WO1999010563A2 - Method and device for energy saving simultaneous electrolytic treatment of several workpieces - Google Patents

Method and device for energy saving simultaneous electrolytic treatment of several workpieces Download PDF

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WO1999010563A2
WO1999010563A2 PCT/DE1998/002501 DE9802501W WO9910563A2 WO 1999010563 A2 WO1999010563 A2 WO 1999010563A2 DE 9802501 W DE9802501 W DE 9802501W WO 9910563 A2 WO9910563 A2 WO 9910563A2
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Helmut Stiegler
Jens Maschmeyer
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Atotech Deutschland Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12Process control or regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/06Suspending or supporting devices for articles to be coated
    • C25D17/08Supporting racks, i.e. not for suspending

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment, in particular electroplating, of several workpieces connected as electrodes, each with the same electrolysis current (electroplating current) in immersion bath electrolysis systems.
  • the amount of metal deposited is almost proportional to the electroplating current in the electroplating cells commonly used and the current densities used therein.
  • each workpiece it is therefore necessary for each workpiece to be supplied with a very specific electroplating current.
  • each workpiece can be supplied with the same current.
  • Even with different workpieces there may be a demand for the same electroplating current for each workpiece.
  • These are workpieces that have the same surface, but a different shape. Examples of this are bars that differ in the right and left-hand threads at the end, or right and left parts that are otherwise the same.
  • the entire current flowing on the goods carrier in an electrolytic cell is distributed among the workpieces attached to it.
  • the partial currents ie the currents flowing through the workpieces
  • the partial resistances are always different. The reasons for this are different sized cross sections and lengths of the electrical conductors on the goods carrier, which are effective for each partial circuit, as well as contact resistance at the goods carrier clamping points and at the workpiece clamping points, which are not constant in the long run.
  • the electrical conditions of the anodes arranged opposite the individual workpieces are not constant. In practice, this can lead to the fact that even one or more workpieces of a product carrier do not carry any electricity at all.
  • electroplating frames can also be processed with material to be treated.
  • the electroplating frame corresponds to a workpiece, which in turn is attached to a goods carrier.
  • DE-OS 1 800 954 describes a copper bath tub for simultaneous galvanic deposition of copper coatings on a large number of workpieces of different and / or irregular shapes.
  • stationary series resistors are used to match the galvanizing currents of individual workpieces. beat.
  • the partial flows are fed by a bath current source with a correspondingly large total current.
  • the series resistors are individually adjustable. With the necessary effort, the electroplating currents of the workpieces can be set to the same size.
  • the disadvantageous disadvantage is the disadvantageous efficiency, in particular when the sum of the partial flows takes on a very high value, since in this case a large amount of electrical energy is converted into useless thermal energy.
  • EP 0 308 636 B1 describes a method for equalizing the partial flows in an electrolytic bath to improve the layer thickness distribution on several workpieces attached to a product carrier.
  • the sum of the partial flows on the individual workpieces represents the bath flow, which must be supplied by a rectifier.
  • the electrical conductors and contacts from the rectifier to the goods carrier must be of sufficient size.
  • the document proposes to insert passive, non-adjustable series resistors into each partial circuit on the product carrier. These series resistors act as current distribution resistors, which are intended to impress the partial current in each workpiece. As the resistance value of each series resistor increases, the impressions of the partial currents increase. However, a complete adjustment of the partial flows is practically not possible. It is also disadvantageous in this case that the electrical energy to be used increases with increasing resistance value. The electrical efficiency of electroplating cells equipped in this way is therefore also unsatisfactory.
  • chrome plating is the galvanizing of cylindrical piston rods for shock absorbers.
  • the hard chrome layer to be applied requires a plating current of 800 A per bar at a cell voltage of about 7 V per rod. If there are 10 bars on a product carrier, the rectifier and all current conductors of the bath must be dimensioned for a current supply of at least 8000 A.
  • the rectifier power loss and the electrical power loss in the conductors is around 24 kW at 8000 A.
  • the power loss can be calculated from the empirical values from the electroplating bath power supply. With good approximation it can be assumed that energy losses occur in the rectifier, which result from an internal voltage drop of 2 V multiplied by the rectifier output current.
  • the invention is therefore based on the problem of avoiding the disadvantages of the known devices and methods and, in particular, of finding a method and a device with which a uniform electrolysis power supply, in particular galvanizing power supply, can be made possible for each workpiece or for each electrolysis frame on a goods carrier, the lowest possible energy losses must be accepted and the system equipment should be designed as simply as possible.
  • the device according to the invention is used for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment, in particular electroplating, of several workpieces connected as electrodes, each with the same electrolysis current.
  • Brackets used for electrical contacting and workpieces held thereon and ii. at least one counter electrode each.
  • the workpieces When the workpieces are galvanized, the workpieces are switched as cathodes and the counter electrodes as anodes; in electrolytic etching / demetallizing, the workpieces are switched as anodes and the counter electrodes as cathodes.
  • the individual sub-cells are electrically connected in series.
  • galvanizing workpieces only the application of galvanizing workpieces is considered.
  • the specified embodiments and examples can also be transferred to the electrolytic etching process by interchanging the polarity of the electrodes and the workpieces.
  • the series connection of the individual sub-cells ensures that the same workpieces or electroplating frames, each accommodated in a subcell, are automatically flowed through by the same electroplating current. If, for example, a higher contact resistance forms at one of the contact points for one of the workpieces, this resistance determines the electroplating current in all sub-cells. Under these circumstances, either a lower galvanizing current flows through all sub-cells, so that the total galvanizing time must be increased in order to achieve a desired layer thickness on all workpieces, or the galvanizing voltage is increased in order to achieve a constant galvanizing current. The latter procedure is usually used by preferably working with a constant current control and thus generating a constant gating current at the rectifiers used as the current source, which flows through all sub-cells.
  • the device and the method therefore ensure that the partial flows on the individual workpieces are matched to exactly the same value.
  • the device according to the invention and the method are therefore already compared to the aforementioned known devices and methods according to the
  • the invention also has the further advantage that the uniformity Gung the layer thickness of the deposited metal layer does not go hand in hand with a reduced efficiency in metal deposition as in the known devices and methods. While in the known methods and devices an approximate equalization of the partial currents is only made possible by using the series resistors, but the series resistors represent additional current consumers, by means of which the efficiency in the galvanization is reduced, such consumers are not required in the method according to the invention.
  • the power supply lines to the anodes and cathodes can be designed to be less complex. All electrical conductors should only be dimensioned so large that a current can flow that corresponds to the current flow for a workpiece. For this purpose, the cables and conductors have a comparatively small cross section and a correspondingly lower weight. The electrical efficiency of a rectifier with the same power is much higher with a large nominal voltage and a small nominal current than with conventional galvanic rectifiers with a small nominal voltage and a large nominal current.
  • each product carrier is fed in series with a current of 800 A.
  • the total power loss is 3.2 kW and the efficiency is 94.5 percent. With four bathrooms, the total power loss is only 12.8 kW, which is a gain of 83.2 kW compared to the prior art. The savings that result from the transportation of the much lighter goods carriers are not included here.
  • Another advantage of the invention is that the investment costs for rectifiers for low rated current and high rated voltage are significantly lower are higher than for rectifiers for high nominal current and low nominal voltage with the same power, because the rectifier diodes and the current conductors of the rectifier can only be dimensioned for the low current at high voltage.
  • the anodes of each subcell are electrically connected to the holders for the workpieces and thus to the workpieces of an adjacent subcell.
  • the anodes not connected to holders and the workpieces attached to them and the holders not connected to anodes and the associated workpieces are each connected to one pole of the current sources, so that a closed circuit is created.
  • the anode of the first partial cell is connected to the workpiece of the second partial cell.
  • the anode of the second sub-cell is connected to one pole and the workpiece of the first sub-cell to the other pole of the current source, for example a rectifier.
  • the workpieces are preferably fastened to goods carriers via the brackets and are electrically insulated from the goods carriers.
  • the product carriers are used to transport the workpieces from one treatment bath to one plating bath electroplating system to the next.
  • the goods carriers are transported from bath to bath by means of suitable transport devices. In order to ensure electrical insulation of the holders and the workpieces from one another, it is particularly expedient to produce the goods carriers from an electrically non-conductive material.
  • rod-shaped anode conductors which project upwards from the anodes and are electrically connected to the anodes and are attached to the product carriers and are electrically insulated from them, which are used to produce an electrical Serve contact to the anode conductors.
  • the contact sockets are designed and arranged so that they come into electrical engagement with the anode conductors when the product carrier is placed on the bath container, or that externally actuated switching devices are provided on the contact sockets, via which electrical contact is made with the anode conductors.
  • the Gaivanisierstrom is from a pole of the power source via electrical connections on goods carrier receptacles arranged on one or both sides on the goods carriers, for example contact pairs, also arranged on the goods carriers and in electrical contact with the workpieces in a first electrolytic subcell and from there to the workpieces in the first subcell.
  • the current then flows from the workpieces through the electroplating liquid and to the anodes. From there, the current reaches the anode conductors and via them to the contact sockets when the product carrier has been placed on the bath container.
  • the Gaivanisierstrom is then passed in succession through the individual sub-cells via further current bridges which, as individual electrical connections via current conductors insulated from the product carriers, electrically connect the anodes of each sub-cell to the workpieces of the adjacent sub-cell.
  • the current bridges are firmly connected to the brackets.
  • the Gaivanisierstrom is returned from the anodes in a last sub-cell via further contact sockets and then via current bridges and via further electrical connections arranged on the goods carrier receptacles to the other pole of the current source.
  • the circuit is now closed.
  • the individual sub-cells are electrically connected in series.
  • Each contact socket on an article carrier assigned to an anode of a partial cell is in each case electrically fixedly connected to the holders of an adjacent partial cell via current bridges.
  • the holders of the first subcell which are not electrically connected to contact sockets, are electrically connected to the electrical contact of a pair of contacts on the goods carrier via current bridges.
  • this electrical contact is associated with a pole of the power source electrically connected mating contact element of the contact pair on the bath container so that the brackets of the first sub-cell are electrically connected to this pole of the power source when the product carrier is placed on the bath container or when it is lifted from the bath container again be separated.
  • the anode conductors of the anodes in the last sub-cell on the other side of the row of sub-cells that are not electrically connected to brackets are directly connected to the other pole of the current source.
  • these anode conductors can in turn also be assigned contact sockets on the product carrier, which are electrically connected to an electrical contact of another pair of contacts on the product carrier, this electrical contact being assigned a counter-contact element of the contact pair on the bath container that is electrically connected to the second pole of the power source so that the Anode conductors of the last subcell are electrically connected to this second pole of the power source when the product carrier is placed on the bath container or are separated from it again when it is lifted off the bath container.
  • first current conductors are provided between the holders and these contact elements and second current conductors between the anodes and the counter-contact elements of the contact pairs and between the anodes of one of the sub-cells and the current source.
  • the necessary circuit is formed by the following measures:
  • ganvanizing current is conducted from a pole of the current source via one of the individual, electrically isolated, individual carrier contacts, one of the first current conductors and the holders to the workpieces in a first subcell.
  • the galvanizing current is conducted from the workpieces in the first partial cell via the electroplating liquid and the anodes of this first partial cell and via one of the second current conductors to the next product carrier contact.
  • the galvanizing current then flows via this contact and via one of the first current conductors to the workpieces in a second subcell and from these workpieces via the electroplating liquid and the anodes in this second subcell and via a further second current conductor to a third product carrier contact.
  • the current flows in the same way via further first current conductors to further workpieces in further partial cells and from the workpieces in the further partial times via the electroplating liquid and the anodes of the further partial cells and via further second current conductors finally back to the current source.
  • the circuit is closed in a series connection.
  • the product carrier contacts are closed and opened when the product carrier is lifted from the bathroom container.
  • the electrical connections between the rod-shaped anode conductors which are in electrical contact with the anodes and the workpieces are produced by the Current flows over the current bridges to the contact sockets on the goods carrier and in that the contact sockets on the goods carriers have insertion funnels into which the anode conductors are instructed and come into engagement when the goods carriers are lowered.
  • the connections between the anode conductors and the contact sockets can also be established or separated by externally operated switching devices on the contact sockets.
  • a plurality of independent electroplating circuits can also be provided on a product carrier and at least one current source can be assigned to each of these circuits. This embodiment is suitable for both the first circuit arrangement and the second circuit arrangement.
  • Electrode insulations are preferably provided in the bath container, by means of which each anode within the bath container is separated from the other anodes in such a way that no galvanizing current can flow directly from anode to anode.
  • Openings should be contained in the anode insulation so that electrolyte fluid and / or air introduced into the electrolyte fluid via an air injection can be exchanged through these openings between the part-times.
  • electrolyte liquid and / or air is only exchanged between the sub-cells if no gaiting current flows.
  • At least one electrolyte inlet tube or at least one air inlet tube in the bath tank is provided for improved mixing of the electrolyte liquid, the inlet tubes and the inlet tubes having openings from which electroplating liquid or air can flow out and flow into the sub-cells.
  • the measurement of the terminal voltages at the current sources can be used to check the function of the individual sub-cells. If a certain value for the terminal voltage at the current source, which indicates an increase in a contact resistance or another defect in the system, is exceeded, suitable measures can be taken to remedy the defect.
  • the device and the method can be used to coat large-scale individual parts (items to be treated) which are attached to electroplating frames or directly to the product carriers and transported through the immersion bath electroplating system.
  • electroplating drums with pourable material can be used as workpieces.
  • the device and the method can also be used for the electrolytic removal of metal (etching / demetaling) from workpieces.
  • the embodiments and examples are to be modified accordingly.
  • Both soluble and insoluble anodes can be used as anodes in the electroplating process, or some partial cells can be equipped with soluble and others with insoluble anodes.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through an immersion bath with a plurality of sub-cells in a first circuit arrangement
  • Figure 2 shows a schematic cross section through an immersion bath with several sub-cells in a second circuit arrangement.
  • a bath container 1 is shown in cross section in FIG.
  • the bath container 1 can consist of plastic or of insulating-coated metal.
  • This container there are several electrolytic partial cells 2.
  • Each partial cell consists of a cathode 3, which is formed by the workpiece, and an anode 4.
  • the workpieces are fastened to the product carrier in an electrically insulated manner.
  • the anodes 4 can be both soluble and insoluble anodes.
  • the anodes are arranged in a stationary manner in the bath container 1 in such a way that the anode-cathode spacing required for electroplating results in the electrolytic subcell 2 together with the workpiece to be inserted into it.
  • Anode conductors 5 are attached to the anodes in an electrically conductive manner. These protrude with their upper end, e.g. is designed as a contact pin, so far beyond the electrolyte mirror 6 that an electrical connection can be made to contact sockets 8 which are insulated on the goods carrier 7 when the goods carrier - as shown here - is placed on the goods carrier receptacles 15 on the bath container 1.
