EP2027311A2 - Maske zum galvanischen beschichten der aussenfläche eines aus einem elektrisch leitfähigen material bestehenden körpers und verfahren zur herstellung der maske - Google Patents

Maske zum galvanischen beschichten der aussenfläche eines aus einem elektrisch leitfähigen material bestehenden körpers und verfahren zur herstellung der maske

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EP2027311A2
EP2027311A2 EP07722316A EP07722316A EP2027311A2 EP 2027311 A2 EP2027311 A2 EP 2027311A2 EP 07722316 A EP07722316 A EP 07722316A EP 07722316 A EP07722316 A EP 07722316A EP 2027311 A2 EP2027311 A2 EP 2027311A2
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EP
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mask
process chamber
pipe system
openings
electrolyte
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Rudolf Bergmann
Christopher Rotsch
Franz Gessler
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Mahle International GmbH
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating

Definitions

  • the invention relates to a mask for electroplating the outer surface of a, consisting of an electrically conductive material body, according to the preamble of claim 1 and a method for producing the mask according to the preamble of claim.
  • a device for galvanic surface treatment of a rotationally symmetrical workpiece which has two clamping parts which are movable relative to each other and between which a central part is clamped, via which the electrolytic process liquid enters and leaves the process chamber is discharged again.
  • the process chamber is formed by two intermediate rings, between which an electrode is clamped whose inner diameter is greater than the outer diameter of the surface to be coated, so that the process chamber results between the surface to be coated and the inner surface of the electrode, wherein the intermediate rings of the two clamping parts held together.
  • both the intermediate rings and the electrode are made of metal, so that complex measures for sealing the process chamber are required to prevent the very aggressive electrolyte from leaking from the process chamber.
  • the known from the prior art device for galvanic surface treatment is very complicated, resulting in a significant increase in the cost of the coating process.
  • the mask for coating a body which forms the process chamber together with the outer surface of the body to be coated, consists of an elastically yielding polymer, it is ensured that the process chamber is well sealed, and that the risk of the electrolyte liquid escaping from the Process chamber exits, is minimal.
  • the mask of the invention using a prefabricated pipe system can be prepared very easily using a plastic casting.
  • Fig. 1 is a perspective view of a mask for coating a
  • FIG. 2 shows a section through the mask along the plane II in FIG. 1
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a pipe system arranged in the mask for passing the electrolyte required for coating
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the pipe system with an oval cross-section
  • Fig. 5 shows a third embodiment of the pipe system with slot-shaped in cross-section inlet and outlet openings.
  • Fig. 1 shows the perspective view of a mask 1 for coating a body of an electrically conductive material, such as a piston for an internal combustion engine, wherein the present embodiment of the mask 1 of the coating of the piston skirt is used.
  • the mask 1 has a cut-segment-shaped, front-side recess 2, via which the mask 1 is applied to the piston, not shown in the figure such that a correspondingly shaped process chamber 3 covers exactly the area of the piston skirt, which are coated should.
  • a respective mask 1 is applied to the piston shafts to be coated.
  • FIG. 1 Shown in Fig. 1 are still terminals 4 and 5, via which a arranged in the mask 1 and shown in Fig. 3 pipe system 8 is connected to a vacuum pump.
  • the further connections 6 and 10 are shown in Fig. 1, which connect the pipe system 8 with an electrolyte container.
