WO2014060333A1

WO2014060333A1 - Eloxiervorrichtung und eloxierverfahren für rohrkörper

Info

Publication number: WO2014060333A1
Application number: PCT/EP2013/071386
Authority: WO
Inventors: Peter Hans Brede; Frank Fischer; Ralf Horst Noatzke
Original assignee: Noatzke Verwaltungs GmbH
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-04-24
Also published as: EP2906740A1; DE102012109812A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Eloxiervorrichtung zum Eloxieren zumindest eines innenliegenden Flächenelements (22) eines metallischen Rohrkörpers (18) mit einer Erstreckungsrichtung (24), umfassend: - einen Eloxierbehälter (10) zur Aufnahme eines Elektrolyten (16), der in zumindest einem Betriebszustand mit dem zumindest einen Flächenelement (22) des Rohrkörpers (18) in Kontakt steht, und - eine Innenelektrode (26; 28; 30; 32), die im Betriebszustand in einer zur Erstreckungsrichtung (24) im Wesentlichen senkrechten, radialen Richtung zumindest teilweise von dem Rohrkörper (18) umgeben und zum Anschluss an eine elektrische Stromquelle (12) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Eloxiervorrichtung eine zur Regulierung einer räumlichen Verteilung eines Eloxierstroms vorgesehene Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) aufweist, die im Betriebszustand in der Erstreckungsrichtung (24) zumindest abschnittsweise durchgehend und in der radialen Richtung zwischen der Innenelektrode (26; 28; 30; 32) und dem zumindest einen innenliegenden Flächenelement (22) angeordnet ist.

Description

Beschreibung Titel

ELOXIERVORRICHTUNG UND ELOXIERVERFAHREN FÜR ROHRKÖRPER

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eloxiervorrichtung zum Eloxieren zumindest eines innenliegenden Flächenelements eines metallischen

Rohrkörpers mit einer Erstreckungsrichtung nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 .

Stand der Technik

Die Korrosionsbeständigkeit vieler, gemäß der elektrochemischen

Spannungsreihe als "unedel" einzustufender Metalle, beruht auf der

Schutzwirkung einer natürlich gebildeten Oxidschicht. Am bekanntesten ist die anodische Oxidation von Aluminium. Die anodische Oxidation von Aluminium wird üblicherweise zur Erzeugung dekorativer Oberflächen, zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit oder der Verschleißfestigkeit, oder zur Erzeugung einer anhaftenden Grenzfläche für nachfolgende Beschichtungen durchgeführt.

Bekanntermaßen weist Aluminium aufgrund einer sich sehr schnell an der Luft bildenden, dünnen Oxidschicht ein stumpfes, silbergraues Aussehen auf. Diese passivierende Oxidschicht macht reines Aluminium bei pH-Werten in einem Bereich von etwa 4 bis 9 sehr korrosionsbeständig. Üblicherweise erreicht diese Oxidschicht eine Dicke von etwa 50 nm. Wesentlich dickere, meist auch verschleißfestere Oxidschichten können nasschemisch durch anodische

Elektrooxidation erzeugt werden. Das bekannteste Beispiel dafür ist die Bildung sogenannter Eloxal-Schichten auf Aluminiumwerkstoffen. Beim Eloxal-Verfahren wird, im Gegensatz zu den galvanischen Überzugsverfahren, die Schutzschicht nicht auf dem Werkstück niedergeschlagen, sondern durch Umwandlung der obersten Metallschicht ein Oxid bzw. ein Oxidhydrat gebildet. Um einen hohen Korrosionsschutz durch diese Schichten zu gewährleisten, sind in der Regel aber zusätzliche Verfahrensschritte zu dem eigentlichen Eloxierverfahren durchzuführen. Da beim Eloxieren verfahrensbedingt immer porenreiche

Oxidschichten entstehen, werden diese in den meisten Fällen mittels

unterschiedlicher Verdichtungsverfahren nachbehandelt. Hierdurch wird dann die poröse Struktur der frisch anodisierten Schicht geschlossen, um so eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. In den meisten Fällen wird eine zusätzliche Verdichtungsbehandlung mittels unterschiedlicher Versiegelungsoder Imprägnier-Verfahren durchgeführt, welche die poröse Struktur der frisch anodisierten Schicht versiegeln, um so eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, Pigmentierung und/oder Schmierfähigkeit, zwecks Verbesserung der

Verschleißfestigkeit, zur Verfügung zu stellen.