  • Each anode 4 of a subcell 2 is electrically shielded from the other anodes by means of anode insulation 9 in the electrolyte.
  • the anode insulation 9 consists of an electrically non-conductive material, which also against one chemical attack of the electrolyte is resistant.
  • 1 shows a tubular anode 4 for the galvanization of workpieces in the form of rods. The rod is in the center of the cylindrical anode. It is held in the correct position by pliers 10.
  • the electrically conductive pliers 10 are also used to supply the Gaivanisierstromes to the rod.
  • the pliers are also attached to the goods carrier 7 in an electrically insulated manner.
  • a goods carrier contact 11 is shown schematically, which is also attached to the goods carrier in an electrically insulated manner.
  • the mating contact 12 is arranged stationary on the edge of the bath container 1.
  • the rectifier 13 is used for the galvanizing power supply.
  • the negative pole of the rectifier is connected to the counter contact 12 via the electrical conductor 14.
  • all electrical conductors are represented by simple lines. If a transport trolley has placed a goods carrier 7 on the goods carrier receptacles 15 of a bath, the rectifier 13 is electrically connected to the first cathode 3 on the goods carrier via the mating contact 12 and the goods carrier contact 11 and via a current bridge 16.
  • the rectifier 13 forms, together with the electrical conductors, contacts, electrolytic sub-cells and their connections, an electrical series connection.
  • a Gaivanisierstrom flows over the workpiece connected as cathode 3 to the anode 4 of the partial cell 2. From the anode 4, it flows via the anode conductor 5 with the contact pin at the upper end of the anode conductor into the contact socket 8. This can also be a mechanical actuated switch be formed. From there, the current flow repeats through the next sub-cell, just as it was described starting from the goods carrier contact 11. The serial galvanizing current flows back from the last anode conductor of the bath to the rectifier 13.
  • the galvanizing current is set by the galvanizing system control for the rectifier to the value required for the workpieces and kept constant by a current regulator.
  • the serial galvanizing current described is therefore a constant current. Irregularities in the contacts 8, 11, 12, 18 and the pliers 10 are completely corrected until the nominal voltage of the rectifier is reached.
  • An unusual increase in the terminal voltage of the rectifier for driving the serial Gaivanisierstromes is a sign that at least one effective resistor in the overall circuit has become incorrectly larger. This shows that maintenance is required even before the rectifier nominal voltage is reached as the highest possible terminal voltage for error-free production.
  • the serial galvanizing current can be easily regulated and measured using known means of electrical engineering, a safe and precise galvanizing power supply for each individual workpiece on a product carrier is guaranteed. In addition, the entire power supply system can be continuously monitored completely.
  • the voltages between the anodes and the cathodes of the sub-cells connected in series ie the cell voltages, add up to the voltage drops across the series-connected resistances of all contacts and current conductors.
  • the sum of all these partial voltages represents the terminal voltage of the rectifier 13.
  • the nominal voltage of the rectifier must be at least as large as this total voltage value, since a control reserve must be provided.
  • the nominal rectifier voltage reaches a level that requires protective measures against touching the live parts by the personnel. From around 50 V it is necessary to install appropriate personal protection or coverings.
  • several serial circuits with a corresponding number of rectifiers per bath and product rack can alternatively be used.
  • the least effort for realizing the invention is to work with only one serial circuit per product carrier. In this case, only one rectifier is required for all sub-cells of the bath. It is only to be dimensioned so that the current for a workpiece can flow with a rectifier nominal voltage that corresponds to the number of sub-cells.
  • All electrolytic sub-cells are in a common electrolyte. Through the series connection of the partial times, a potential occurs between adjacent anodes which is approximately as large as the anode / cathode voltage of a partial cell. This means that a Gaivanisierstrom can flow from one anode to another.
  • the anodes could be metallized on the outside.
  • Anode insulation 9 is used to avoid this possible metallization. They electrically shield one anode from the other.
  • An electrolyte overflow from the bath and a circulation pump for electrolyte fluid are not shown in the figures.
  • a compressor for the air injection via the air injection tube 20 is not shown.
  • This tube also has openings under the sub-cells for air to flow out. The air serves to move the electrolyte. It is not necessary for the tubes 19, 20 to introduce electrolyte or air into the sub-cells 2 from below. It is sufficient if the tubes 19, 20 are located in the vicinity of the sub-tents with openings which point in the direction of these sub-cells.
  • the goods carrier 7 has support arms 21 on both sides.
  • a transport device engages in these support arms in order to pull the goods carrier 7 vertically upwards out of the bath and into another bath, e.g. a rinsing bath to transport.
  • the product carrier itself could consist of an electrical insulator, such as e.g. Ceramic or plastic.
  • the contact sockets 8 and the pliers 10 are preferably fastened in an electrically insulated manner to a metal goods carrier.
  • the contact sockets 8 preferably have an introduction funnel on the underside.
  • the movements and forces required for this are derived from the existing processes of the goods carrier. If externally actuated contacts are used for this electrical connection, the movements and forces required for this are to be applied using a mechanism and control (not shown).
  • the contacts 11, 12 can be replaced by a metallic goods carrier and by the goods carrier receptacle 15, in such a way as is known from the plating bath electroplating systems.
  • the metallic goods carrier 7 then lies on the negative pole of the rectifier 13 via the receptacle 15 serving as a contact.
  • the second goods carrier receptacle 15 can also be used to transmit the Current from the negative pole of the rectifier 13 can be used on the goods carrier 7.
  • the contact pair 18 with opposing contacts can be dispensed with.
  • the positive rectifier terminal is then connected directly to the last anode conductor 17.
  • FIG. 1 Another circuit arrangement of the invention is shown in FIG. This differs from the embodiment according to FIG. 1 by the type of current transfers to the goods carrier 7. With the exception of the pliers 10, all contacts are arranged outside the bathroom area. The electrical connections to the anodes 4 are made stationary from each anode conductor 5 directly from the bath container 1.
  • Figure 2 two independent serial circuits with two rectifiers 13 'and 13 "are shown as an example. However, this is not a condition for the implementation of the invention. Independent serial circuits on a product carrier, however, allow partial loading of the product carrier. So it is possible, only In this case, the other circuit or the other circuits of a product carrier can remain unloaded
  • the principle is that only one rectifier and as many sub-cells as possible should be used for each rectifier, since the costs for protection against excessive contact voltage are significantly lower than the power supply costs for high rectifier currents.
  • the negative pole of the rectifier 13 'feeds the workpiece connected as the cathode 3 in the subcell 2a via the contact groups 22a.
  • the anode current of sub-cell 2a is fed via anode conductor 5 and via contact group 22b to the cathode of sub-cell 2b.
  • the electrical connection of the conductors 24 to the anode conductor 5 is shown in FIG. 2 in the bathroom for reasons of clarity. In practice, however, this connection is implemented above the electrolyte level 6 in order to avoid corrosion.
  • Insulated conductors 23 are also laid from the contact groups 22 to the pliers 10, the cross-section of which is dimensioned such that they can carry the small serial Gaivanisierstrom. They are attached to the goods carrier in an orderly manner.
  • the serial galvanizing current of the rectifier 13 'then flows successively through the partial electrolytic times 2a to 2d.
  • the current returns from the anode conductor 5 of the subcell 2d to the positive pole of the rectifier 13 '.
  • the second serial electroplating circuit of the rectifier 13 ′′ is also formed in the same way.
  • the contact groups 22 in the figures are arranged in the longitudinal direction of the goods carrier. They are supported on a console 25. In practice, however, these contact groups 22 are expediently arranged in the transport direction.
  • the console 25 represents the edge of the bath container 1.
  • the goods carrier In the galvanizing power supply according to FIG. 1, the goods carrier must be fully equipped with workpieces. In the embodiment according to FIG. 2, this is not necessary for the serial circuit according to the invention if further electrical switches are inserted. These switches are arranged in the stationary electrical lines 24 so that they electrically bridge the sub-cells 2 that have not been loaded with a workpiece.
  • the switches e.g. electrical contactors, can be actuated by control signals given by the electroplating system control.
  • the invention can also be used in the electrolytic treatment of flat workpieces such as printed circuit boards, in which a very uniform layer thickness is required from printed circuit board to printed circuit board and also over the entire surface of a printed circuit board.
  • the device and the method according to the invention are also advantageously used in the electroplating of bulk material in drums. If two drums are arranged on a drum carrier, these can be electrically connected in series for the purposes of the invention.
  • the serial Gaivanisierstrom is on the two drum carrier took headed through the drum. Two sub-cells are formed in the electrolytic bath. In this case, the electroplating rectifier can only be dimensioned for the current of a drum, but with double voltage. This circuit shows that the Gaivanisierstrom is exactly the same size on both drums.

Abstract

The energy relates to a device and a method for energy saving simultaneous electrolytic treatment of several workpieces connected in the form of electrodes, each having the same electrolysis current. The inventive device comprises at least two electrolytic partial cells in a tank and at least one power source supplying the partial cells with an electrolysis current. The partial cells also have support fixtures that are used for electrical contacting with workpieces attached thereto, in addition to at least one respective counter electrode. The workpieces are connected as cathodes and the counter electrodes are connected as anodes during electroplating of said workpieces. During etching and deplating, said workpieces are connected as anodes and the counter electrodes are connected as cathodes.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum energiesparenden gleichzeitigen elektrolytischen Behandein von mehreren WerkstückenMethod and device for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment of several workpieces
Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum energiesparenden gleichzeitigen elektrolytischen Behandeln, insbesondere Galvanisieren, mehrerer als Elektroden geschalteter Werkstücke mit jeweils gleichem Elektrolysestrom (Galvanisierstrom) in Tauchbadelektrolyseanlagen.The invention relates to a method and a device for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment, in particular electroplating, of several workpieces connected as electrodes, each with the same electrolysis current (electroplating current) in immersion bath electrolysis systems.
In bekannten Tauchbadgalvanisieranlagen werden Warenträger von einer oder mehreren Transporteinrichtungen von Behandlungsstation zu Behandlungsstation, kurz auch Bad genannt, befördert. In der Beschickungsstation werden die zu galvanisierenden Werkstücke an den Warenträgern befestigt. In der Re- gel sind es viele Werkstücke, die ein Warenträger aufnimmt. Alle Werkstücke sind mit dem Warenträger elektrisch leitend verbunden und parallel geschaltet. Nach der Behandlung und Trocknung werden die Werkstücke in einer Entleerungsstation vom Warenträger wieder abgenommen. Aus technischen und/oder wirtschaftlichen Gründen ist die Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicken- toleranz des elektrolytisch abzuscheidenden Metalls auf dem Werkstück notwendig. Durch präzises, gleichmäßiges Abscheiden von Metall können Nachbehandlungen, wie z.B. Schleifen, zum Erreichen eines genauen Maßes entfallen.In known plating bath electroplating systems, goods carriers are transported from one or more transport devices from treatment station to treatment station, also called bath for short. The workpieces to be electroplated are attached to the product carriers in the loading station. As a rule, there are many workpieces that a product carrier holds. All workpieces are electrically connected to the goods carrier and connected in parallel. After treatment and drying, the workpieces are removed from the goods carrier in an emptying station. For technical and / or economic reasons, it is necessary to adhere to a predetermined layer thickness tolerance of the metal to be electrolytically deposited on the workpiece. Precise, even deposition of metal enables post-treatments such as Grinding is not necessary to achieve an exact dimension.
Die Menge des abgeschiedenen Metalls ist bei den üblicherweise verwendeten Galvanisierzellen und den darin angewandten Stromdichten nahezu proportional zum Galvanisierstrom. Zur präzisen Galvanisierung von Werkstücken ist es daher notwendig, daß jedes Werkstück mit einem ganz bestimmten Galvanisierstrom versorgt wird. Bei gleichen Werkstücken auf einem Warenträger muß demnach jedes Werkstück mit dem gleichen Strom versorgt werden. Auch bei unterschiedlichen Werkstücken kann die Forderung nach gleichem Galvanisierstrom für jedes Werkstück bestehen. Dies sind Werkstücke, die sich in der zu galvanisierenden Oberfläche gleichen, jedoch eine andere Form haben. Bei- spiele hierfür sind Stäbe, die sich durch Rechts- und Linksgewinde am Ende unterscheiden, oder rechte und linke Teile, die ansonsten gleich sind. Der gesamte auf den Warenträger fließende Strom in einer elektrolytischen Zelle verteilt sich auf die daran befestigten Werkstücke. Nur wenn alle Widerstände der durch die Werkstücke gebildeten Teilstromkreise gleich groß sind, können auch die Teilströme, d.h. die Ströme, die durch die Werkstücke fließen, gleich groß sein. Bei in Produktionsanlagen eingesetzten Warenträgern und den daran befestigten Halterungen sind die Teiiwiderstände immer unterschiedlich. Ursachen hierfür sind verschieden große, je Teilstromkreis wirksame Querschnitte und Längen der elektrischen Leiter auf dem Warenträger, ferner Übergangs- widerstände an den Warenträgerklemmstellen und an den Werkstückklemmstellen, die auf Dauer nicht konstant sind. Desgleichen sind die elektrischen Bedingungen der den einzelnen Werkstücken gegenüber angeordneten Anoden nicht konstant. Dies kann in der Praxis dazu führen, daß sogar ein oder mehrere Werkstücke eines Warenträgers überhaupt keinen Strom führen. Die übrigen stromführenden Werkstücke des Warenträgers übernehmen den Strom der ausgefallenen Werkstücke. Unterschiedliche Schichtdicken sind damit unvermeidbar. Die Ströme auf den einzelnen Werkstücken sind mit vertretbarem technischen Aufwand nicht meßbar, können also nicht überwacht werden. Anstelle einzelner Werkstücke an einem Warenträger können auch Galvanisier- gestelle mit Behandlungsgut bearbeitet werden. In diesem Falle entspricht das Galvanisiergestell einem Werkstück, das wiederum an einem Warenträger befestigt ist.The amount of metal deposited is almost proportional to the electroplating current in the electroplating cells commonly used and the current densities used therein. For the precise electroplating of workpieces, it is therefore necessary for each workpiece to be supplied with a very specific electroplating current. For the same workpieces on a product carrier therefore each workpiece can be supplied with the same current. Even with different workpieces, there may be a demand for the same electroplating current for each workpiece. These are workpieces that have the same surface, but a different shape. Examples of this are bars that differ in the right and left-hand threads at the end, or right and left parts that are otherwise the same. The entire current flowing on the goods carrier in an electrolytic cell is distributed among the workpieces attached to it. Only when all resistances of the partial circuits formed by the workpieces are of the same size can the partial currents, ie the currents flowing through the workpieces, be of the same size. In the case of product carriers used in production plants and the brackets attached to them, the partial resistances are always different. The reasons for this are different sized cross sections and lengths of the electrical conductors on the goods carrier, which are effective for each partial circuit, as well as contact resistance at the goods carrier clamping points and at the workpiece clamping points, which are not constant in the long run. Likewise, the electrical conditions of the anodes arranged opposite the individual workpieces are not constant. In practice, this can lead to the fact that even one or more workpieces of a product carrier do not carry any electricity at all. The remaining current-carrying workpieces of the goods carrier take over the current of the failed workpieces. Different layer thicknesses are inevitable. The currents on the individual workpieces cannot be measured with reasonable technical effort, and therefore cannot be monitored. Instead of individual workpieces on a product carrier, electroplating frames can also be processed with material to be treated. In this case, the electroplating frame corresponds to a workpiece, which in turn is attached to a goods carrier.