  • FIG. 1 shows inlet openings 7 which open into the process chamber 3 and via which an electrolyte is introduced into the process chamber 3.
  • FIG. 2 shows a section through the mask 1 along the sectional plane II in FIG. 1, which illustrates that the process chamber 3 is formed as a window introduced into the rear wall 9 of the front recess 2, whose lower ledge has the inlet openings 7.
  • the process chamber 3 is closed by a planar, segmented anode 11, wherein a rear side of the process chamber 3 arranged between the rear wall 9 and anode 11, circumferential seal 12 seals the process chamber 3 against a rear recess 13 of the mask 1.
  • a similar, circumferential seal 14 is arranged so that a closed process chamber 3 results when the mask 1 is applied to the piston.
  • the anode 11 is inserted into the rear-side recess 13 by being pressed into its final position shown in FIG. 2 with the aid of a closure piece 15 made of a dimensionally stable plastic material and fixed therein.
  • the anode 11 has a back-welded threaded bolt 16, against which the positive pole of a DC voltage source, not shown in the figure, wherein in the context of coating a voltage applied to the process chamber 3 piston shaft of the negative pole of the DC voltage source is applied to the piston.
  • one of the pipe systems 8, 20 shown in Figures 3, 4 and 5 is arranged, wherein the pipe system 8 except via the terminals 4 and 5 still on the other terminal 17 with the not shown in the figure Vacuum pump is connected.
  • the pipe system 8 is also connected via the terminals 6 and 10 also via the terminal 18 with the electrolyte container.
  • drain openings 19 which open into the process chamber 3 and are not shown in FIGS. 1 and 2.
  • a piston stem to be coated adjoins the process chamber 3 in order to be coated with iron
  • the positive pole of the DC voltage source and the negative pole of the DC voltage source are first connected to the anode 11 via its electrode 16.
  • a vacuum is generated by the vacuum pump via the terminals 4, 5 and 17 in the pipe system 8 and in the process chamber 3, which causes suctioned via the terminals 6, 10 and 18 from the electrolyte container, not shown in the figures, an iron-containing electrolyte and is introduced via the inflow openings 7 in the process chamber 3.
  • the iron-containing electrolyte flows past the piston skirt to be coated, with the DC voltage applied to the anode 11 and to the piston causing the iron to be separated from the electrolyte and applied to the piston skirt.
  • the electrolyte is then pumped out of the process chamber 3 and via the ports 4, 5 and 17 from the entire pipe system 8 via the drain openings 19.
  • the pipe system 8 is produced from a sintering material which is resistant to the electrolyte used, for example from a polyamide fine powder having a melting temperature above 180 ° C. Subsequently, the pipe system 8 is inserted into a casting mold for the mask 1 and coated with a polymer, in particular surrounded with a rubbery elastically yielding and resistant to the electrolyte used polyamide or polyimide. In the present embodiment, a readily castable silicone rubber with high tear strength and high tear strength is used for this purpose.
  • the embodiment of the pipe system 20 cast into the mask 1 shown in FIG. 4 has inlet openings 21 opening into the process chamber 3 and drain openings 22 having an oval cross-section, which improves the flow behavior of the electrolyte and thus a more uniform distribution of the electrolyte and thus the iron coating on the piston skirt is achieved.
  • a further improvement of the flow behavior and the distribution of the electrolyte and the iron coating on the piston skirt results when, according to FIG. 5, the electrolyte is introduced into the process chamber 3 via a single slot-shaped inlet opening 23 and pumped out of the process chamber 3 via a likewise slot-shaped outlet opening 24 becomes.
  • the length of the inlet opening 23 and the outlet opening 24 corresponds approximately to the width of the process chamber third

