NL7907753A - Elektrolytisch kleuren van geanodiseerd aluminium. - Google Patents

Description

V" >*

Elektrolytisch kleuren van geanodiseerd aluminium.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het opwekken van een spannings- of stroomgolf van toepassing bij werkwijzen voor het elektrolytisch kleuren van aluminium, alsmede op het stelsel voor het zelf regelen hiervan.

5 Elektrolytische werkwijzen in het algemeen en in het bijzonder werkwijzen voor het elektrolytisch kleuren ondervinden verschillende beperkingen en moeilijkheden van verschillende aard wanneer een wisselstroom gebruikt wordt.

Wanneer twee elektroden van een verschillend soort 10 ondergedompeld zijn in een elektrolyt is in dit opzicht en bij elektrolytische werkwijzen het optreden van een gelijkspanning daartussen normaal welke gelijkspanning afhangt van de genoemde aard van de elektroden en van de samenstelling van het elektrolyt zelf. Wanneer een wisselende sinus-vormige stroom daartussen aangelegd wordt is 15 het uiteindelijke resultaat dat de hiervoor genoemde polarisatie-spanning opgeteld wordt bij de wisselende halve golf met hetzelfde teken en hij onttrokken wordt aan die met tegengestelde teken waarbij in kleinere of grotere mate een asymmetrie met de aangelegde golf vorm veroorzaakt wordt.

20 Tijdens werkwijzen voor het elektrolytisch kleuren van geanodiseerd aluminium vertoont de laag 0x7de die het metaal bedekt meer in het bijzonder twee bijzondere eigenschappen. In de eerste plaats is het een zeer dunne laag oxyde die niet geleidend is en die wanneer ingebracht tussen het metaal en het elektrolyt 25 als een condensator werkt. In de tweede plaats kan hij gemakkelijker elektrische ladingen transporteren van het metaal naar het elektrolyt wanneer het eerstgenoemde negatief is en waarbij dit gemakkelijk transporteren minder is wanneer het metaal positief is. Dit halfgeleider effect, tezamen met het condensator effect veroorzaakt dat 790 7 7 53 2 bij het aanleggen van een wisselstroom de genoemde positieve halve golf het aluminium grotere stroraingsmoeilijkheden geeft dan de negatieve halve golf, wat op zijn beurt aanleiding geeft tot spannings-dalingen die van de ene richting naar de andere verschillen en daarom 5 de golfvorm die een gevolg is van de aangelegde spanning niet symmetrisch is, hetgeen betekent dat een component met een bepaald elektrisch signaal aangelegd is, hetgeen niet altijd wenselijk is. Dit komt door het halfgeleider effect. Anderzijds en door het condensator effect is het bekend dat wanneer een wisselstroom aangelegd wordt 10 tussen het aluminium en de andere elektrode de condensator die gevormd is op de eerstgenoemde opgeladen wordt tot de piekspanning van de aangelegde golf waarbij de ontlading langzamer is dan de spannings-vermindering ten gevolge van de sinus-vormige variatie.

Zodoende zijn zowel de gemiddelde waarde als de werk-15 zaamheid van de resulterende spanning groter dan die wélke overeenkomen met de aangelegde golf en bovendien zijn zij in ieder geval voor zover variabel en daar zij een gevolg zijn van de capaciteit van de anodische laag zullen zij afhangen van de dikte daarvan, de toestand, de werkwijze voor het verkrijgen ervan, enzovoorts.

20 Dit effect is in het bijzonder belangrijk in de indu strie wanneer thyristors gebruikt worden om de wisselstroom te regelen. In dat geval kan ten gevolge van de grote capaciteit van de gewoonlijk gebruikte belastingen die waarden kunnen bereiken van 5 x 105 microfarad, de gemiddelde golfvorm op zijn beurt een gemiddel-25 de waarde verkrijgen van bijna het dubbele van die overeenkomt met de aangelegde spanning en zoals altijd uitsluitend afhangend van de condities en eigenschappen van de oxydelaag.