Die Schichtbildungsvorgänge werden beeinflusst durch die Wahl des

Elektrolyten, seine Konzentration und Temperatur, Stromart (Gleichstrom, Wechselstrom), Stromdichte, Spannung und Dauer der Behandlung. Starken Einfluss üben auch Temperaturveränderungen aus. Die Dauer der Behandlung hängt direkt mit der zu erzielenden Schichtdicke zusammen. In den Elektrolyten werden manchmal Zusätze gemischt, welche auf die Zusammensetzung der Oxidschichten einwirken. Der Grundstoff der Schicht bleibt jedoch immer

Aluminiumoxid. Durch Zusätze zum Elektrolyten können die Eigenschaften der Schicht verändert werden.

Anodisiert werden kann in Lösungen unterschiedlichster Zusammensetzung, unter Zuhilfenahme von Gleich- bzw. Wechselstrom. Am gebräuchlichsten sind das Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren (GS) und das Gleichstrom- Schwefelsäure-Oxalsäure-Verfahren (GSX). Typische Badtemperaturen liegen zwischen 18°C und 30°C. Es ist bekannt, besonders verschleißfeste

Aluminiumoberflächen auch in gekühlten Säurebädern bei Badtemperaturen von -10°C bis +10°C zu anodisieren.

Bei der Anodisierung handelt es sich um eine exotherme Reaktion; d.h. es wird Wärme frei. Wichtig ist, dass die entstehende Wärme von dem zu

anodisierenden Metall, beispielsweise Aluminium, ausreichend schnell abgeführt wird, damit das metallische Werkstück sich nicht erwärmt. Beispielsweise ist die Schichthärte des anodisierten Metalls, häufig Aluminium, von der Badtemperatur abhängig, wobei die Schichthärte mit sinkender Badtemperatur steigt. Bei Temperaturen im Bereich von weniger als 10°C sind deutlich gesteigerte

Schichthärten festzustellen. Es ist daher insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Eloxiervorrichtung bereitzustellen, die bei einer geeigneten Auslegung ein gleichmäßiges Eloxieren von metallischen Rohrkörpern erlaubt.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Eloxiervorrichtung zum

Eloxieren zumindest eines innenliegenden Flächenelements eines metallischen Rohrkörpers mit einer Erstreckungsrichtung. Die Eloxiervorrichtung umfasst: einen Eloxierbehälter zur Aufnahme einer Elektrolyten, der in zumindest einem Betriebszustand mit dem zumindest einen Flächenelement des Rohrkörpers in Kontakt steht, und

eine Innenelektrode, die im Betriebszustand in einer zur

Erstreckungsrichtung im Wesentlichen senkrechten, radialen Richtung zumindest teilweise von dem Rohrkörper umgeben und zum Anschluss an eine elektrische Stromquelle vorgesehen ist.

Unter einer„innenliegenden Fläche" eines metallischen Rohrkörpers soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Fläche verstanden werden, deren verlängerte Flächennormale den metallischen Rohrkörper trifft.

Unter einem "Rohrkörper" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein länglicher Hohlkörper mit einer durchgängigen Wandung verstanden werden, die zumindest eine Öffnung des Rohrkörpers berandet.