In DE-OS 1 800 954 ist eine Kupferbadwanne für eine gleichzeitige galvanische Abscheidung von Kupferüberzügen auf eine Vielzahl von Werkstücken unterschiedlicher und/oder unregelmäßiger Formen beschrieben. Um möglichst gleichmäßige Kupferschichtdicken zu erreichen, werden stationäre Vorwiderstände zur Angleichung der Galvanisierströme einzelner Werkstücke vorge- schlagen. Die Teilströme werden von einer Badstromquelle mit entsprechend großem Summenstrom gespeist. Die Vorwiderstände sind individuell einstellbar. Mit dem hierzu erforderlichen Aufwand sind die Galvanisierströme der Werkstücke gleich groß einstellbar. Nachteilig ist neben dem großen techni- sehen Aufwand der ungünstige Wirkungsgrad, insbesondere dann, wenn die Summe der Teilströme einen sehr hohen Wert annimmt, da in diesem Fall eine große Menge elektrischer Energie in nutzlose Wärmeenergie umgewandelt wird.DE-OS 1 800 954 describes a copper bath tub for simultaneous galvanic deposition of copper coatings on a large number of workpieces of different and / or irregular shapes. In order to achieve copper layer thicknesses that are as uniform as possible, stationary series resistors are used to match the galvanizing currents of individual workpieces. beat. The partial flows are fed by a bath current source with a correspondingly large total current. The series resistors are individually adjustable. With the necessary effort, the electroplating currents of the workpieces can be set to the same size. In addition to the great technical outlay, the disadvantageous disadvantage is the disadvantageous efficiency, in particular when the sum of the partial flows takes on a very high value, since in this case a large amount of electrical energy is converted into useless thermal energy.
In EP 0 308 636 B1 wird ein Verfahren zur Angleichung der Teilströme in einem elektrolytischen Bad zur Verbesserung der Schichtdickenverteilung auf mehreren, an einem Warenträger befestigten Werkstücken beschrieben. Die Summe der Teilströme an den einzelnen Werkstücken stellt den Badstrom dar, der von einem Gleichrichter geliefert werden muß. Für diesen im Vergleich zu den Teil- strömen hohen Summenstrom müssen die elektrischen Leiter und Kontakte vom Gleichrichter bis zum Warenträger in ausreichender Größe dimensioniert sein. Um die Angleichung der Teilströme zu erreichen, wird in der Druckschrift vorgeschlagen, in jeden Teilstromkreis auf dem Warenträger passive, nicht einstellbare Vorwiderstände einzufügen. Diese Vorwiderstände wirken als Stromverteilungswiderstände, die den Teilstrom in jedes Werkstück einprägen sollen. Mit zunehmender Größe des Widerstandswertes jedes Vorwiderstandes nimmt die Einprägung der Teilströme zu. Eine vollständige Angleichung der Teilströme ist praktisch jedoch nicht realisierbar. Nachteilig ist auch in diesem Fall, daß mit zunehmendem Widerstandswert die aufzuwendende elektrische Energie zunimmt. Der elektrische Wirkungsgrad derartig ausgerüsteter Galvanisierzellen ist daher ebenfalls unbefriedigend.EP 0 308 636 B1 describes a method for equalizing the partial flows in an electrolytic bath to improve the layer thickness distribution on several workpieces attached to a product carrier. The sum of the partial flows on the individual workpieces represents the bath flow, which must be supplied by a rectifier. For this high total current compared to the partial currents, the electrical conductors and contacts from the rectifier to the goods carrier must be of sufficient size. In order to achieve the equalization of the partial currents, the document proposes to insert passive, non-adjustable series resistors into each partial circuit on the product carrier. These series resistors act as current distribution resistors, which are intended to impress the partial current in each workpiece. As the resistance value of each series resistor increases, the impressions of the partial currents increase. However, a complete adjustment of the partial flows is practically not possible. It is also disadvantageous in this case that the electrical energy to be used increases with increasing resistance value. The electrical efficiency of electroplating cells equipped in this way is therefore also unsatisfactory.
Große Verlustleistungen treten beispielsweise bei der Chromabscheidung auf. Hier wird mit Stromdichten in Höhe von bis zu 200 A/dm2 galvanisiert. Dies erfordert in der Praxis zum Beispiel Gleichrichternennströme von 10.000 A (Ampere) bei einer Klemmenspannung am Gleichrichter von 10 V (Volt). Für diesen Summenstrom sind alle elektrischen Leiter und Stromkontakte einschließlich die des Warenträgers ausreichend groß zu dimensionieren. Der Aufwand für die elektrischen Leiter und Warenträger, die üblicherweise aus Kupfer bestehen, und für die Transportmittel, die die schweren Warenträger durch die Galvanisieranlage transportieren, ist entsprechend groß.Large power losses occur, for example, in the chrome deposition. Here, galvanization is carried out with current densities of up to 200 A / dm 2 . In practice, this requires, for example, nominal rectifier currents of 10,000 A (amperes) with a terminal voltage at the rectifier of 10 V (volts). For this total current, all electrical conductors and current contacts, including those of the goods carrier, must be dimensioned sufficiently large. The The effort for the electrical conductors and goods carriers, which usually consist of copper, and for the means of transport that transport the heavy goods carriers through the electroplating system is correspondingly great.
Als Beispiel für die Verchromung wird das Galvanisieren von zylindrischen Kolbenstangen für Stoßdämpfer genannt. Die aufzubringende Hartchromschicht erfordert je Stange einen Galvanisierstrom in Höhe von 800 A bei etwa 7 V Zellspannung. Befinden sich 10 Stangen auf einem Warenträger, so müssen der Gleichrichter und alle Stromleiter des Bades für eine Stromführung von mindestens 8000 A dimensioniert sein. Die Gleichrichterverlustleistung und die elektrische Verlustleistung in den Leitern beträgt bei 8000 A etwa 24 kW. Die Verlustleistung läßt sich aus den Erfahrungswerten von der galvanotechnischen Badstromversorgung berechnen. Mit guter Näherung kann angenommen werden, daß im Gleichrichter Energieverluste auftreten, die sich aus einem inneren Spannungsabfall von 2 V, multipliziert mit dem Gleichrichterausgangsstrom ergeben. Die Stromleiter werden so dimensioniert, daß bei Gleichrichternennstrom etwa 1 V Spannungsabfall an ihnen auftritt. Dies führt zu der oben genannten Verlustleistung von 2V x 8000 A = 16 kW für den Gleichrichter und 1 V x 8000 A = 8 kW für die Leiter. Dieser Leistung steht die Leistung der elek- trolytischen Zelle gegenüber. Sie beträgt 7 V x 8000 A = 56 kW. Der elektrische Wirkungsgrad dieser Badstromversorgung liegt somit beiAn example of chrome plating is the galvanizing of cylindrical piston rods for shock absorbers. The hard chrome layer to be applied requires a plating current of 800 A per bar at a cell voltage of about 7 V per rod. If there are 10 bars on a product carrier, the rectifier and all current conductors of the bath must be dimensioned for a current supply of at least 8000 A. The rectifier power loss and the electrical power loss in the conductors is around 24 kW at 8000 A. The power loss can be calculated from the empirical values from the electroplating bath power supply. With good approximation it can be assumed that energy losses occur in the rectifier, which result from an internal voltage drop of 2 V multiplied by the rectifier output current. The current conductors are dimensioned so that about 1 V voltage drop occurs across them at nominal rectifier current. This leads to the above-mentioned power loss of 2V x 8000 A = 16 kW for the rectifier and 1 V x 8000 A = 8 kW for the conductors. This performance contrasts with the performance of the electrolytic cell. It is 7 V x 8000 A = 56 kW. The electrical efficiency of this bath power supply is therefore included
56 kW/(24 kW + 56 kW)- 100 = 70 Prozent.56 kW / (24 kW + 56 kW) - 100 = 70 percent.
Bei vier Bädern einer derartigen Galvanisieranlage beträgt die Gesamtverlustleistung 96 kW. Diese Verluste beinhalten noch nicht die zusätzlichen Verluste, die gemäß der beiden genannten Druckschriften an den zusätzlichen Stromverteilungswiderständen auftreten würden. Zumindest für hohe Galvanisierströme scheiden diese vorgeschlagenen Lösungen zur präzisen Galvanisierung von Werkstücken daher aus. Zu erwähnen ist auch, daß die Übertragung derart hoher Ströme auf einen Warenträger aufwendige Klemmkontaktierungen und/oder eine zusätzliche Wasserkühlung der Kontakte erfordert. Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, mit denen eine gleichmäßige Elektrolysestromversorgung, insbesondere Galvanisierstromversorgung, für jedes Werkstück oder für jedes Elektrolysiergestell auf einem Warenträger zu ermöglichen, wobei möglichst niedrige Energieverluste hinzunehmen sind und die Anlagenausrüstung möglichst einfach ausgebildet sein soll.With four baths of such an electroplating system, the total power loss is 96 kW. These losses do not yet include the additional losses that would occur on the additional power distribution resistors according to the two documents mentioned. Therefore, at least for high electroplating currents, these proposed solutions for the precise electroplating of workpieces are ruled out. It should also be mentioned that the transmission of such high currents to a product carrier requires complex clamp contacts and / or additional water cooling of the contacts. The invention is therefore based on the problem of avoiding the disadvantages of the known devices and methods and, in particular, of finding a method and a device with which a uniform electrolysis power supply, in particular galvanizing power supply, can be made possible for each workpiece or for each electrolysis frame on a goods carrier, the lowest possible energy losses must be accepted and the system equipment should be designed as simply as possible.
Das Problem wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Ver- fahren gemäß Anspruch 11.The problem is solved by the device according to claim 1 and the method according to claim 11.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum energiesparenden gleichzeitigen elektrolytischen Behandeln, insbesondere Galvanisieren, mehrerer als Elektroden geschalteter Werkstücke mit jeweils gleichem Elektrolysestrom. Die Vor- richtung weistThe device according to the invention is used for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment, in particular electroplating, of several workpieces connected as electrodes, each with the same electrolysis current. The device points
a. mindestens zwei elektrolytische Teilzellen in einem Badbehälter und b. mindestens eine Stromquelle zum Speisen der Teilzelien mit Elektrolysestrom auf.a. at least two electrolytic sub-cells in a bath tank and b. at least one power source for feeding the partial cells with electrolysis current.
Die Teilzellen weisen wiederumThe sub-cells in turn point
i. zur elektrischen Kontaktierung dienende Halterungen und daran gehaltene Werkstücke sowie ii. mindestens je eine Gegenelektrode auf.i. Brackets used for electrical contacting and workpieces held thereon, and ii. at least one counter electrode each.
Beim Galvanisieren der Werkstücke werden die Werkstücke als Kathoden und die Gegenelektroden als Anoden geschaltet; beim elektrolytischen Ät- zen/Entmetallsieren werden die Werkstücke als Anoden und die Gegenelek- troden als Kathoden geschaltet.When the workpieces are galvanized, the workpieces are switched as cathodes and the counter electrodes as anodes; in electrolytic etching / demetallizing, the workpieces are switched as anodes and the counter electrodes as cathodes.
Erfindungsgemäß werden die einzelnen Teilzellen elektrisch in Serie geschaltet. Nachfolgend wird ausschließlich der Anwendungsfall der Galvanisierung von Werkstücken betrachtet. Selbstverständlich können die angegebenen Ausführungsformen und Beispiele auch auf das elektrolytische Ätzverfahren übertragen werden, indem die Polung der Elektroden und der Werkstücke vertauscht sind.According to the invention, the individual sub-cells are electrically connected in series. In the following, only the application of galvanizing workpieces is considered. Of course, the specified embodiments and examples can also be transferred to the electrolytic etching process by interchanging the polarity of the electrodes and the workpieces.
Durch die Serienschaltung der einzelnen Teilzellen ist gewährleistet, daß die einzelnen, jeweils in einer Teilzelle untergebrachten Werkstücke bzw. Galvanisiergestelle automatisch von demselben Galvanisierstrom durchflössen werden. Falls sich beispielsweise an einer der Kontaktierungsstellen für eines der Werkstücke ein höherer Übergangswiderstand ausbildet, bestimmt dieser Widerstand den Galvanisierstrom in allen Teilzellen. Unter diesen Umständen fließt entweder ein geringerer Gaivanisierstrom durch alle Teilzellen, so daß die Galvanisierdauer insgesamt erhöht werden muß, um eine gewünschte Schicht- stärke an allen Werkstücken zu erreichen, oder die Galvanisierspannung wird erhöht, um einen konstanten Gaivanisierstrom zu erreichen. Die letztgenannte Verfahrensweise wird üblicherweise angewandt, indem vorzugsweise mit einer Konstant-Stromregelung gearbeitet wird und damit ein konstanter Gaivanisierstrom an den als Stromquelle eingesetzten Gleichrichtern erzeugt wird, der durch alle Teilzellen fließt.The series connection of the individual sub-cells ensures that the same workpieces or electroplating frames, each accommodated in a subcell, are automatically flowed through by the same electroplating current. If, for example, a higher contact resistance forms at one of the contact points for one of the workpieces, this resistance determines the electroplating current in all sub-cells. Under these circumstances, either a lower galvanizing current flows through all sub-cells, so that the total galvanizing time must be increased in order to achieve a desired layer thickness on all workpieces, or the galvanizing voltage is increased in order to achieve a constant galvanizing current. The latter procedure is usually used by preferably working with a constant current control and thus generating a constant gating current at the rectifiers used as the current source, which flows through all sub-cells.
Die Vorrichtung und das Verfahren gewährleisten daher eine Abstimmung der Teilströme an den einzelnen Werkstücken auf exakt denselben Wert. Bereits von daher sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren gegen- über den vorgenannten bekannten Vorrichtungen und Verfahren nach demThe device and the method therefore ensure that the partial flows on the individual workpieces are matched to exactly the same value. The device according to the invention and the method are therefore already compared to the aforementioned known devices and methods according to the
Stand der Technik vorzuziehen. Bei diesen gelingt die Angleichung nur annähernd, da erst mit Erhöhung des Vorwiderstandes eine zunehmende Vergleichmäßigung der Teilströme erreicht wird, wobei die Teilströme nie exakt gleich groß werden können, weil die Widerstände der elektrolytischen Teilzellen je- weils einen unterschiedlichen Beitrag zum gesamten Widerstand jeder einzelnen Teilzelle liefern.Prefer state of the art. With these, the approximation is only approximate, since the partial currents can only be made more uniform as the series resistor is increased, whereby the partial currents can never be exactly the same size, because the resistances of the electrolytic partial cells each make a different contribution to the total resistance of each individual partial cell deliver.