Voor dezelfde aangelegde wisselspanning varieert dus de resulterende spanning afhangend van de variatie van de elektrische 30 eigenschappen van de belasting en bijgevolg is hij zeer moeilijk te regelen. Bij werkwijzen zoals die bij elektrolytisch kleuren en waarbij de elektrische energie met een zeer nauwkeurige dosering aangelegd moet worden wordt het hiervoor genoemde effect een ernstig nadeel waarbij verschillende pogingen gedaan zijn om dit te overwinnen 35 door middel van indirecte regelstelsels, echter zonder succes.

790 7 7 53 V*' 3

Anderzijds geeft het gebruik van thyristors in de industrie om wisselstromen te regelen of fasehoek-gelijkgerichte stromen, veelvuldig aanleiding tot ernstige problemen van hoogfrequente interferenties die zeer moeilijk te overwinnen zijn als ge-5 volg van werking van de thyristor wanneer de aangelegde spanning geen nul is.

Het opwekstelsel volgens de uitvinding overwint al deze moeilijkheden waarbij een volmaakte regeling van de golf die in de werkwijze gebruikt wordt verkregen wordt.

10 Dit stelsel voor het opwekken van stroom is gebaseerd op het gebruik van een operationele versterker om de spanning of de stroom te regelen die aangelegd is aan het geanodiseerde aluminium voor het elektrolytisch kleuren daarvan, zowel als op het gebruik van zeer sterke transistors die het gebruik van deze inrichtingen in de 15 industrie vergemakkelijken en dezelfde voordelen geven als die verkregen worden bij gebruik in een laboratorium.

<

Het stelsel bevat een bron van een symmetrische gelijkstroom met zijn corresponderende transformator, gelijkrichters, filters enz,, dat vanaf een drie-fasige netvoeding een positieve en 20 een negatieve spanning levert met dezelfde waarde ten opzichte van een centraal of neutraal punt welke de voeding van één van de elektroden vormt.

Vanaf deze voedingsbron heeft het stelsel een energie-regeltrap bestaande uit twee groepen zeer sterke transistors, een 25 bipolaire operationele versterker welke de vorm van de spanning of de intensiteit regelt die aangelegd moet worden aan de belasting die gekleurd moet worden, een uitwendige regelaar van halve golven bestaande uit een groep van discrete componenten met passende waarden en op geschikte wijze ingericht om het gedetecteerde signaal te ver-30 werken en aan te leggen aan de omkeeringang van de operationele versterker, een programmeringsstelsel gevormd uit twee in tijd lineaire programmeringsinrichtingen, één voor het programmeren van de anodische golf en de andere voor het programmeren van de kathodische golf, en een signaalgenerator welke de positieve of niet-omkeeringang vormt 35 naar de bipolaire operationele versterker.

790 77 53 ί Λ 4

Tenslotte is er ook een meet- en registratiestelsel aangebracht dat elektrische parameters van de stroom die aangelegd is aan het aluminium detecteert en scheidt en grafisch, afhangend van de tijd, de anodische en kathodische spanningen registreert alsmede de 5 anodische en kathodische stromen.

Een spannings- of stroomgolf die op elk ogenblik vrij is van elke vervorming, tengevolge van de zelf-regeling daarvan, wordt op deze manier aangelegd aan de elektrolytische cel of het bad op ieder ogenblik, onafhankelijk van de elektrische eigenschappen van de 10 belasting die gekleurd moet worden, zoals zijn capaciteit, polarisatie, enz.

Daar iedere soort van golf gebruikt kan worden, zonder de een of andere vervorming, voorkomt het gebruik van sinusvormige · golven volledig de vraagstukken met betrekking tot het optreden van 15 hoogfrequente interferenties die gebruikelijk zijn bij deze stelsels die thyristors gebruiken met een instelling door het variëren van de fasehoek.

De onbalans van de belasting die geleverd wordt door het gebruik van niet-continue signalen wordt verdeeld langs drie 20 drie-fasen distributielijnen. Het systeem is daarom altijd in evenwicht.

Daar het referentiesignaal voortdurend vergeleken wordt met de spanning of stroom die in werkelijkheid aangelegd wordt aan de belasting en daar beiden gelijk gemaakt worden is het stelsel 25 zelf-stabiliserend hetzij wat betreft de spanning hetzij de stroom. Wanneer daarom eenmaal de begin condities vastgelegd zijn worden deze voortdurend gehandhaafd zonder te letten op de grootte van de belasting die gekleurd moet worden en zonder dat wijzigingen of instellingen tengevolge daarvan nodig zijn.

