende Hülle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, gekennzeichnet durch ein Dichtmittel (24;27) an der Abschirmmaske (23;26), das an der Wandung des Hohlraumes anliegt, zur Festlegung der Grenze des elektrochemisch zu behandelnden Bereiches.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen rohrartigen Hohlraum.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel (24;27) eine Öffnung (40) zum Einführen des Gegenstandes (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch ein weiteres, auf dem ersten Dichtmittel (24;27) aufliegendes Dichtmittel, wobei beide Dichtmittel (24;27) je eine Öffnung (40) zum Einführen des Gegenstandes und zu den Öffnungen hin verlaufende radiale Einschnitte (42) aufweisen, wobei die Einschnitte (42) der beiden Dichtmittel (24;27) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere übereinanderliegende Dichtmittel (24;27), die Öffnungen (40) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Dichtmittel (24;27) mit zur Öffnung hin abnehmender Dicke.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens einen zusätzlichen, mit dem Gegenstand (10) elektrisch verbundenen und in axialer Richtung jenseits der Dichtmittel (24;27) im elektrochemisch nicht zu behandelnden Bereich angeordneten Metallkörper (44).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, gekennzeichnet durch eine Verlängerung (35;36) der den Gegenstand (10) umschließenden Hülle (23;26) in den elektrochemischen zu behandelnden Bereich (34).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, gekennzeichnet durch eine Halterung (13;17) für die Abschirmmaske (23;26) und eine Einrichtung zur axialen Höhenjustierung (20;28) der Abschirmmaske.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch aus einem feststehenden Schenkel (4) und einem beweglichen Schenkel (5) gebildete Greifer (3) sowie an den Schenkeln befestigte Klemmbacken (8;9).
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein eine Schließkraft auf die Klemmbacken (8;9) ausübendes Mittel (5).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, gekennzeichnet durch perforierte Elektroden (30).