Unter einer„Erstreckungsrichtung" eines metallischen Rohrkörpers soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine virtuelle Linie aus Punkten im Hohlraum des Rohrkörpers verstanden werden, wobei jeder Punkt der Linie zur durchgängigen Wandung des Rohrkörpers in zumindest einem Richtungspaar mit

entgegengesetzten radialen Richtungen einen gleichen nächsten Abstand aufweist, und wobei unter einer„radialen Richtung" in diesem Zusammenhang insbesondere eine zur Erstreckungsrichtung senkrecht angeordnete Richtung verstanden werden soll. Insbesondere können Erstreckungsrichtungen auch von gebogenen Linien gebildet sein. Ein entlang der virtuellen Linie gemessener Abstand zwischen einem ersten Punkt der virtuellen Linie im Hohlraum und einem entlang der virtuellen Linie am weitesten von diesem ersten Punkt entfernten Punkt im Hohlraum bildet eine Erstreckungslänge des metallischen Rohrkörpers.

Es wird vorgeschlagen, dass die Eloxiervorrichtung eine zur Regulierung einer räumlichen Verteilung eines Eloxierstroms vorgesehene Abdeckeinheit aufweist, die im Betriebszustand in der Erstreckungsrichtung zumindest abschnittsweise durchgehend und in der radialen Richtung zumindest zwischen der

Innenelektrode und dem zumindest einen innenliegenden Flächenelement angeordnet ist.

Dabei soll die Abdeckeinheit keine auf der Innenelektrode angeordnete, Poren umfassende Lackschicht beinhalten. Unter einer„Lackschicht" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Schicht verstanden werden, die ein elektrisch isolierendes Beschichtungsmaterial beinhaltet, in flüssiger oder pulverförmiger Form auf der Innenelektrode angeordnet wird und ihre endgültige Form durch einen Trocknungsprozess erhält.

Unter einer "Abdeckeinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das einen Zugang des Elektrolyten zur

Innenelektrode durch ein Abdecken zumindest teilweise verhindert.

Bei einer geeigneten Auslegung kann dadurch eine besonders gleichmäßige Eloxierschicht an der zumindest einen innenliegenden Fläche des metallischen Rohrkörpers erreicht werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Abdeckeinheit in der radialen Richtung eine Abmessung von wenigstens 0,2 Millimeter auf. Insbesondere kann die Abmessung in der radialen Richtung vorteilhaft wenigstens 0,25 Millimeter und, besonders vorteilhaft, wenigstens 0,3 Millimeter betragen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Abdeckeinheit zumindest teilweise aus einem Dielektrikum besteht. Unter einem "Dielektrikum" soll in diesem

Zusammenhang insbesondere ein elektrisch nicht-leitendes Material,

insbesondere mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10^"6 S/m, verstanden werden. Bei einer geeigneten Ausgestaltung kann die räumliche Verteilung des Eloxierstroms derart reguliert werden, dass eine gleichmäßige Eloxierschicht des zumindest eines innenliegenden Flächenelements des

metallischen Rohrkörpers erzielt wird.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Dielektrikum zumindest teilweise porös ist. Unter einem "porösen Dielektrikum" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Dielektrikum verstanden werden, das untereinander verbundene Hohlräume aufweist. Mittels einer derartigen Abdeckeinheit kann die räumliche Verteilung des Eloxierstroms in effektiver Weise und kostensparend zur Erzielung einer Eloxierschicht mit gleichmäßiger Dicke reguliert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Abdeckeinheit als netzförmiges

Gewebe oder als Maschenware ausgebildet. Unter einem "Gewebe" soll in

diesem Zusammenhang insbesondere ein Flächengewebe verstanden werden, das zumindest zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete

Fadensysteme umfasst. Unter einer "Maschenware" soll in diesem

Zusammenhang insbesondere eine Wirkware oder Strickware verstanden

werden, bei denen ein Flächengebilde aus einem Faden oder aus mehreren

Fäden durch Maschenbildung gefertigt ist.

Durch eine Ausbildung als netzförmiges Gewebe oder als Maschenware kann die räumliche Verteilung des Eloxierstroms durch eine geeignete Ausgestaltung der Parameter, die Fadenstärke, Maschengröße und andere Variablen beinhalten, besonders genau definiert werden.