Außerdem bietet die Erfindung den weiteren Vorteil, daß die Vergleichmäßi- gung der Schichtdicke der abgeschiedenen Metallschicht nicht mit einem verringerten Wirkungsgrad bei der Metallabscheidung einhergeht wie bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren. Während bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen erst durch Verwendung der Vorwiderstände eine annähern- de Vergleichmäßigung der Teilströme ermöglicht wird, die Vorwiderstände jedoch gerade zusätzliche Stromverbraucher darstellen, durch die der Wirkungsgrad bei der Galvanisierung erniedrigt wird, sind derartige Verbraucher beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.The invention also has the further advantage that the uniformity Gung the layer thickness of the deposited metal layer does not go hand in hand with a reduced efficiency in metal deposition as in the known devices and methods. While in the known methods and devices an approximate equalization of the partial currents is only made possible by using the series resistors, but the series resistors represent additional current consumers, by means of which the efficiency in the galvanization is reduced, such consumers are not required in the method according to the invention.
Darüber hinaus können die Stromzuführungen zu den Anoden und Kathoden weniger aufwendig ausgelegt werden. Alle elektrischen Leiter sind nur so groß zu dimensionieren, daß ein Strom fließen kann, der dem Stromfluß für ein Werkstück entspricht. Die Kabel und Leiter haben hierfür einen vergleichsweise kleinen Querschnitt und ein entsprechend geringeres Gewicht. Der elektrische Wirkungsgrad eines Gleichrichters mit gleicher Leistung ist bei großer Nennspannung und kleinem Nennstrom wesentlich größer als bei den üblichen Galvanogleichrichtern mit kleiner Nennspannung und großem Nennstrom.In addition, the power supply lines to the anodes and cathodes can be designed to be less complex. All electrical conductors should only be dimensioned so large that a current can flow that corresponds to the current flow for a workpiece. For this purpose, the cables and conductors have a comparatively small cross section and a correspondingly lower weight. The electrical efficiency of a rectifier with the same power is much higher with a large nominal voltage and a small nominal current than with conventional galvanic rectifiers with a small nominal voltage and a large nominal current.
Das eingangs erwähnte Beispiel für zylindrische Kolbenstangen soll hier als Vergleich herangezogen werden: Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird jeder Warenträger seriell mit einem Strom von 800 A gespeist. Die Summe der Zellspannungen beträgt 10 x 7 V = 70 V, zuzüglich eines Spannungsabfalles an Verlustwiderständen an Leitungen und Kontakten in Höhe von 2 V. Die Gleichrichterverlust- leistung beträgt 2 V x 800 A = 1 ,6 kW. Die Leiter- und Kontaktverluste betragen 2 V x 800 A = 1 ,6 kW. Somit beträgt die Gesamtverlustleistung 3,2 kW und der Wirkungsgrad 94,5 Prozent. Bei vier Bädern beträgt die Gesamtverlustleistung nur noch 12,8 kW, was im Vergleich zum Stand der Technik einen Gewinn von 83,2 kW darstellt. Die Einsparungen, die sich durch den Transport der wesent- lieh leichteren Warenträger ergeben, sind hier noch nicht eingerechnet.The example of cylindrical piston rods mentioned at the outset is to be used here as a comparison: when carrying out the method according to the invention with the device according to the invention, each product carrier is fed in series with a current of 800 A. The sum of the cell voltages is 10 x 7 V = 70 V, plus a voltage drop at loss resistances on lines and contacts of 2 V. The rectifier power loss is 2 V x 800 A = 1.6 kW. The conductor and contact losses are 2 V x 800 A = 1.6 kW. The total power loss is 3.2 kW and the efficiency is 94.5 percent. With four bathrooms, the total power loss is only 12.8 kW, which is a gain of 83.2 kW compared to the prior art. The savings that result from the transportation of the much lighter goods carriers are not included here.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Investitionskosten für Gleichrichter für niedrigen Nennstrom und hohe Nennspannung deutlich gerin- ger sind als für Gleichrichter für hohen Nennstrom und niedrige Nennspannung mit gleicher Leistung, denn auch die Gleichrichterdioden und die Stromleiter des Gleichrichters sind bei hoher Spannung nur für den geringen Strom zu dimensionieren.Another advantage of the invention is that the investment costs for rectifiers for low rated current and high rated voltage are significantly lower are higher than for rectifiers for high nominal current and low nominal voltage with the same power, because the rectifier diodes and the current conductors of the rectifier can only be dimensioned for the low current at high voltage.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Gemäß der Erfindung sind die Anoden jeder Teilzelle mit den Halterungen für die Werkstücke und damit mit den Werkstücken jeweils einer benachbarten Teilzelle elektrisch verbunden. Die nicht mit Halterungen und den daran befestigten Werkstücken verbundenen Anoden und die nicht mit Anoden verbundenen Halterungen und den zugehörigen WerkstücKen sind jeweils mit einem Pol der Stromquellen verbunden, so daß ein geschlossener Stromkreis ent- steht. Bei zwei Teilzeiten ist die Anode der ersten Teilzelle mit dem Werkstück der zweiten Teilzelle verbunden. Die Anode der zweiten Teilzelle ist mit dem einen Pol und das Werkstück der ersten Teilzelle mit dem anderen Pol der Stromquelle, beispielsweise eines Gleichrichters, verbunden.According to the invention, the anodes of each subcell are electrically connected to the holders for the workpieces and thus to the workpieces of an adjacent subcell. The anodes not connected to holders and the workpieces attached to them and the holders not connected to anodes and the associated workpieces are each connected to one pole of the current sources, so that a closed circuit is created. In the case of two partial times, the anode of the first partial cell is connected to the workpiece of the second partial cell. The anode of the second sub-cell is connected to one pole and the workpiece of the first sub-cell to the other pole of the current source, for example a rectifier.
Vorzugsweise sind die Werkstücke über die Halterungen an Warenträgern befestigt und dabei gegenüber den Warenträgern elektrisch isoliert. Die Warenträger dienen zum Transport der Werkstücke von einem Behandlungsbad einer Tauchbadgalvanisieranlage zum nächsten. Die Warenträger werden dabei mittels geeigneter Transporteinrichtungen von Bad zu Bad transportiert. Um eine elektrische Isolierung der Halterungen und der Werkstücke gegeneinander zu gewährleisten, ist es besonders günstig, die Warenträger aus einem elektrisch nichtleitenden Material herzustellen.The workpieces are preferably fastened to goods carriers via the brackets and are electrically insulated from the goods carriers. The product carriers are used to transport the workpieces from one treatment bath to one plating bath electroplating system to the next. The goods carriers are transported from bath to bath by means of suitable transport devices. In order to ensure electrical insulation of the holders and the workpieces from one another, it is particularly expedient to produce the goods carriers from an electrically non-conductive material.
In einer ersten grundlegenden Schaltungsanordnung der Erfindung sind zur Kontaktierung der Anoden in den einzelnen Teilzellen an den Anoden nach oben ragende, stabförmige, mit den Anoden elektrisch verbundene Anodenleiter sowie an den Warenträgern befestigte und gegenüber diesen elektrisch isolierte Kontaktbuchsen angeordnet, die zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zu den Anodenleitern dienen. Die Kontaktbuchsen sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie beim Aufsetzen der Warenträger auf die Badbehälter mit den Anodenleitern in elektrischen Eingriff kommen, oder daß fremdbetätigte Schalteinrichtungen an den Kontaktbuchsen vorgesehen sind, über die ein elektrischer Kontakt mit den Anodenleitern hergestellt wird.In a first basic circuit arrangement of the invention, for contacting the anodes in the individual sub-cells, rod-shaped anode conductors which project upwards from the anodes and are electrically connected to the anodes and are attached to the product carriers and are electrically insulated from them, which are used to produce an electrical Serve contact to the anode conductors. The contact sockets are designed and arranged so that they come into electrical engagement with the anode conductors when the product carrier is placed on the bath container, or that externally actuated switching devices are provided on the contact sockets, via which electrical contact is made with the anode conductors.
In der genannten Schaltungsanordnung wird der Gaivanisierstrom von einem Pol der Stromquelle über elektrische Verbindungen an einseitig oder beidseitig an den Warenträgern angeordneten Warenträgeraufnahmen, beispielsweise Kontaktpaaren, zu ebenfalls an den Warenträgern angeordneten und mit den Werkstücken in einer ersten elektrolytischen Teilzelle in elektrischem Kontakt stehenden Strombrücken und von dort zu den Werkstücken in der ersten Teilzelle geleitet. Der Strom fließt dann von den Werkstücken durch die Galvanisierflüssigkeit und zu den Anoden. Von dort gelangt der Strom auf die Anoden- leiter und über diese zu den Kontaktbuchsen, wenn der Warenträger auf dem Badbehälter aufgesetzt wurde.In the circuit arrangement mentioned, the Gaivanisierstrom is from a pole of the power source via electrical connections on goods carrier receptacles arranged on one or both sides on the goods carriers, for example contact pairs, also arranged on the goods carriers and in electrical contact with the workpieces in a first electrolytic subcell and from there to the workpieces in the first subcell. The current then flows from the workpieces through the electroplating liquid and to the anodes. From there, the current reaches the anode conductors and via them to the contact sockets when the product carrier has been placed on the bath container.
Der Gaivanisierstrom wird anschließend nacheinander durch die einzelnen Teilzellen über weitere Strombrücken geleitet, die als individuelle elektrische Verbindungen über von den Warenträgern isolierte Stromleiter die Anoden jeder Teilzelle mit den Werkstücken der jeweils benachbarten Teilzelle elektrisch verbinden. Die Strombrücken sind mit den Halterungen jeweils fest verbunden. Schließlich wird der Gaivanisierstrom von den Anoden in einer letzten Teilzelle über weitere Kontaktbuchsen und anschließend über Strombrücken und über an den Warenträgeraufnahmen angeordnete weitere elektrische Verbindungen zum anderen Pol der Stromquelle zurückgeleitet. Damit ist der Stromkreis geschlossen. Die einzelnen Teilzellen sind elektrisch in Serie geschaltet.The Gaivanisierstrom is then passed in succession through the individual sub-cells via further current bridges which, as individual electrical connections via current conductors insulated from the product carriers, electrically connect the anodes of each sub-cell to the workpieces of the adjacent sub-cell. The current bridges are firmly connected to the brackets. Finally, the Gaivanisierstrom is returned from the anodes in a last sub-cell via further contact sockets and then via current bridges and via further electrical connections arranged on the goods carrier receptacles to the other pole of the current source. The circuit is now closed. The individual sub-cells are electrically connected in series.
Jede einer Anode einer Teilzelle zugeordnete Kontaktbuchse an einem Waren- träger ist jeweils mit den Halterungen einer benachbarten Teilzelle über Strombrücken elektrisch fest verbunden. Die nicht mit Kontaktbuchsen elektrisch verbundenen Halterungen der ersten Teilzelle sind mit dem elektrischen Kontakt eines Kontaktpaares am Warenträger über Strombrücken elektrisch verbunden, wobei diesem elektrischen Kontakt ein mit einem Pol der Stromquelle elektrisch verbundenes Gegenkontaktelement des Kontaktpaares am Badbehälter so zugeordnet ist, daß die Halterungen der ersten Teilzelle beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter mit diesem Pol der Stromquelle elektrisch verbunden bzw. beim Abheben vom Badbehälter von diesem wieder getrennt werden.Each contact socket on an article carrier assigned to an anode of a partial cell is in each case electrically fixedly connected to the holders of an adjacent partial cell via current bridges. The holders of the first subcell, which are not electrically connected to contact sockets, are electrically connected to the electrical contact of a pair of contacts on the goods carrier via current bridges. this electrical contact is associated with a pole of the power source electrically connected mating contact element of the contact pair on the bath container so that the brackets of the first sub-cell are electrically connected to this pole of the power source when the product carrier is placed on the bath container or when it is lifted from the bath container again be separated.
Die nicht mit Halterungen elektrisch verbundenen Anodenleiter der Anoden in der letzten Teilzelle auf der anderen Seite der Teilzellenreihe sind mit dem an- deren Pol der Stromquelle direkt verbunden. Alternativ können diesen Anodenleitern auch wiederum Kontaktbuchsen am Warenträger zugeordnet sein, die mit einem elektrischen Kontakt eines anderen Kontaktpaares am Warenträger elektrisch verbunden sind, wobei diesem elektrischen Kontakt ein mit dem zweiten Pol der Stromquelle elektrisch verbundenes Gegenkontaktelement des Kontaktpaares am Badbehälter so zugeordnet ist, daß die Anodenleiter der letzten Teilzelle beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter mit diesem zweiten Pol der Stromquelle elektrisch verbunden bzw. beim Abheben vom Badbehälter von dieser wieder getrennt werden.The anode conductors of the anodes in the last sub-cell on the other side of the row of sub-cells that are not electrically connected to brackets are directly connected to the other pole of the current source. Alternatively, these anode conductors can in turn also be assigned contact sockets on the product carrier, which are electrically connected to an electrical contact of another pair of contacts on the product carrier, this electrical contact being assigned a counter-contact element of the contact pair on the bath container that is electrically connected to the second pole of the power source so that the Anode conductors of the last subcell are electrically connected to this second pole of the power source when the product carrier is placed on the bath container or are separated from it again when it is lifted off the bath container.
In einer zweiten grundlegenden Schaltungsanordnung sind an den Warenträgeraufnahmen elektrische Kontaktpaare angeordnet, die aus Kontaktelementen an den Warenträgern und entsprechenden Gegenkontaktelementen am Badbehälter bestehen. Ferner sind erste Stromleiter zwischen den Halterungen und diesen Kontaktelementen und zweite Stromleiter zwischen den Anoden und den Gegenkontaktelementen der Kontaktpaare sowie zwischen den Anoden einer der Teilzellen und der Stromquelle vorgesehen. Der erforderliche Stromkreis wird durch folgende Maßnahmen gebildet:In a second basic circuit arrangement, electrical contact pairs are arranged on the product carrier receptacles, which consist of contact elements on the product carriers and corresponding mating contact elements on the bath container. Furthermore, first current conductors are provided between the holders and these contact elements and second current conductors between the anodes and the counter-contact elements of the contact pairs and between the anodes of one of the sub-cells and the current source. The necessary circuit is formed by the following measures:
a. Herstellen von elektrischen Verbindungen von den Anoden jeder Teil- zelle zu den Halterungen jeweils benachbarter Teilzellen beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter über die genannten Kontaktpaare an den Warenträgeraufnahmen und die vorgenannten ersten und zweiten Stromleiter; b. Herstellen von elektrischen Verbindungen von den Halterungen einer ersten Teilzelle über einen ersten Stromleiter und eines der Kontaktpaare mit dem einen Pol der Stromquelle beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter; c. elektrisches Verbinden der Anoden einer letzten Teilzelle über einen zweiten Stromleiter mit dem anderen Pol der Stromquelle beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter.a. Establishing electrical connections from the anodes of each sub-cell to the holders of respectively adjacent sub-cells when the product carrier is placed on the bath container via the contact pairs on the product carrier receptacles and the aforementioned first and second current conductors; b. Establishing electrical connections from the holders of a first subcell via a first current conductor and one of the contact pairs to the one pole of the current source when the product carrier is placed on the bath container; c. electrical connection of the anodes of a last subcell via a second current conductor to the other pole of the current source when the product carrier is placed on the bath container.