30 Volgens het stelsel is het mogelijk om ieder soort van elektrisch programma aan te leggen aan ieder soort kleuringswerk— wijze zonder dat de inrichting gewijzigd behoeft te worden. Tezelfdertijd is het mogelijk om programma's voor andere elektrolytische werkwijzen in te delen zoals anodisatie, neerslag enz.

35 Het maakt ook het gebruik mogelijk van andere stroom- 790 7 7 53

V

5 frequenties dan die van het voedingsnet welke zeer voordelig zijn bij kleurprogrammering.

Tenslotte registreert het voortdurend de variabelen het die deelnemen aan de werkwijze. Daarom is /gemakkelijk om de functie 5 daarvan te regelen en om het optreden van defecten te detecteren, fouten te corrigeren, statische regelingen uit te voeren zowel als om volledig de werkwijze te automatiseren.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening worden toegelicht.

10 Fig, 1 geeft het schema aan van het stelsel voor het opwekken en het zelf controleren van de spanning of stroom golfvorm die Vein toepassing is bij werkwijzen voor het elektrolyt!sch kleuren van geanodiseerd aluminium, hetgeen het doel is van de uitvinding.

Fig. 2 geeft een grafische voorstelling van de resul-15 terende golf vergeleken met de aangelegde golf tengevolge van het condensator effect.

Fig. 3 geeft een grafische voorstelling weer gelijksoortig aan de voorgaande figuur waarin dezelfde golven vergeleken worden maar wanneer de aangelegde golf geregeld wordt door thyristors. 20 Uit deze figuren kan men zien, en in het bijzonder uit fig. 2, en in overeenstemming met het voorgaande dat tengevolge van het condensator effect, wanneer een wisselstroom 1 aangelegd tussen het aluminium en de andere elektrode, een resulterende golf 2 verkregen wordt welke een toename bepaalt in zowel de gemiddelde 25 waarde en in de effectieve waarde van de resulterende spanning, met betrekking tot de aangelegde golf 1.

Wanneer bij de industriële installaties de wisselstroom geregeld wordt door gebruik te maken van thyristors dan kan de resulterende golf, tengevolge van de grote capaciteit van de gebruikte 30 belastingen, de vorm aannemen die aangegeven is met 2 in fig. 3 en waaruit men kan zien dat de gemiddelde waarde van de resulterende spanning bijna het dubbele is van de waarde die overeenkomt met de aangelegde spanning 1 en, zoals altijd, uitsluitend afhangt van de condities en eigenschappen van de oxydelaag.

35 Het stelsel volgens de uitvinding dat voorgesteld 790 77 53 ,df λ’ 6 - wordt in de schakeling uit fig. 1 overwint deze problemen waarbij een opwekken van de golf die aangelegd wordt aan de belasting verkregen wordt welke volkomen zelf-geregeld is op elk ogenblik.

De schakeling bestaat uit een in het algemeen drie-5 fasig voedingsnet 3 met een transformator-gelijkrichtinrichting 4 door middel waarvan een positieve spanning 5 en een andere negatieve spanning 6 verkregen worden met betrekking tot een centraal of neutraal punt 7 dat een nul spanning heeft.

Dit neutrale punt 7 vormt direct de voeding van één 10 van de elektroden 8 van het elektrolyt!sche bad 9.

De andere twee spanningen 5 en 6, geleverd door de gelijkricht-transformatorinrichting 4, gaan door naar een regeltrap 10 bestaande uit twee groepen sterke transistors waarvan één een P-polariteit heeft terwijl de andere een N-polariteit heeft, welke de 15 elektrische parameters regelen van de negatieve en positieve signalen respectievelijk aangelegd aan de belasting die gekleurd moet worden en welke opgenomen is in het bad 9.

Ofschoon voor de eenvoud P en N transistors gebruikt zijn in dit schema kan de inrichting voorzien zijn met alleen N-ver-20 mogenstransistors.

De schakeling bezit bovendien een bipolaire operationele versterker 11 welke de vorm van de spanning of de stroom regelt die aangelegd moet worden aan de belasting die gekleurd moet worden.