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Description

Maske zum galvanischen Beschichten der Außenfläche eines aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Körpers und Verfahren zur
Herstellung der Maske
Die Erfindung betrifft eine Maske zum galvanischen Beschichten der Außenfläche eines, aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Körper, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung der Maske nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Aus der Offenlegungsschrift DE 101 40 934 A1 ist eine Vorrichtung zur galvanischen Oberflächenbehandlung eines rotationssymmetrischen Werkstücks bekannt, die zwei Spannteile aufweist, die relativ zueinander beweglich sind, und zwischen denen ein Mittelteil eingespannt ist, über das die elektrolytische Prozessflüssigkeit in die Prozesskammer ein- und daraus wieder abgeführt wird. Die Prozesskammer wird gebildet von zwei Zwischenringen, zwischen denen eine Elektrode eingespannt ist, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der zu beschichtenden Oberfläche, sodass sich zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Innenfläche der Elektrode die Prozesskammer ergibt, wobei die Zwischenringe von den beiden Spannteilen zusammengehalten werden. Nachteilig ist hierbei, dass sowohl die Zwischenringe als auch die Elektrode aus Metall bestehen, sodass aufwändige Maßnahmen zum Abdichten der Prozesskammer erforderlich sind, um zu verhindern, dass der sehr aggressive Elektrolyt aus der Prozesskammer austritt. Zudem ist die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur galvanischen Oberflächenbehandlung sehr kompliziert aufgebaut, was zu einer nicht unerhebliche Verteuerung des Beschichtungsprozesses führt.
Diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird diese Aufgabe mit den in den Kennzeichen des Hauptanspruches und des Nebenanspruches 9 stehenden Merkmalen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Dadurch dass die Maske zum Beschichten eines Körpers, von der gemeinsam mit der zu beschichtenden Außenfläche des Körpers die Prozesskammer gebildet wird, aus einem elastisch nachgiebigen Polymer besteht, ist gewährleistet, dass die Prozesskammer gut abgedichtet ist, und dass die Gefahr, dass Elektrolytflüssigkeit aus der Prozesskammer austritt, minimal ist. Zudem kann die erfindungsgemäße Maske unter Verwendung eines vorgefertigten Rohrsystems sehr einfach unter Anwendung eines Kunststoffgießverfahrens hergestellt werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Maske zum Beschichten eines
Körpers,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Maske entlang der Ebene Il in Fig. 1 , Fig. 3 eine erste Ausgestaltung eines in der Maske angeordneten Rohrsystems zum Durchleiten des zum Beschichten erforderlichen Elektrolyten, Fig. 4 eine zweite Ausgestaltung des Rohrsystems mit im Querschnitt ovalen Zu- und Ablauföffnungen und Fig. 5 eine dritte Ausgestaltung des Rohrsystems mit im Querschnitt schlitzförmigen Zu- und Ablauföffnungen.
Fig. 1 zeigt die perspektivische Darstellung einer Maske 1 zum Beschichten eines Körpers aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, wobei das vorliegende Ausführungsbeispiel der Maske 1 der Beschichtung des Kolbenschaftes dient. Zu diesem Zweck weist die Maske 1 eine im Schnitt kreissegmentförmige, vorderseitige Ausnehmung 2 auf, über die die Maske 1 an den in der Figur nicht dargestellten Kolben derart angelegt wird, dass eine entsprechend geformte Prozesskammer 3 genau den Bereich des Kolbenschaftes überdeckt, der beschichtet werden soll. Da ein Kolben in der Regel zwei Kolbenschäfte aufweist, wird je eine Maske 1 an die zu beschichtenden Kolbenschäfte angelegt.
Dargestellt sind in Fig. 1 noch Anschlüsse 4 und 5, über die ein in der Maske 1 angeordnetes und in Fig. 3 dargestelltes Rohrsystem 8 an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Zudem sind in Fig. 1 die weiteren Anschlüsse 6 und 10 eingezeichnet, die das Rohrsystem 8 mit einem Elektrolytbehälter verbinden. Außerdem zeigt Fig. 1 in die Prozesskammer 3 mündende Zulauföffnungen 7, über die ein Elektrolyt in die Prozesskammer 3 eingeleitet wird.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Maske 1 entlang der Schnittebene Il in Fig. 1 , der verdeutlicht, dass die Prozesskammer 3 als ein in die Rückwand 9 der vorderseitigen Ausnehmung 2 eingebrachtes Fenster ausgebildet ist, dessen unterer Sims die Zulauföffnungen 7 aufweist. Rückseitig wird die Prozesskammer 3 von einer im Schnitt kreissegmentförmigen, flächigen Anode 11 abgeschlossen, wobei eine auf der Rückseite der Prozesskammer 3 zwischen Rückwand 9 und Anode 11 angeordnete, umlaufende Dichtung 12 die Prozesskammer 3 gegen eine rückseitige Ausnehmung 13 der Maske 1 abdichtet. Auf der Vorderseite der Prozesskammer 3 ist eine ebensolche, umlaufende Dichtung 14 angeordnet, sodass sich eine geschlossene Prozesskammer 3 ergibt, wenn die Maske 1 am Kolben anliegt.