Zur Ausführung dieser Variante wird Gaivanisierstrom von einem Pol der Stromquelle über einen der elektrisch voneinander isolierten, individuellen Wa- renträgerkontakte, einen der ersten Stromleiter und die Halterungen zu den Werkstücken in einer ersten Teilzelle geleitet. Von den Werkstücken in der ersten Teilzelle wird der Gaivanisierstrom über die Galvanisierflüssigkeit und die Anoden dieser ersten Teilzelle sowie über einen der zweiten Stromleiter zum nächsten Warenträgerkontakt geleitet. Danach fließt der Gaivanisierstrom über diesen Kontakt und über einen der ersten Stromleiter zu den Werkstücken in einer zweiten Teilzelle und von diesen Werkstücken über die Galvanisierflüssigkeit und die Anoden in dieser zweiten Teilzelle sowie über einen weiteren zweiten Stromleiter zu einem dritten Warenträgerkontakt. Von diesem dritten Kon- takt fließt der Strom in gleicher Weise über weitere erste Stromleiter zu weiteren Werkstücken in weiteren Teilzellen und von den Werkstücken in den weiteren Teilzeiten über die Galvanisierflüssigkeit und die Anoden der weiteren Teilzellen sowie über weitere zweite Stromleiter schließlich zurück zur Stromquelle. Damit ist auch in diesem Fall einer Serienschaltung der Stromkreis geschlos- sen.To carry out this variant, ganvanizing current is conducted from a pole of the current source via one of the individual, electrically isolated, individual carrier contacts, one of the first current conductors and the holders to the workpieces in a first subcell. The galvanizing current is conducted from the workpieces in the first partial cell via the electroplating liquid and the anodes of this first partial cell and via one of the second current conductors to the next product carrier contact. The galvanizing current then flows via this contact and via one of the first current conductors to the workpieces in a second subcell and from these workpieces via the electroplating liquid and the anodes in this second subcell and via a further second current conductor to a third product carrier contact. From this third contact, the current flows in the same way via further first current conductors to further workpieces in further partial cells and from the workpieces in the further partial times via the electroplating liquid and the anodes of the further partial cells and via further second current conductors finally back to the current source. In this case, too, the circuit is closed in a series connection.
Beim Aufsetzen der Warenträger auf die Badbehälter werden die Warenträger- kontakte geschlossen und beim Abheben der Warenträger vom Badbehälter wieder geöffnet.When the product carrier is placed on the bath container, the product carrier contacts are closed and opened when the product carrier is lifted from the bathroom container.
Beim Absetzen der Warenträger auf dem Badbehälter werden die elektrischen Verbindungen zwischen den mit den Anoden in elektrischem Kontakt stehenden stabförmigen Anodenleitern und den Werkstücken hergestellt, indem der Strom über die Strombrücken zu den Kontaktbuchsen am Warenträger fließt und indem die Kontaktbuchsen an den Warenträgem Einweisetrichter aufweisen, in die die Anodenleiter beim Absenken der Warenträger eingewiesen werden und in Eingriff kommen. Alternativ können die Verbindungen zwischen den Anodenleitern und den Kontaktbuchsen auch durch fremdbetätigte Schalteinrichtungen an den Kontaktbuchsen hergestellt oder getrennt werden.When the product carrier is placed on the bath container, the electrical connections between the rod-shaped anode conductors which are in electrical contact with the anodes and the workpieces are produced by the Current flows over the current bridges to the contact sockets on the goods carrier and in that the contact sockets on the goods carriers have insertion funnels into which the anode conductors are instructed and come into engagement when the goods carriers are lowered. Alternatively, the connections between the anode conductors and the contact sockets can also be established or separated by externally operated switching devices on the contact sockets.
In einer bevorzugten Ausführungsform können an einem Warenträger auch mehrere unabhängige Galvanisierstromkreise vorgesehen sein und diesen einzelnen Stromkreisen jeweils mindestens eine Stromquelle zugeordnet werden. Diese Ausführungsform ist sowohl für die erste Schaltungsanordnung als auch die zweite Schaltungsanordnung geeignet.In a preferred embodiment, a plurality of independent electroplating circuits can also be provided on a product carrier and at least one current source can be assigned to each of these circuits. This embodiment is suitable for both the first circuit arrangement and the second circuit arrangement.
Mit dieser Trennung mehrerer Kreise voneinander ergibt sich eine größere Fle- xibilität bei der Produktion der beschichteten Werkstücke. Zum einen ist es nicht erforderlich wie bei Verwendung nur eines Stromkreises, daß immer der gesamte Warenträger mit Werkstücken beschickt werden muß. Außerdem können Werkstücke in den einzelnen Stromkreisen auch unter Einsatz unterschiedlicher Galvanisierströme metallisiert werden.This separation of several circles from one another results in greater flexibility in the production of the coated workpieces. On the one hand, it is not necessary, as when using only one circuit, that the entire goods carrier must always be loaded with workpieces. Workpieces in the individual circuits can also be metallized using different electroplating currents.
Vorzugsweise sind elektrische Anodenisolierungen im Badbehälter vorgesehen, durch die jede Anode innerhalb des Badbehälters von den anderen Anoden so getrennt wird, daß kein Gaivanisierstrom direkt von Anode zu Anode fließen kann.Electrical anode insulations are preferably provided in the bath container, by means of which each anode within the bath container is separated from the other anodes in such a way that no galvanizing current can flow directly from anode to anode.
In den Anodenisolierungen sollten Öffnungen enthalten sein, so daß Elektrolytflüssigkeit und/oder über eine Lufteinblasung in die Elektrolytflüssigkeit eingelei tete Luft durch diese Öffnungen zwischen den Teilzeiten ausgetauscht werden kann. Allerdings ist es vorteilhaft, wenn Elektrolytflüssigkeit und/oder Luft zwi- sehen den Teilzellen nur dann ausgetauscht wird, wenn kein Gaivanisierstrom fließt.Openings should be contained in the anode insulation so that electrolyte fluid and / or air introduced into the electrolyte fluid via an air injection can be exchanged through these openings between the part-times. However, it is advantageous if electrolyte liquid and / or air is only exchanged between the sub-cells if no gaiting current flows.
Zur Filtration der Flüssigkeit und zur Ergänzung von Badbestandteilen sind mindestens ein Elektrolyteinleitrohr bzw. zur verbesserten Durchmischung der Elektrolytflüssigkeit mindestens ein Lufteinblasrohr im Badbehälter vorgesehen, wobei die Einleitrohre und die Einblasrohre Öffnungen aufweisen, aus denen Galvanisierflüssigkeit bzw. Luft ausströmen und in die Teilzellen einströmen kann.For filtration of the liquid and to supplement bath components At least one electrolyte inlet tube or at least one air inlet tube in the bath tank is provided for improved mixing of the electrolyte liquid, the inlet tubes and the inlet tubes having openings from which electroplating liquid or air can flow out and flow into the sub-cells.
Da die Klemmenspannung an den Stromquellen und in den stromführenden Leitungen sehr viel höher ist als bei herkömmlichen Anlagen und in der Regel so hoch sein wird, daß geeignete Vorsichtsmaßnahmen gegen Unfälle und unsachgemäße Handhabung ergriffen werden müssen, sind vorzugsweise Per- sonenschutzisolierungen und/oder Verkleidungen der stromführenden Teile der Galvanisieranlage vorzusehen.Since the terminal voltage at the power sources and in the current-carrying lines is much higher than with conventional systems and will usually be so high that suitable precautionary measures against accidents and improper handling must be taken, personal protective insulation and / or cladding are preferred provide live parts of the electroplating system.
Wird das Verfahren mit der bevorzugten Verfahrensweise einer Konstant- Stromregelung der Stromquellen durchgeführt, kann die Messung der Klemmenspannungen an den Stromquellen zur Funktionskontrolle der einzelnen Teilzellen herangezogen werden. Beim Überschreiten eines bestimmten Wertes für die Klemmenspannung an der Stromquelle, die einen Anstieg eines Übergangswiderstandes oder eines anderen Defektes in der Anlage anzeigt, können geeignete Maßnahmen zur Behebung des Mangels ergriffen werden.If the method is carried out with the preferred method of constant current control of the current sources, the measurement of the terminal voltages at the current sources can be used to check the function of the individual sub-cells. If a certain value for the terminal voltage at the current source, which indicates an increase in a contact resistance or another defect in the system, is exceeded, suitable measures can be taken to remedy the defect.
Mit der Vorrichtung und dem Verfahren können zum einen großflächige Einzelteile (Behandlungsgut) beschichtet werden, die an Galvanisiergestellen oder direkt an den Warenträgern befestigt und durch die Tauchbadgalvanisieranlage transportiert werden. Außerdem können als Werkstücke auch Galvanisiertrommeln mit schüttbarem Behandlungsgut eingesetzt werden.On the one hand, the device and the method can be used to coat large-scale individual parts (items to be treated) which are attached to electroplating frames or directly to the product carriers and transported through the immersion bath electroplating system. In addition, electroplating drums with pourable material can be used as workpieces.
Die vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf die Galvanisierung von Werkstücken. Selbstverständlich können die Vorrichtung und das Verfahren auch zum elektrolytischen Abtragen von Metall (Abätzen/Entme- tallsieren) von Werkstücken eingesetzt werden. In diesem Fall sind die Ausführungsformen und Beispiele sinngemäß abzuwandeln. Als Anoden können beim Galvanisierverfahren sowohl lösliche als auch unlösliche Anoden eingesetzt werden, oder es können einige Teiizellen mit löslichen und andere mit unlöslichen Anoden ausgerüstet werden.The above and following explanations relate to the galvanization of workpieces. Of course, the device and the method can also be used for the electrolytic removal of metal (etching / demetaling) from workpieces. In this case, the embodiments and examples are to be modified accordingly. Both soluble and insoluble anodes can be used as anodes in the electroplating process, or some partial cells can be equipped with soluble and others with insoluble anodes.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to Figures 1 and 2. Show it:
Figur 1 : einen schematischen Querschnitt durch ein Tauchbad mit mehreren Teilzellen in einer ersten Schaltungsanordnung; Figur 2: einen schematischen Querschnitt durch ein Tauchbad mit mehreren Teilzellen in einer zweiten Schaltungsanordnung.1 shows a schematic cross section through an immersion bath with a plurality of sub-cells in a first circuit arrangement; Figure 2 shows a schematic cross section through an immersion bath with several sub-cells in a second circuit arrangement.
In Figur 1 ist ein Badbehälter 1 im Querschnitt dargestellt. Der Badbehälter 1 kann aus Kunststoff oder aus isolierbeschichtetem Metall bestehen. In diesem Behälter befinden sich mehrere elektrolytische Teilzellen 2. Jede Teilzelle besteht aus einer Kathode 3, die vom Werkstück gebildet wird, und aus einer Anode 4. Die Werkstücke sind elektrisch isoliert am Warenträger befestigt. Bei den Anoden 4 kann es sich sowohl um lösliche als auch um unlösliche Anoden handeln. Die Anoden sind im Badbehälter 1 stationär angeordnet und zwar derart, daß sich in der elektrolytischen Teilzelle 2 zusammen mit dem in diese einzubringenden Werkstück der zum Galvanisieren erforderliche Anoden-Kathodenabstand ergibt.A bath container 1 is shown in cross section in FIG. The bath container 1 can consist of plastic or of insulating-coated metal. In this container there are several electrolytic partial cells 2. Each partial cell consists of a cathode 3, which is formed by the workpiece, and an anode 4. The workpieces are fastened to the product carrier in an electrically insulated manner. The anodes 4 can be both soluble and insoluble anodes. The anodes are arranged in a stationary manner in the bath container 1 in such a way that the anode-cathode spacing required for electroplating results in the electrolytic subcell 2 together with the workpiece to be inserted into it.
An den Anoden sind Anodenleiter 5 elektrisch leitend angebracht. Diese ragen mit ihrem oberen Ende, das z.B. als Kontaktstift ausgebildet ist, über den Elektrolytspiegel 6 soweit hinaus, daß eine elektrische Verbindung zu auf dem Warenträger 7 isoliert befestigten Kontaktbuchsen 8 hergestellt werden kann, wenn der Warenträger - wie hier gezeigt - auf den Warenträgeraufnahmen 15 am Badbehälter 1 abgesetzt ist.Anode conductors 5 are attached to the anodes in an electrically conductive manner. These protrude with their upper end, e.g. is designed as a contact pin, so far beyond the electrolyte mirror 6 that an electrical connection can be made to contact sockets 8 which are insulated on the goods carrier 7 when the goods carrier - as shown here - is placed on the goods carrier receptacles 15 on the bath container 1.
Jede Anode 4 einer Teilzelle 2 wird von den anderen Anoden mittels einer Anodenisolierung 9 im Elektrolyten elektrisch abgeschirmt. Die Anodenisolierung 9 besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff, der auch gegen einen chemischen Angriff des Elektrolyten resistent ist. In Figur 1 ist eine rohrförmige Anode 4 zur Galvanisierung von Werkstücken in Form von Stäben dargestellt. Der Stab befindet sich im Zentrum der zylindrischen Anode. Er wird von einer Zange 10 in der richtigen Position gehalten. Die elektrisch leitfähige Zange 10 dient zugleich zur Zuführung des Gaivanisierstromes auf den Stab. Die Zange ist ebenfalls am Warenträger 7 elektrisch isoliert befestigt.Each anode 4 of a subcell 2 is electrically shielded from the other anodes by means of anode insulation 9 in the electrolyte. The anode insulation 9 consists of an electrically non-conductive material, which also against one chemical attack of the electrolyte is resistant. 1 shows a tubular anode 4 for the galvanization of workpieces in the form of rods. The rod is in the center of the cylindrical anode. It is held in the correct position by pliers 10. The electrically conductive pliers 10 are also used to supply the Gaivanisierstromes to the rod. The pliers are also attached to the goods carrier 7 in an electrically insulated manner.