Hij heeft twee ingangen waarvan de ene een positief of niet-omkeer-25 signaal krijgt via welke een signaal dat zwak is en verkregen wordt van een generator 12 aangelegd wordt aan de operationele versterker 11 waarbij de vorm van dit signaal samenvalt met dat dat aangelegd moet worden aan de belasting die gekleurd moet worden. Het andere ingangssignaal, het negatieve of omgekeerde ontvangt het signaal dat 30 in werkelijkheid in de elektrode 8 van het elektrolytische bad 9 bestaat na op passende wijze dit bewerkt te hebben.

De operationele versterker 11 vergelijkt op ieder ogenblik de waarde, van de spanning of de stroom, van het signaal dat aangelegd moet worden ten opzichte van de waarde van het signaal, op 35 hetzelfde ogenblik, dat in werkelijkheid aangelegd is, zodat het 790 7 7 53 7 verschil tussen beide ingangen, positieve en negatieve, nul is. Daarom zal het signaal dat aangelegd is aan de belasting identiek in spanning of in stroom zijn aan dat aangelegd aan de niet-omkeeringang van de versterker 11.

5 Zoals hiervoor vermeld wordt het signaal dat in werke lijkheid optreedt aan de elektroden van het elektrolytische bad 9 aangelegd aan de negatieve of omkeeringang van de operationele versterker 11 nadat het op passende wijze bewerkt is. Dit bewerken wordt uitgevoerd door de uitwendige regelaar van halve golven 13, bestaande 10 uit een groep van discrete componenten, weerstanden, potentiometers, enz. met passende waarden, zodat wanneer de genoemde weerstanden parallel verbonden zijn met de elektroden de gedetecteerde waarde de spanning zal zijn en het signaal aangelegd aan de belasting de spanningsvorm zal hebben identiek aan die van de referentie geleverd 15 door de signaalgenerator 12. Op dezelfde wijze zal, wanneer de detectie uitgevoerd wordt door in serie geschakelde weerstanden, de gedetecteerde waarde die zijn van de stroomsterkte en daarom zal deze identiek zijn aan de vorm van de stroomsterkte opgewekt door de genoemde generator 12.

20 Met betrekking tot de waarde van de genoemde discrete componenten, weerstanden, potentiometers enz. zal het gebruik van de ene of de andere de vermenigvuldigingsfactor variëren van de operationele versterker 11, dat wil zeggen zijn scannings- of stroomverster-king en daarom kan, daar er verschillende regelingen zijn voor ieder 25 van de halve golven, voor een perfect symmetrisch ingangssignaal een uitgangssignaal verkregen worden waarin de verhouding van de spanning of de stroom van de positieve halve golf ten opzichte van de negatieve halve golf iedere gewenste waarde heeft.

Het programmeringsstelsel bestaat uit twee in tijd 30 lineaire programmerings inrichtingen waarvan één, 14, de anodische golven programmeert terwijl de andere, 15 de kathodische golf programmeert. In de grond worden zij gevormd door een weerstand waarvan de waarde continu gevarieerd wordt naar een voorafgaand gekozen snel-heidsconstante. Wanneer deze weerstand die weerstanden vervangt in 35 de halve golf regelaar 13, en die belast is met het variëren van 790 77 53 8 de versterking van de operationele versterker 11, varieert de verme-nigvuldigingscapaciteit hiervan lineair, afhangend van de tijd, en neemt de vorm aan van een G = f (t) functie, zowel voor de anodische golf als voor de kathodische golf.

5 De signaalgenerator 12 kan iéder soort signaal leve ren, continu of wisselend, met een grote veelzijdigheid waarbij sinusvormige golven, driehoekige of rechthoekige golven verkregen kunnen worden met continu instelbare frequenties tussen 0,1 Hz en 5 MHz, met een mogelijkheid van het leveren van een asymmetrisch aftasten en 10 een instelbare verhouding tussen werkzame en niet-werkzame perioden zowel als een variabele verhouding tussen de anodische en kathodische waarde, een mengsel van continue en afwisselende signalen, enz.