Eingesetzt wird die Anode 11 in die rückseitige Ausnehmung 13, indem sie mit Hilfe eines Verschlussstückes 15 aus einem formstabilen Kunststoff in ihre endgültige, in Fig. 2 gezeigte Position gedrückt und darin fixiert wird. Als Elektrode weist die Anode 11 einen rückseitig angeschweißten Gewindebolzen 16 auf, an der der positive Pol einer in der Figur nicht dargestellten Gleichspannungsquelle anliegt, wobei im Rahmen des Beschichtens eines an der Prozesskammer 3 anliegenden Kolbenschaftes der negative Pol der Gleichspannungsquelle an den Kolben gelegt wird.
In der Maske 1 ist eines der in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Rohrsysteme 8, 20 angeordnet, wobei des Rohrsystem 8 außer über die Anschlüsse 4 und 5 noch über den weiteren Anschluss 17 mit der in der Figur nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. Zudem ist das Rohrsystem 8 außer über die Anschlüsse 6 und 10 zudem noch über den Anschluss 18 mit dem Elektrolytbehälter verbunden. Dargestellt sind in Fig. 3 auch in die Prozesskammer 3 mündende und in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellte Ablauföffnungen 19.
Liegt ein zu beschichtender Kolbenschaft an der Prozesskammer 3 an, um mit Eisen beschichtet zu werden, werden zunächst an die Anode 11 über deren Elektrode 16 der Pluspol der Gleichspannungsquelle und an den Kolben der Minuspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Anschließend wird von der Vakuumpumpe über die Anschlüsse 4, 5 und 17 in dem Rohrsystem 8 und in der Prozesskammer 3 ein Unterdruck erzeugt, der bewirkt, dass über die Anschlüsse 6, 10 und 18 aus dem in den Figuren nicht dargestellten Elektrolytbehälter ein eisenhaltiger Elektrolyt abgesaugt und über die Zuflussöffnungen 7 in die Prozesskammer 3 eingeleitet wird. Der eisenhaltige Elektrolyt fließt an dem zu beschichtenden Kolbenschaft vorbei, wobei die an der Anode 11 und am Kolben anliegende Gleichspannung bewirkt, dass aus dem Elektrolyten das Eisen abgeschieden und auf den Kolbenschaft aufgetragen wird. Über die Ablauföffnungen 19 wird der Elektrolyt anschließend aus der Prozesskammer 3 und über die Anschlüsse 4, 5 und 17 aus dem gesamten Rohrsystem 8 abgepumpt.
Hergestellt wird zunächst das Rohrsystem 8 aus einem gegenüber dem verwendeten Elektrolyten beständigen Sintermaterial, wie beispielsweise aus einem Polyamid- Feinpulver mit einer Schmelztemperatur von über 180 0C. Anschließend wird das Rohrsystem 8 in eine Gießform für die Maske 1 eingelegt und mit einem Polymer, insbesondere mit einem gummiartig elastisch nachgiebigen und gegenüber dem verwendeten Elektrolyten beständigen Polyamid oder Polyimid umgössen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu ein gut gießbarer Silikonkautschuk mit hoher Einreißfestigkeit und hoher Weiterreißfestigkeit verwendet.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausgestaltung des in die Maske 1 eingegossenen Rohrsystems 20 weist in die Prozesskammer 3 mündende Zulauföffnungen 21 und Ablauföffnungen 22 auf, die einen ovalen Querschnitt haben, wodurch das Fließverhalten des Elektrolyten verbessert und damit eine gleichmäßigere Verteilung des Elektrolyten und damit der Eisenbeschichtung auf dem Kolbenschaft erreicht wird.
Eine weitere Verbesserung des Fließverhaltens und der Verteilung des Elektrolyten und der Eisenbeschichtung auf dem Kolbenschaft ergibt sich, wenn gemäß Fig. 5 der Elektrolyt über eine einzige schlitzförmige Zulauföffnung 23 in die Prozesskammer 3 eingeleitet und über eine ebenso schlitzförmigen Ablauföffnung 24 aus der Prozesskammer 3 wieder abgepumpt wird. Die Länge der Zulauföffnung 23 und der Ablauföffnung 24 entspricht dabei näherungsweise der Breite der Prozesskammer 3.
Bezugszeichenliste
Il Schnittebene
1 Maske
2 vorderseitige Ausnehmung
3 Prozesskammer
4, 5, 6 Anschluss
7 Zulauföffnung
8 Rohrsystem
9 Rückwand
10 Anschluss
11 Anode
12 Dichtung
13 rückseitige Ausnehmung
14 Dichtung
15 Verschlussstück
16 Gewindebolzen, Elektrode
17, 18 Anschluss
19 Ablauföffnung
20 Rohrsystem
21 Zulauföffnung
22 Ablauföffnung
23 Zulauföffnung
24 Ablauföffnung