Zur Einleitung des Galvanisierstromes auf den Warenträger 7 ist ein Warenträgerkontakt 11 schematisch dargestellt, der ebenfalls elektrisch isoliert am Warenträger befestigt ist. Der Gegenkontakt 12 ist stationär am Rand des Badbehälters 1 angeordnet. Der Gleichrichter 13 dient zur Galvanisierstromversorgung. Der Minuspol des Gleichrichters ist mit dem Gegenkontakt 12 über den elektrischen Leiter 14 verbunden. In den Figuren sind alle elektrischen Leiter durch einfache Linien dargestellt. Hat ein Transportwagen einen Warenträger 7 auf den Warenträgeraufnahmen 15 eines Bades abgelegt, so wird der Gleichrichter 13 über den Gegenkontakt 12 und den Warenträgerkontakt 11 sowie über eine Strombrücke 16 elektrisch mit der ersten Kathode 3 auf dem Warenträger verbunden. Der Gleichrichter 13 bildet zusammen mit den elektrischen Leitern, Kontakten, elektrolytischen Teilzellen und deren Anschlüssen eine elektrische Serienschaltung. Bei eingeschaltetem Gleichrichter 13 fließt ein Gaivanisierstrom über das als Kathode 3 geschaltete Werkstück zur Anode 4 der Teiizelle 2. Von der Anode 4 fließt er über den Anodenleiter 5 mit dem Kontaktstift am oberen Ende des Anodenleiters in die Kontaktbuchse 8. Diese kann auch als ein mechanisch betätigter Schalter ausgebildet sein. Von dort wie- derholt sich der Stromfluß durch die nächste Teilzelle ebenso wie er vom Warenträgerkontakt 11 ausgehend beschrieben wurde. Vom letzten Anodenleiter des Bades fließt der serielle Gaivanisierstrom zum Gleichrichter 13 zurück.To initiate the electroplating current on the goods carrier 7, a goods carrier contact 11 is shown schematically, which is also attached to the goods carrier in an electrically insulated manner. The mating contact 12 is arranged stationary on the edge of the bath container 1. The rectifier 13 is used for the galvanizing power supply. The negative pole of the rectifier is connected to the counter contact 12 via the electrical conductor 14. In the figures, all electrical conductors are represented by simple lines. If a transport trolley has placed a goods carrier 7 on the goods carrier receptacles 15 of a bath, the rectifier 13 is electrically connected to the first cathode 3 on the goods carrier via the mating contact 12 and the goods carrier contact 11 and via a current bridge 16. The rectifier 13 forms, together with the electrical conductors, contacts, electrolytic sub-cells and their connections, an electrical series connection. When the rectifier 13 is switched on, a Gaivanisierstrom flows over the workpiece connected as cathode 3 to the anode 4 of the partial cell 2. From the anode 4, it flows via the anode conductor 5 with the contact pin at the upper end of the anode conductor into the contact socket 8. This can also be a mechanical actuated switch be formed. From there, the current flow repeats through the next sub-cell, just as it was described starting from the goods carrier contact 11. The serial galvanizing current flows back from the last anode conductor of the bath to the rectifier 13.
Weil der Anodenleiter 17 stationär ist, kann der Strom von diesem letzten Ano- denleiter direkt über einen elektrischen Leiter aus dem Bad geleitet und zum Gleichrichter 13 zurückgeführt werden. In der Figur 1 ist jedoch eine Realisierung mit einer weiteren Kontaktbuchse 8 und einem weiteren Kontaktpaar 18 dargestellt. In diesem Falle sind alle Teilzellen konstruktiv gleich ausgeführt. Der serielle Stromfluß einer Galvanisierstromversorgungsquelle setzt grundsätzlich voraus, daß alle Werkstücke am Warenträger beschickt sind.Because the anode conductor 17 is stationary, the current from this last anode conductor can be passed directly from the bath via an electrical conductor and returned to the rectifier 13. In FIG. 1, however, an implementation with a further contact socket 8 and a further contact pair 18 is shown. In this case, all sub-cells are structurally identical. The serial current flow of a galvanizing power supply basically requires that all workpieces on the goods carrier are loaded.
Weil der Gaivanisierstrom von einer elektrolytischen Teilzelle zur nächsten und somit durch alle Teilzellen fließt, sind alle Teilzellenströme exakt gleich groß. Damit ist auch die Menge des abgeschiedenen Metalls auf allen Werkstücken exakt gleich groß und zwar unabhängig davon, weiche Zellspannungen sich in den Teilzellen einstellen. Dies ergibt bei gleichen Werkstückoberfiächen auch gleiche Schichtdicken des abgeschiedenen Metalls.Because the Gaivanisierstrom flows from one electrolytic sub-cell to the next and thus through all sub-cells, all sub-cell currents are exactly the same size. This means that the amount of metal deposited on all workpieces is exactly the same, regardless of the soft cell voltages that occur in the sub-cells. With the same workpiece surfaces, this also results in the same layer thicknesses of the deposited metal.
Der Gaivanisierstrom wird von der Galvanisieranlagensteuerung für den Gleichrichter auf den für die Werkstücke erforderlichen Wert eingestellt und von einem Stromregler konstant gehalten. Bei dem beschriebenen seriellen Gaivani- sierstrom handelt es sich somit um einen Konstantstrom. Unregelmäßigkeiten in den Kontakten 8,11 ,12,18 und den Zangen 10 werden bis zum Erreichen der Nennspannung des Gleichrichters vollständig ausgeregelt. Ein ungewöhnliches Ansteigen der Klemmenspannung des Gleichrichters zum Treiben des seriellen Gaivanisierstromes ist ein Zeichen dafür, daß im Gesamtstromkreis mindestens ein wirksamer Widerstand fehlerhaft größer geworden ist. Damit ist erkennbar, daß eine Wartung erforderlich ist, noch bevor die Gleichrichternennspannung als höchstmögliche Klemmenspannung für eine fehlerfreie Produktion erreicht wird. Weil der serielle Gaivanisierstrom mit bekannten Mitteln der Elektrotechnik einfach regelbar und meßbar ist, ist eine sichere und exakte Galvanisier- Stromversorgung jedes einzelnen Werkstückes auf einem Warenträger gewährleistet. Zudem kann damit das gesamte Stromversorgungssystem dauernd vollständig überwacht werden.The galvanizing current is set by the galvanizing system control for the rectifier to the value required for the workpieces and kept constant by a current regulator. The serial galvanizing current described is therefore a constant current. Irregularities in the contacts 8, 11, 12, 18 and the pliers 10 are completely corrected until the nominal voltage of the rectifier is reached. An unusual increase in the terminal voltage of the rectifier for driving the serial Gaivanisierstromes is a sign that at least one effective resistor in the overall circuit has become incorrectly larger. This shows that maintenance is required even before the rectifier nominal voltage is reached as the highest possible terminal voltage for error-free production. Because the serial galvanizing current can be easily regulated and measured using known means of electrical engineering, a safe and precise galvanizing power supply for each individual workpiece on a product carrier is guaranteed. In addition, the entire power supply system can be continuously monitored completely.
Die Spannungen zwischen den Anoden und den Kathoden der in Serie ge- schalteten Teilzellen, d.h. die Zellspannungen, addieren sich zu den Spannungsabfällen an den seriell geschalteten Widerständen aller Kontakte und Stromleiter. Die Summe aller dieser Teilspannungen stellt die Klemmenspannung des Gleichrichters 13 dar. Die Nennspannung des Gleichrichters muß mindestens so groß sein wie dieser Summenspannungswert, da eine Regelreserve vorzusehen ist.The voltages between the anodes and the cathodes of the sub-cells connected in series, ie the cell voltages, add up to the voltage drops across the series-connected resistances of all contacts and current conductors. The sum of all these partial voltages represents the terminal voltage of the rectifier 13. The nominal voltage of the rectifier must be at least as large as this total voltage value, since a control reserve must be provided.
Bei einer großen Anzahl von Teilzellen und/oder bei hohen Zellspannungen erreicht die Gleichrichternennspannung eine Höhe, die Schutzmaßnahmen gegen das Berühren der stromführenden Teile durch das Personal erfordert. Es ist notwendig, ab etwa 50 V entsprechende Personenschutzisoiierungen oder Verkleidungen anzubringen. Zur Vermeidung von derart hohen Gleichrichterspannungen können alternativ mehrere serielle Stromkreise mit entsprechend vielen Gleichrichtern je Bad und Warenträger verwendet werden. Der geringste Aufwand zur Realisierung der Erfindung besteht allerdings darin, mit nur einem seriellen Stromkreis je Warenträger zu arbeiten. In diesem Falle ist nur ein Gleichrichter für alle Teilzellen des Bades erforderlich. Er ist lediglich so zu dimensionieren, daß der Strom für ein Werkstück fließen kann mit einer Gleich- richternennspannung, die der Anzahl der Teilzellen entspricht.With a large number of sub-cells and / or with high cell voltages, the nominal rectifier voltage reaches a level that requires protective measures against touching the live parts by the personnel. From around 50 V it is necessary to install appropriate personal protection or coverings. To avoid such high rectifier voltages, several serial circuits with a corresponding number of rectifiers per bath and product rack can alternatively be used. However, the least effort for realizing the invention is to work with only one serial circuit per product carrier. In this case, only one rectifier is required for all sub-cells of the bath. It is only to be dimensioned so that the current for a workpiece can flow with a rectifier nominal voltage that corresponds to the number of sub-cells.
Alle elektrolytischen Teilzellen befinden sich in einem gemeinsamen Elektrolyten. Durch die Serienschaltung der Teilzeiten tritt zwischen benachbarten Anoden ein Potential auf, das etwa so groß ist, wie die Anoden/Kathodenspannung einer Teilzelle. Dies bedeutet, daß auch von einer Anode zur anderen ein Gaivanisierstrom fließen kann. Die Anoden könnten an der Außenseite metallisiert werden. Zur Vermeidung dieser möglichen Metallisierung dienen die Anodenisolierungen 9. Sie schirmen eine Anode von der anderen elektrisch ab.All electrolytic sub-cells are in a common electrolyte. Through the series connection of the partial times, a potential occurs between adjacent anodes which is approximately as large as the anode / cathode voltage of a partial cell. This means that a Gaivanisierstrom can flow from one anode to another. The anodes could be metallized on the outside. Anode insulation 9 is used to avoid this possible metallization. They electrically shield one anode from the other.
Diese Anodenisolierungen 9 behindern jedoch den Elektrolytaustausch in den Teilzellen und gegebenenfalls auch eine Einblasung von Luft, die üblicherweise global in den Badbehälter eingelassen wird. Durch Öffnungen in den Anodenisolierungen und/oder durch Rohre 19,20 werden deshalb der erforderliche Elektrolytstrom und/oder die Luft in jeden Teilzellenraum eingebracht. Soll eine vollkommene elektrische Isolierung der Teilzeiten erreicht werden, so werden diese Öffnungen beim Galvanisieren geschlossen und bei jedem Warenträger- wechsel zum Elektrolytaustausch, d.h. bei stromloser Teilzelle, vorübergehend geöffnet. In den Beispielen der Figuren 1 und 2 wird in jede Teilzelle 2 über ein Elektrolyteinleitrohr 19, das unter den Teilzellen 2 mit Löchern versehen ist, von unten Elektrolytflüssigkeit eingeleitet.These anode insulations 9, however, hinder the electrolyte exchange in the sub-cells and possibly also the blowing in of air, which is usually let in globally into the bath tank. The required electrolyte flow and / or the air are therefore introduced into each partial cell space through openings in the anode insulation and / or through pipes 19, 20. If complete electrical insulation of the part-times is to be achieved, these openings are closed during electroplating and temporarily opened for each electrolyte exchange, ie when the sub-cell is de-energized. In the examples in FIGS. 1 and 2, 2 is inserted into each subcell Electrolyte inlet pipe 19, which is provided with holes under the sub-cells 2, introduced electrolyte liquid from below.
Ein Elektrolytüberlauf aus dem Bad und eine Kreislaufpumpe für Elektrolytfiüs- sigkeit sind in den Figuren nicht dargestellt. Ebenso ist ein Verdichter für die Lufteinblasung über das Lufteinblasrohr 20 nicht dargestellt. Dieses Rohr hat ebenfalls unter den Teilzellen Öffnungen zum Ausströmen der Luft. Die Luft dient zur Elektrolytbewegung. Es ist nicht erforderiich, daß die Rohre 19,20 von unten Elektrolyt bzw. Luft in die Teilzellen 2 einbringen. Es reicht aus, wenn sich die Rohre 19,20 in der Nähe der Teilzelten mit Öffnungen, die in Richtung dieser Teilzellen weisen, befinden.An electrolyte overflow from the bath and a circulation pump for electrolyte fluid are not shown in the figures. Likewise, a compressor for the air injection via the air injection tube 20 is not shown. This tube also has openings under the sub-cells for air to flow out. The air serves to move the electrolyte. It is not necessary for the tubes 19, 20 to introduce electrolyte or air into the sub-cells 2 from below. It is sufficient if the tubes 19, 20 are located in the vicinity of the sub-tents with openings which point in the direction of these sub-cells.
Der Warenträger 7 weist beidseitig Tragarme 21 auf. In diese Tragarme greift eine Transporteinrichtung ein, um den Warenträger 7 aus dem Bad senkrecht nach oben herauszuziehen und in ein weiteres Bad, z.B. ein Spülbad, zu transportieren. Der Warenträger selbst könnte in dem in Figur 1 gezeichneten Beispiel aus einem elektrischen Isolator, wie z.B. Keramik oder Kunststoff, bestehen. Vorzugsweise werden jedoch die Kontaktbuchsen 8 und die Zangen 10 elektrisch isoliert auf einem Warenträger aus Metall befestigt.The goods carrier 7 has support arms 21 on both sides. A transport device engages in these support arms in order to pull the goods carrier 7 vertically upwards out of the bath and into another bath, e.g. a rinsing bath to transport. In the example shown in FIG. 1, the product carrier itself could consist of an electrical insulator, such as e.g. Ceramic or plastic. However, the contact sockets 8 and the pliers 10 are preferably fastened in an electrically insulated manner to a metal goods carrier.