Tenslotte heeft de schakeling een meet- en registra-tiestelsel aangegeven met 16 in fig. 1 bestaande uit een elektronische 15 inrichting welke de elektrische parameters van de stroom aangelegd aan het aluminium dat gekleurd moet worden detecteert en scheidt waarbij een ogenblikkelijke meting zowel als grafische registratie van de variatie in tijd van de anodische en kathodische spanning en van de anodische en kathodische stroom afgemeten wordt.

20 Dit meet- en registratiestelsel 16 maakt het makke lijker om de werking van de werkwijze voor het elektrolytisch kleuren tam-elijk gemakkelijk .te volgen ' waarbij het optreden van defec ten die gedetecteerd moeten worden mogelijk gemaakt wordt, fouten gecorrigeerd kunnen worden, statistische regelingen uitgevoerd 25 kunnen worden en natuurlijk de werkwijze volledig automatisch gemaakt kan worden.

30 790 7 7 53

Claims (6)

1. stelsel voor het opwekken en zelf regelen van de spanning of stroom golfvorm bij werkwijzen voor het elektrolytisch kleuren van geanodiseerd aluminium, met het kenmerk, dat het vermogen 5 geleverd wordt door een bron van een symmetrische gelijkstroom waarvan de neutrale leiding rechtstreeks gekoppeld is met de belasting terwijl de positieve en negatieve spanningen geleverd door de bron heengaan door een energieregeltrap welke geregeld wordt door een bipolaire operationele versterker, welke bipolaire operationele ver-10 sterker twee signaalingangen heeft, een positieve of niet-omkeerbare verbonden met een signaalgenerator en een negatieve of omkeerbare waardoor het signaal dat in werkelijkheid bestaat in de elektroden van het elektrolytische bad wordt aangelegd, waarbij dit laatste signaal op passende wijze bewerkt wordt in een uitwendige halve golfregelaar 15 geregeld door een programmeringsstelsel.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vermogensregeltrap bestaat uit twee groepen van zeer grote vermo-g§nstransistors zodat de groep met N-polariteit de anodische stroom regelt terwijl de groep met P-polariteit de kathodische stroom regelt, 20 waarbij deze groepen van transistoren zo verbonden zijn dat de samenvoeging van de emitters van beide groepen de voeding vormt van één van de'elektroden van het elektrolytische bad terwijl de andere rechtstreeks gekoppeld is met het nul spanningspunt van de gelijkstroombron en waarbij de transistors geregeld worden door de basis hiervan door 25 middel van een versterkerstelsel waarbij op ieder ogenblik de waarde van de spanning of de stroom die op dat ogenblik aangelegd wordt aan de belasting vergeleken wordt met de waarde van de referentiespanning of stroom die op dat ogenblik aangelegd wordt aan de versterker, waarbij de operationele versterker zo werkt dat het verschil tussen de 30 spanning of stroomwaarde nul is en daarom de golf vorm aangelegd aan de belasting identiek is aan die van het referentiesignaal aangelegd aan de versterker.

3. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de operationele versterker geregeld wordt door 35 discrete componenten die hierbuiten liggen en aangebracht zijn in 7907753 drie groepen waarvan één de anodische golf regelt terwijl de andere de kathodische golf regelt, waarbij deze discrete componenten geregeld worden door programmeringsinrichtingen, één voor iedere halve golf, zodat de vermenigvuldigingsfactoren van het referentiesignaal 5 continu gevarieerd kunnen worden in de tijd al of niet volgens een lineaire functie, welke al of niet dezelfde kan zijn voor beide halve golven.

4. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de generator voor het referentiesignaal een 10 zwakke generator is met vele mogelijkheden en in staat om sinusvormige golven, driehoekige golven of rechthoekige golven te leveren bij continu instelbare frequenties tussen 0,1 Hz en 5 MHz, met de mogelijkheid om een asymmetrische aftasting en een instelbare verhouding tussen werkzame en niet-werkzame perioden te leveren zowel 15 als een variabele verhouding tussen de anodische en kathodische waarden en een mengsel van continu en wisselende signalen.

5. Stelsel volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een registratiestelsel aangebracht is aan het elektrolytische bad, welk stelsel continu alle variaties van de 20 elektrische parameters van beide halve golven, anodische en kathodische, over de tijd en gedurende de volledige elektrolytische werkwijze registreert.

6. Stelsel in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening, 25 790 77 53