Claims

Patentansprüche
1. Maske (1) zum galvanischen Beschichten der Außenfläche eines aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Körpers,
- mit einer vorderen Ausnehmung (2), die zum Anlegen an die zu beschichtende Außenfläche komplementär zu der Außenfläche geformt ist, und
- mit einer in die Ausnehmung (2) eingebrachten Prozesskammer (3)
= die eine derartig geformten seitlichen Wand aufweist, dass die Prozesskammer (3) die zu beschichtende Außenfläche komplett überdeckt,
= die Zulauföffnungen (7, 21 , 23) und Ablauföffnungen (19, 22, 24) für einen das Schichtmaterial enthaltenden Elektrolyten aufweist,
= die vorderseitig von der zu beschichtenden Außenfläche verschließbar ist und
= die rückseitig von einer flächenförmigen Anode (11) verschlossen ist, die über eine Elektrode (16) an den Pluspol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, wobei der Körper an den Minuspol der Gleichspannungsquelle anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Maske (1) aus einem elastisch nachgiebigen Polymer besteht, das mit Hilfe eines Gießverfahrens formbar und beständig gegenüber dem Elektrolyten ist, und
- dass in die Maske (1) ein starres Rohrsystem (8, 20) eingegossen ist, das über die Zulauföffnungen (7, 21 , 23) und die Ablauföffnungen (19, 22, 24) in die Prozesskammer (3) mündet, und das Anschlüsse (4, 5, 17) für eine Vakuumpumpe und mit einem Behälter für den Elektrolyten verbundene Anschlüsse (6, 10, 18) aufweist.
2. Maske nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Polyamid besteht.
3. Maske nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Polyimid besteht.
4. Maske nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Siliconkautschuk besteht.
5. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (8) aus einem Sintermaterial besteht.
6. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (8) aus einem Feinpulver auf Polyamidbasis hergestellt ist.
7. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauföffnungen (21) und die Ablauföffnungen (22) des Rohrsystems (20) einen zumindest näherungsweise ovalen Querschnitt haben.
8. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem über eine schlitzförmige Zulauföffnung (23) und eine schlitzförmige Ablauföffnung (24) mit der Prozesskammer (3) verbunden ist, wobei die Länge der Öffnungen (23, 24) näherungsweise der Breite der Prozesskammer (3) entspricht.
9. Verfahren zur Herstellung einer Maske (1) zum galvanischen Beschichten der Außenfläche eines aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Körpers,
- mit einer vorderen Ausnehmung (2), die zum Anlegen an die zu beschichtende Außenfläche komplementär zu der Außenfläche geformt ist, und
- mit einer in die Ausnehmung (2) eingebrachten Prozesskammer (3)
= die eine derartig geformten seitlichen Wand aufweist, dass die Prozesskammer (3) die zu beschichtende Außenfläche komplett überdeckt,
= die Zulauföffnungen (7, 21 , 23) und Ablauföffnungen (19, 22, 24) für einen das Schichtmaterial enthaltenden Elektrolyten aufweist, = die vorderseitig von der zu beschichtenden Außenfläche verschließbar ist und = die rückseitig von einer flächenförmigen Anode (11) verschlossen ist, die über eine Elektrode (16) an den Pluspol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, wobei der Körper an den Minuspol der
Gleichspannungsquelle anschließbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- Herstellen eines Rohrsystems (8, 20) mit Zulauföffnungen (7, 21 , 23) und Ablauföffnungen (19, 22, 24) für die Prozesskammer (3), mit Anschlüssen (4, 5, 17) für eine Vakuumpumpe und mit Anschlüssen, die mit einem Behälter für den Elektrolyten verbindbar sind,
- Einlegen des Rohrsystems (8, 20) in eine Gießform für die Maske (1 ),
- Umgießen des Rohrsystems (8, 20) mit einem elastisch nachgiebigen Polymer derart, dass die Zulauföffnungen (7, 21 , 23) und die Ablauföffnungen (19, 22, 24) in die Prozesskammer (3) münden, und dass die Anschlüsse (4, 5, 17) für die Vakuumpumpe und die mit dem Behälter für den Elektrolyten verbundene Anschlüsse (6, 10, 18) aus der Maske (1) herausgeführt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (1) aus einem Polyamid hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (1 ) aus einem Polyimid hergestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (1 ) aus Siliconkautschuk hergestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (8, 20) aus einem Sintermaterial hergestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (8, 20) aus einem Feinpulver auf Polyamidbasis hergestellt wird.
EP07722316A 2006-05-02 2007-04-27 Maske zum galvanischen beschichten der aussenfläche eines aus einem elektrisch leitfähigen material bestehenden körpers und verfahren zur herstellung der maske Not-in-force EP2027311B1 (de)

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