Die Kontaktbuchsen 8 haben an der Unterseite vorzugsweise einen Einweistrichter. Damit wird der obere Kontaktstift des Anodenleiters 5 beim Einsenken des Warenträgers in das Bad zur Kontaktierung sicher eingewiesen. Somit wird diese Kontaktierung selbsttätig hergestellt. Die hierfür erforderlichen Bewegun- gen und Kräfte werden aus den vorhandenen Abläufen des Warenträgers abgeleitet. Werden fremd betätigte Kontakte für diese elektrische Verbindung verwendet, so sind die hierzu erforderlichen Bewegungen und Kräfte über eine nicht dargestellte Mechanik und Steuerung aufzubringen. Die Kontakte 11 ,12 können durch einen metallischen Warenträger und durch die Warenträgerauf- nähme 15 ersetzt werden und zwar so, wie es von den Tauchbadgalvanisieranlagen her bekannt ist. Der metallische Warenträger 7 liegt dann über die als Kontakt dienende Aufnahme 15 an dem negativen Pol des Gleichrichters 13. Somit kann auch die zweite Warenträgeraufnahme 15 zur Übertragung des Stromes vom negativen Pol des Gleichrichters 13 auf den Warenträger 7 herangezogen werden. Dies entspricht einer beidseitigen Warenträgereinspeisung, die dann angewendet wird, wenn hohe Ströme über Warenträgeraufnahmen auf den Warenträger zu übertragen sind. In diesen Fällen kann auf das Kon- taktpaar 18 mit einander gegenüberliegenden Kontakten verzichtet werden. Wie oben beschrieben, wird der positive Gleichrichteranschluß dann mit dem letzten Anodenleiter 17 direkt verbunden.The contact sockets 8 preferably have an introduction funnel on the underside. Thus, the upper contact pin of the anode conductor 5 is safely instructed when contacting the product carrier into the bath. This contacting is thus established automatically. The movements and forces required for this are derived from the existing processes of the goods carrier. If externally actuated contacts are used for this electrical connection, the movements and forces required for this are to be applied using a mechanism and control (not shown). The contacts 11, 12 can be replaced by a metallic goods carrier and by the goods carrier receptacle 15, in such a way as is known from the plating bath electroplating systems. The metallic goods carrier 7 then lies on the negative pole of the rectifier 13 via the receptacle 15 serving as a contact. Thus, the second goods carrier receptacle 15 can also be used to transmit the Current from the negative pole of the rectifier 13 can be used on the goods carrier 7. This corresponds to a two-sided goods carrier feed-in, which is used when high currents are to be transmitted to the goods carrier via goods carrier receptacles. In these cases, the contact pair 18 with opposing contacts can be dispensed with. As described above, the positive rectifier terminal is then connected directly to the last anode conductor 17.
Eine weitere Schaltungsanordnung der Erfindung ist in Figur 2 gezeigt. Diese unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Figur 1 durch die Art der Stromübertragungen auf den Warenträger 7. Mit Ausnahme der Zange 10 sind sämtliche Kontakte außerhalb des Badbereiches angeordnet. Die elektrischen Anschlüsse zu den Anoden 4 werden stationär von jeαem Anodenleiter 5 direkt aus dem Badbehälter 1 heraus hergestellt. In Figur 2 sind als Beispiel zwei unabhängige serielle Stromkreise mit zwei Gleichrichtern 13' und 13" dargestellt. Dies ist jedoch für die Ausführung der Erfindung keine Bedingung. Unabhängige serielle Stromkreise auf einem Warenträger erlauben jedoch eine Teilbeschickung des Warenträgers. So ist es möglich, nur einen Stromkreis mit Werkstücken zu beschicken. Der andere Stromkreis oder die anderen Strom- kreise eines Warenträgers können in diesem Falle unbeschickt bleiben. AusAnother circuit arrangement of the invention is shown in FIG. This differs from the embodiment according to FIG. 1 by the type of current transfers to the goods carrier 7. With the exception of the pliers 10, all contacts are arranged outside the bathroom area. The electrical connections to the anodes 4 are made stationary from each anode conductor 5 directly from the bath container 1. In Figure 2 two independent serial circuits with two rectifiers 13 'and 13 "are shown as an example. However, this is not a condition for the implementation of the invention. Independent serial circuits on a product carrier, however, allow partial loading of the product carrier. So it is possible, only In this case, the other circuit or the other circuits of a product carrier can remain unloaded
Gründen der Wirtschaftlichkeit gilt grundsätzlich, daß mit nur einem Gleichrichter und mit möglichst vielen Teilzellen je Gleichrichter gearbeitet werden soll, da die Kosten zum Schutz vor zu hoher Berührungsspannung wesentlich niedriger sind als die Stromversorgungskosten bei hohen Gleichrichternennströmen.For reasons of economy, the principle is that only one rectifier and as many sub-cells as possible should be used for each rectifier, since the costs for protection against excessive contact voltage are significantly lower than the power supply costs for high rectifier currents.
Der Minuspol des Gleichrichters 13' speist das als Kathode 3 geschaltete Werkstück in der Teilzelle 2a über die Kontaktgruppen 22a. Der Anodenstrom der Teilzelle 2a wird über den Anodenleiter 5 und über die Kontaktgruppe 22b der Kathode der Teilzelle 2b zugeleitet. Der elektrische Anschluß der Leiter 24 an den Anodenleiter 5 ist in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit unten im Bad dargestellt. In der Praxis wird dieser Anschluß jedoch oberhalb des Elektrolytspiegels 6 realisiert, um Korrosion zu vermeiden. Von den Kontaktgruppen 22 zu den Zangen 10 sind ferner isolierte Leiter 23 gelegt, deren Querschnitt so dimensioniert ist, daß sie den kleinen seriellen Gaivanisierstrom führen können. Sie sind am Warenträger in geordneter Form befestigt. Der serielle Gaivanisierstrom des Gleichrichters 13' fließt danach nacheinander durch die elektrolytischen Teilzeiten 2a bis 2d. Vom Anodenleiter 5 der Teilzelle 2d gelangt der Strom zum Pluspol des Gleichrichters 13' zurück. In gleicher Weise ist auch der zweite serielle Galvanisierstromkreis des Gleichrichters 13" gebildet.The negative pole of the rectifier 13 'feeds the workpiece connected as the cathode 3 in the subcell 2a via the contact groups 22a. The anode current of sub-cell 2a is fed via anode conductor 5 and via contact group 22b to the cathode of sub-cell 2b. The electrical connection of the conductors 24 to the anode conductor 5 is shown in FIG. 2 in the bathroom for reasons of clarity. In practice, however, this connection is implemented above the electrolyte level 6 in order to avoid corrosion. Insulated conductors 23 are also laid from the contact groups 22 to the pliers 10, the cross-section of which is dimensioned such that they can carry the small serial Gaivanisierstrom. They are attached to the goods carrier in an orderly manner. The serial galvanizing current of the rectifier 13 'then flows successively through the partial electrolytic times 2a to 2d. The current returns from the anode conductor 5 of the subcell 2d to the positive pole of the rectifier 13 '. The second serial electroplating circuit of the rectifier 13 ″ is also formed in the same way.
Auch bei dieser Schaltungsanordnung treffen alle beschriebenen Vorteile derWith this circuit arrangement all described advantages of
Erfindung zu. Aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung sind die Kontaktgruppen 22 in den Figuren in Warenträger-Längsrichtung angeordnet. Sie lagern auf einer Konsole 25. In der Praxis werden diese Kontaktgruppen 22 jedoch zweckmäßigerweise in Transportrichtung angeordnet. Die Konsole 25 stellt den Rand des Badbehälters 1 dar.Invention too. For the sake of simplifying the drawing, the contact groups 22 in the figures are arranged in the longitudinal direction of the goods carrier. They are supported on a console 25. In practice, however, these contact groups 22 are expediently arranged in the transport direction. The console 25 represents the edge of the bath container 1.
Bei der Galvanisierstromversorgung gemäß Figur 1 muß der Warenträger mit Werkstücken vollständig bestückt sein. In der Ausführung gemäß Figur 2 ist dies für den erfindungsgemäßen seriellen Stromkreis nicht notwendig, wenn weitere elektrische Schalter eingefügt werden. Diese Schalter sind in den stationären elektrischen Leitungen 24 so angeordnet, daß sie die Teilzellen 2 elektrisch überbrücken, die mit keinem Werkstück beschickt worden sind. Die Schalter, wie z.B. elektrische Schütze, können durch Steuersignale betätigt werden, die von der Galvanisieranlagensteuerung gegeben werden.In the galvanizing power supply according to FIG. 1, the goods carrier must be fully equipped with workpieces. In the embodiment according to FIG. 2, this is not necessary for the serial circuit according to the invention if further electrical switches are inserted. These switches are arranged in the stationary electrical lines 24 so that they electrically bridge the sub-cells 2 that have not been loaded with a workpiece. The switches, e.g. electrical contactors, can be actuated by control signals given by the electroplating system control.
Die Erfindung läßt sich auch bei der elektrolytischen Behandlung von flachen Werkstücken wie Leiterplatten anwenden, bei denen eine sehr gleichmäßige Schichtdicke von Leiterplatte zu Leiterplatte und auch über die gesamte Oberfläche einer Leiterplatte gefordert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren werden auch bei der Galvanisierung von Schüttgut in Trommeln vorteilhaft angewendet. Wenn auf einem Trommelträger zwei Trommeln angeordnet sind, lassen sich diese im Sinne der Erfindung elektrisch in Serie schalten. Der serielle Gaivanisierstrom wird über die beiden Trommelträgerauf- nahmen durch die Trommein geleitet. Im elektrolytischen Bad werden zwei Teilzellen gebildet. Der Galvanogieichrichter ist in diesem Fall nur für den Strom einer Trommel, aber mit doppelter Spannung zu dimensionieren. Aus dieser Schaltung ergibt sich, daß der Gaivanisierstrom an beiden Trommeln exakt gleich groß ist.The invention can also be used in the electrolytic treatment of flat workpieces such as printed circuit boards, in which a very uniform layer thickness is required from printed circuit board to printed circuit board and also over the entire surface of a printed circuit board. The device and the method according to the invention are also advantageously used in the electroplating of bulk material in drums. If two drums are arranged on a drum carrier, these can be electrically connected in series for the purposes of the invention. The serial Gaivanisierstrom is on the two drum carrier took headed through the drum. Two sub-cells are formed in the electrolytic bath. In this case, the electroplating rectifier can only be dimensioned for the current of a drum, but with double voltage. This circuit shows that the Gaivanisierstrom is exactly the same size on both drums.
Alle offenbarten Merkmale sowie Kombinationen der offenbarten Merkmale sind Gegenstand dieser Erfindung, soweit diese nicht ausdrücklich als bekannt bezeichnet werden. All disclosed features and combinations of the disclosed features are the subject of this invention, unless they are expressly designated as known.
Bezugszeichenliste:Reference symbol list:
1 Badbehälter1 bath container
2 elektrolytische Teilzellen2 electrolytic sub-cells
3 Kathode (Werkstück)3 cathode (workpiece)
4 Anode (Gegeneiektrode)4 anode (counter electrode)
5 Anodenleiter mit Kontaktstift5 anode conductors with contact pin
6 Elektrolytspiegel6 electrolyte mirror
7 Warenträger7 product carriers
8 Kontaktbuchse8 contact socket
9 Anodenisolierung9 anode insulation
10 Zange10 pliers
11 Warenträgerkontakt11 Product carrier contact
12 Gegenkontakt12 counter contact
13 Stromquelle (Gleichrichter)13 current source (rectifier)
14 elektrischer Leiter14 electrical conductors
15 Warenträgeraufnahme15 goods carrier holder
16 Strombrücke16 power bridge
17 letzter Anodenleiter17 last anode conductor
18 Kontaktpaar18 contacts
19 Elektrolyteinleitrohr19 electrolyte inlet tube
20 Lufteinleitrohr20 air inlet pipe
21 Tragarm21 support arm
22 Kontaktgruppe22 contact group
23 isolierte Leiter am Warenträger23 insulated conductors on the goods carrier
24 isolierte Leiter am Bad24 insulated conductors at the bathroom
25 Konsole 25 console

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Vorrichtung zum energiesparenden gleichzeitigen elektrolytischen Behandeln mehrerer als Elektroden geschalteter Werkstücke mit jeweils gleichem Elek- trolysestrom mit1. Device for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment of several workpieces connected as electrodes, each with the same electrolysis current
a. mindestens einer Stromquelle und b. mindestens zwei elektrolytischen Teilzellen in einem Badbehälter, die i. zur elektrischen Kontaktierung dienende Halterungen für die Werkstücke sowie ii. mindestens je eine Gegenelektrode aufweisen,a. at least one power source and b. at least two electrolytic sub-cells in a bath tank, which i. Brackets for the workpieces used for electrical contacting and ii. each have at least one counter electrode,
dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilzellen (2) elektrisch in Serie geschaltet sind.characterized in that the individual sub-cells (2) are electrically connected in series.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden (4) jeder Teilzelle (2) mit den Halterungen (10) für die Werkstücke (3) jeweils einer benachbarten Teilzelle elektrisch verbunden sind und die nicht mit Halterungen verbundenen Gegenelektroden und die nicht mit Gegenelektroden verbundenen Halterungen jeweils mit einem Pol der Stromquellen (13) verbunden sind, so daß ein geschlossener Stromkreis entsteht.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the counter electrodes (4) of each sub-cell (2) with the brackets (10) for the workpieces (3) are each electrically connected to an adjacent sub-cell and the counter electrodes not connected to brackets and not Brackets connected to counter electrodes are each connected to one pole of the current sources (13), so that a closed circuit is created.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Warenträger (7) zum Transport der Werkstücke (3) von einem Be- handlungsbad einer Tauchbadelektrolyseanlage zum nächsten vorgesehen sind und daß die Halterungen (10) für die Werkstücke an den Warenträgern befestigt und gegenüber den Warenträgern elektrisch isoliert sind.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that goods carriers (7) for transporting the workpieces (3) from one treatment bath of an immersion bath electrolysis system to the next are provided and that the holders (10) for the workpieces are fastened to the product carriers and are electrically insulated from the goods carriers.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gegen- elektroden (4) nach oben ragende, stabförmige, mit den Gegenelektroden elek- trisch verbundene Gegenelektrodenleiter (5) sowie an den Warenträgern (7) befestigte und gegenüber diesen elektrisch isolierte Kontaktbuchsen (8) angeordnet sind, die zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zu den Gegenelektrodenleitern (5) dienen und so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie beim Aufsetzen der Warenträger auf den Badbehälter (1 ) mit den Gegenelektrodenleitern in elektrischen Eingriff kommen können, oder daß fremdbetätigte Schalteinrichtungen an den Kontaktbuchsen vorgesehen sind, über die ein elektrischer Kontakt mit den Gegenelektrodenleitern herstellbar ist.4. The device according to claim 3, characterized in that on the counter electrodes (4) projecting upwards, rod-shaped, with the counter electrodes elec- Trically connected counter-electrode conductors (5) and on the product carriers (7) and electrically insulated from these contact sockets (8) are arranged, which serve to make electrical contact with the counter-electrode conductors (5) and are designed and arranged so that they touch down the goods carrier on the bath container (1) can come into electrical engagement with the counter electrode conductors, or that externally operated switching devices are provided on the contact sockets, via which electrical contact with the counter electrode conductors can be established.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,5. The device according to claim 4, characterized in
a. daß jede einer Gegenelektrode (4) einer Teilzelle (2) zugeordnete Kontaktbuchse (8) an einem Warenträger (7) jeweils mit den Halterungen (10) einer benachbarten Teilzelie über Strombrücken (16) elektrisch verbunden ist, b. daß die nicht mit Kontaktbuchsen elektrisch verbundenen Halterungen einer ersten Teilzelle mit dem elektrischen Kontakt (11 ) eines Kontaktpaares am Warenträger über Strombrücken elektrisch verbunden sind, wobei dem elektrischen Kontakt (11 ) ein mit einem Pol der Stromquelle (13) elektrisch verbundenes Gegenkontaktelement (12) des Kontaktpaares am Badbehälter (1 ) so zugeordnet ist, daß die Halterungen der ersten Teilzelle beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter mit der Stromquelle elektrisch verbunden werden können, und c. daß die nicht mit Halterungen elektrisch verbundenen Gegenelektro- denleiter (17) der Gegenelektroden (4) in einer letzten Teilzelle mit dem anderen Pol der Stromquelle elektrisch verbunden sind.a. that each contact socket (8) assigned to a counter electrode (4) of a sub-cell (2) on a product carrier (7) is electrically connected to the brackets (10) of an adjacent sub-cell via current bridges (16), b. that the holders of a first subcell, which are not electrically connected to contact sockets, are electrically connected to the electrical contact (11) of a pair of contacts on the goods carrier via current bridges, the electrical contact (11) being a mating contact element (12) electrically connected to a pole of the current source (13) the pair of contacts on the bath container (1) is assigned such that the holders of the first subcell can be electrically connected to the power source when the product carrier is placed on the bath container, and c. that the counterelectrode conductors (17) of the counterelectrodes (4) which are not electrically connected to brackets are electrically connected in a last subcell to the other pole of the current source.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß6. The device according to claim 3, characterized in that
a. elektrische Kontaktpaare (22a,22b,22c,22d), bestehend aus Kontaktelementen an den Warenträgern (7) und entsprechenden Gegenkontaktelementen am Badbehälter (1 ), b. Stromleiter (23) zwischen den Halterungen (10) und den Kontaktele- menten und c. Stromleiter (24) zwischen den Gegenelektroden (4) und den Gegenkontaktelementen der Kontaktpaare (22b,22c,22d) sowie zwischen den Gegenelektroden einer der Teilzellen (2d) und der Stromquelle (13), vorgesehen sind, i. wobei elektrische Verbindungen von den Gegenelektroden jeder Teilzelle (2a,2b,2c) zu den Halterungen jeweils benachbarter Teilzellen (2b,2c,2d) beim Aufsetzen des Warenträgers (7) auf den Badbehälter (1 ) über die Kontaktpaare (22b,22c,22d) und die Stromleiter (23) und (24) herstellbar sind, ii. wobei ferner elektrische Verbindungen von den Halterungen einer ersten Teilzelle (2a) über die Stromleiter (23) und das Kontaktpaar (22a) mit dem einen Pol der Stromquelle beim Aufsetzen des Warenträgers auf den Badbehälter herstellbar sind und iii. und wobei schließlich die Gegenelektroden einer letzten Teilzelle (2d) über die Stromleiter (24) mit dem anderen Pol der Stromquelle (13) elektrisch verbunden sind.a. electrical contact pairs (22a, 22b, 22c, 22d), consisting of contact elements on the product carriers (7) and corresponding mating contact elements on the bath container (1), b. Current conductor (23) between the brackets (10) and the contact ment and c. Current conductors (24) are provided between the counter electrodes (4) and the counter contact elements of the contact pairs (22b, 22c, 22d) and between the counter electrodes of one of the sub-cells (2d) and the current source (13), i. wherein electrical connections from the counter electrodes of each partial cell (2a, 2b, 2c) to the holders of respectively neighboring partial cells (2b, 2c, 2d) when the product carrier (7) is placed on the bath container (1) via the contact pairs (22b, 22c, 22d ) and the current conductors (23) and (24) can be produced, ii. electrical connections from the holders of a first subcell (2a) via the current conductors (23) and the contact pair (22a) to the one pole of the current source when the product carrier is placed on the bath container, and iii. and finally the counter electrodes of a last sub-cell (2d) are electrically connected to the other pole of the current source (13) via the current conductors (24).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Warenträger (7) mehrere unabhängige Elektroiysestromkreise vorgesehen sind und diesen jeweils mindestens eine Stromquelle (13) zugeordnet ist.7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that a plurality of independent electrolysis circuits are provided on a product carrier (7) and these are each assigned at least one current source (13).
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß jede Gegenelektrode (4) innerhalb des Badbehälters (1 ) durch elektrische Gegenelektrodenisolierungen (9) von den anderen Gegenelektroden so getrennt ist, daß kein Elektrolysestrom direkt von Gegenelektrode zu Gegenelektrode fließen kann.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each counter electrode (4) within the bath container (1) is separated from the other counter electrodes by electrical counter electrode insulation (9) in such a way that no electrolysis current can flow directly from counter electrode to counter electrode .
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elektrolyteinleitrohr (19) und/oder mindestens ein Lufteinblasrohr (20) im Badbehälter (1 ) vorgesehen sind, wobei die Einleitrohre und die Einblasrohre Öffnungen aufweisen, aus denen Elektrolytflüssigkeit und/oder Luft ausströmen und in die Teilzellen (2) einströmen kann.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrolyte inlet tube (19) and / or at least one air inlet tube (20) are provided in the bath tank (1), the inlet tubes and the inlet tubes having openings from which electrolyte liquid and / or Air can flow out and flow into the sub-cells (2).
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Personenschutzisolierungen und/oder Verkleidungen der strom- führenden Teile der Elekrolyseanlage vorgesehen sind.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that personal protective insulation and / or cladding of the current-carrying parts of the electrolysis system are provided.
11. Verfahren zum energiesparenden gleichzeitigen elektrolytischen Behandeln mehrerer Werkstücke mit jeweils gleichem Elektrolysestrom, bei dem die Werkstücke in mindestens zwei elektrolytischen Teilzellen in einem eine Elektrolyt- flüssigkeit enthaltenden Badbehälter angeordnet und als Elektroden geschaltet werden, wobei die Teilzellen mindestens eine Gegenelektrode und zur elektrischen Kontaktierung dienende Halterungen und die daran gehaltenen Werkstücke aufweisen, und bei dem die Teilzellen von mindestens einer Stromquelle gespeist werden,11. A method for the energy-saving simultaneous electrolytic treatment of several workpieces with the same electrolysis current, in which the workpieces are arranged in at least two electrolytic sub-cells in a bath container containing an electrolyte liquid and switched as electrodes, the sub-cells serving at least one counter electrode and for electrical contacting Have brackets and the workpieces held thereon, and in which the sub-cells are fed by at least one power source,
dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilzellen (2) elektrisch in Serie geschaltet werden.characterized in that the individual sub-cells (2) are electrically connected in series.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß Warenträger (7) zum Transport der Werkstücke (3) von einem Behandlungsbad einer Tauchbadelektrolyseanlage zum nächsten vorgesehen werden und die Werkstücke an den Warenträgern mit Halterungen (10) befestigt und gegenüber den Warenträgern elektrisch isoliert sind.12. The method according to claim 11, characterized in that goods carriers (7) for transporting the workpieces (3) from a treatment bath of an immersion bath to the next are provided and the workpieces are fastened to the goods carriers with holders (10) and are electrically insulated from the goods carriers .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß13. The method according to any one of claims 11 and 12, characterized in that
a. Elektrolysestrom von einem Pol der Stromquelle (13) über elektrische Verbindungen an einseitig oder beidseitig an den Warenträgern (7) an- geordneten Warenträgeraufnahmen (15) zu ebenfalls an den Warenträgern angeordneten und mit den Werkstücken (3) in einer ersten elektrolytischen Teilzelle (2) in elektrischem Kontakt stehenden Strombrük- ken (16) und von dort zu den Werkstücken in der ersten Teilzelle geleitet wird, b. der Elektrolysestrom dann nacheinander durch die einzelnen Teilzellen über weitere Strombrücken (16) geleitet wird, die als individuelle elektrische Verbindungen über von den Warenträgern isolierte Stromleiter die Gegenelektroden (4) jeder Teilzelle mit den Werkstücken der jeweils benachbarten Teilzelle elektrisch verbinden, und c. der Elektrolysestrom dann von den Gegenelektroden in einer letzten Teilzelle über weitere elektrische Verbindungen zum anderen Pol der Stromquelle zurückgeleitet wird.a. Electrolysis current from one pole of the power source (13) via electrical connections on goods carrier receptacles (15) arranged on one or both sides of the product carriers (7) to the product carriers likewise arranged and with the workpieces (3) in a first electrolytic sub-cell (2) current bridges (16) in electrical contact and conducted from there to the workpieces in the first subcell will, b. the electrolysis current is then successively passed through the individual sub-cells via further current bridges (16) which, as individual electrical connections via current conductors insulated from the product carriers, electrically connect the counterelectrodes (4) of each sub-cell to the workpieces of the adjacent sub-cell, and c. the electrolysis current is then returned from the counter electrodes in a last subcell via further electrical connections to the other pole of the current source.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen an den Warenträgernaufnahmen (15) beim Aufsetzen der Warenträger (7) auf den Badbehälter (1 ) über Kontaktpaare (11 ,12,18) hergestellt und beim Abheben der Warenträger vom Badbehälter getrennt werden.14. The method according to claim 13, characterized in that the electrical connections to the product carrier receptacles (15) when placing the product carrier (7) on the bath container (1) via contact pairs (11, 12, 18) and when lifting the product carrier from the bath container be separated.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Verbindungen zwischen mit den Gegenelektroden (4) in elektrischem Kontakt stehenden, nach oben ragenden, stabförmigen Gegenelektrodenleitern (5) und den Werkstücken (3) über die Strombrücken (16) durch Aufsetzen der Warenträger (7) auf den Badbehälter (1 ) hergestellt und beim Abheben vom Badbehälter getrennt werden, indem Kontaktbuchsen (8) mit Einweisetrichtern mit den Strombrücken elektrisch verbunden sind, in die die Gegenelektrodenleiter in Eingriff kommen, oder indem die Verbindungen über Kontaktbuchsen (8) durch fremdbetätigte Schalteinrichtungen an den Kontakt- buchsen hergestellt oder getrennt werden.15. The method according to any one of claims 13 and 14, characterized in that electrical connections between the counter electrodes (4) in electrical contact, upwardly projecting, rod-shaped counter electrode conductors (5) and the workpieces (3) via the current bridges (16) by placing the product carriers (7) on the bath container (1) and separating them from the bath container when lifting, by electrically connecting contact sockets (8) with funnels to the current bridges into which the counterelectrode conductors engage, or by making the connections via contact sockets (8) are manufactured or separated by externally operated switching devices on the contact sockets.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß16. The method according to any one of claims 11 and 12, characterized in that
a. Elektrolysestrom von einem Pol der Stromquelle (13) über einen Warenträgerkontakt (22a) von mehreren elektrisch voneinander isolierten, individuellen Warenträgerkontakten (22a,22b,22c,22d) an einer Aufnahme (15) für den Warenträger (7) und über einen ersten Stromleiter (23) zu Werkstücken (3) in einer ersten Teilzelle (2) geleitet wird, b. der Elektrolysestrom von den Werkstücken in der ersten Teilzelle über die Gegenelektroden (4) dieser ersten Teilzelle und über einen Stromleiter (24) zum nächsten Warenträgerkontakt (22b) geleitet wird und c. der Elektrolysestrom von dort in gleicher Weise über weitere Stromleiter (23) zu weiteren Werkstücken in weiteren Teilzeiten und von den Werkstücken in den weiteren Teilzellen über die Gegenelektroden der weiteren Teilzellen über weitere Stromleiter (24) zurück zur Stromquelle geleitet wird.a. Electrolysis current from one pole of the power source (13) via a goods carrier contact (22a) of several individual goods carrier contacts (22a, 22b, 22c, 22d) that are electrically insulated from one another on a receptacle (15) for the goods carrier (7) and via a first current conductor ( 23) is guided to workpieces (3) in a first subcell (2), b. the electrolysis current is conducted from the workpieces in the first subcell via the counter electrodes (4) of this first subcell and via a current conductor (24) to the next product carrier contact (22b) and c. the electrolysis current is conducted from there in the same way via further current conductors (23) to further workpieces in further partial times and from the workpieces in the further partial cells via the counter electrodes of the further partial cells via further current conductors (24) back to the current source.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Waren- trägerkontakte (22a,22b,22c,22d) beim Aufsetzen der Warenträger (7) auf den Badbehälter (1 ) geschlossen und beim Abheben der Warenträger vom Badbehälter wieder geöffnet werden.17. The method according to claim 16, characterized in that the product carrier contacts (22a, 22b, 22c, 22d) are closed when the product carrier (7) is placed on the bath container (1) and opened again when the product carrier is lifted off the bath container.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gegenelektrode (4) innerhalb des Badbehälters durch elektrische Gegenelektrodenisolierungen (9) von den anderen Gegenelektroden so getrennt wird, daß kein Gaivanisierstrom direkt von Gegenelektrode zu Gegen- elektrode fließen kann.18. The method according to any one of claims 11 to 17, characterized in that each counter electrode (4) within the bath container by electrical counter electrode insulation (9) is separated from the other counter electrodes so that no Gaivanisierstrom can flow directly from counter electrode to counter electrode.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrolytflüssigkeit und/oder über eine Lufteinblasung (20) in die Elektrolytflüssigkeit eingeleitete Luft durch Öffnungen in den Gegenelektrodenisolierungen (9) zwischen den Teilzellen (2) ausgetauscht wird.19. The method according to claim 18, characterized in that electrolyte fluid and / or air introduced into the electrolyte fluid via an air injection (20) is exchanged between the sub-cells (2) through openings in the counter-electrode insulation (9).
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrolytflüssigkeit und/oder Luft zwischen den Teilzellen (2) nur dann ausgetauscht wird, wenn kein Elektrolysestrom fließt.20. The method according to claim 19, characterized in that electrolyte liquid and / or air between the sub-cells (2) is only exchanged when no electrolysis current flows.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (13) stromgeregelt betrieben werden. 21. The method according to any one of claims 11 to 20, characterized in that the current sources (13) are operated under current control.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannungen an den Stromquellen (13) überwacht und zur Funktionskontrolle der einzelnen Teilzellen (2) herangezogen werden.22. The method according to any one of claims 11 to 21, characterized in that the terminal voltages at the current sources (13) are monitored and used to check the function of the individual sub-cells (2).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstücke (3) Galvanisiertrommeln mit schüttbarem, zu galvanisierendem Behandlungsgut verwendet werden. 23. The method according to any one of claims 11 to 22, characterized in that electroplating drums with pourable, to be electroplated material to be treated are used as workpieces (3).
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