Bevorzugt beträgt eine Lückengröße, die durch zwei im Betriebszustand der

Innenelektrode nebeneinander angeordnete Fäden eines Gewebes oder durch benachbart angeordnete, eine Masche bildende Fäden einer Maschenware oder durch Öffnungen des Netzschlauchs gebildet ist, mindestens fünf Mikrometer und höchstens zehn Millimeter, vorteilhaft mindestens zehn Mikrometer und

höchstens zehn Millimeter, und, besonders vorteilhaft, mindestens

50 Mikrometer und höchstens zehn Millimeter. Wenn die Abdeckeinheit als

extrudierter Netzschlauch ausgebildet ist, kann die räumliche Verteilung des

Eloxierstroms sehr präzise definiert und in kostensparender Weise ausgeführt werden. Mit besonderem Vorteil sind die Abdeckeinheit und die Innenelektrode stoffschlüssig miteinander verbunden. Unter "stoffschlüssig" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Verbindung verstanden werden, die durch Schweißen, Löten, Kleben, Vulkanisieren, Anspritzen oder durch ein

gleichwertiges, dem Fachmann geläufiges Verfahren hergestellt ist. Dadurch kann eine Eloxiervorrichtung bereitgestellt werden, bei der die räumliche

Verteilung des Eloxierstroms dauerhaft eingerichtet und zeitlich unveränderlich reguliert ist. Alternativ kann eine räumliche Verteilung des Eloxierstroms dauerhaft eingerichtet und zeitlich unveränderlich reguliert sein, wenn die Abdeckeinheit und die Innenelektrode durch einen Kraftschluss, insbesondere einen aus elastischen Materialeigenschaften resultierenden Kraftschluss, miteinander verbunden sind. Vorteilhaft kann der Kraftschluss beispielsweise durch

Aufschrumpfen der Abdeckeinheit auf die Innenelektrode hergestellt sein.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Abdeckeinheit im Betriebszustand im Wesentlichen konzentrisch zur Innenelektrode angeordnet ist. Dadurch kann bei geeigneter Ausgestaltung eine räumlich symmetrische Verteilung des

Eloxierstroms dauerhaft eingerichtet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Abdeckeinheit eine Mehrzahl von Durchgangsoffnungen auf, die einen Durchgang von Ionen ermöglichen. Unter einer "Durchgangsöffnung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Öffnung in der Abdeckeinheit verstanden werden, die einen

Zugang des Elektrolyten zur Innenelektrode ermöglicht. Durchgangsoffnungen können geradlinig oder verzweigt ausgestaltet sein; insbesondere sollen

Porenöffnungen zu den Durchgangsoffnungen zählen. Die Durchgangsoffnungen können auch teilweise oder vollständig mit einem protonenleitfähigen Material gefüllt sein. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Durchgangsoffnungen kann eine gewünschte räumliche Verteilung des Eloxierstroms zur Herstellung einer gleichmäßigen Eloxierschicht an dem innenliegenden Flächenelement des metallischen Rohrkörpers erzielt werden.

Zudem wird vorgeschlagen, dass eine mittlere Flächendichte der

Durchgangsoffnungen der im Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit in der Erstreckungsrichtung variiert. Unter einer "mittleren Flächendichte" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine über eine zusammenhängende Fläche von mindestens 5 mm² gemittelte Anzahl von Durchgangsöffnungen verstanden werden. Durch Variation der Flächendichte der Durchgangsöffnungen in der Erstreckungsrichtung kann bei geeigneter Auslegung eine gleichmäßige Verteilung des Eloxierstroms zur Herstellung einer gleichmäßigen Eloxierschicht erreicht werden.

Wenn die mittlere Flächendichte der Durchgangsöffnungen der im

Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit in Randbereichen der

Erstreckungslänge geringer ist als in einem mittleren Bereich der

Erstreckungslänge, kann ein aufgrund einer endlichen elektrischen Leitfähigkeit auftretender Spannungsverlust, der zu einer ungünstigen, ungleichmäßigen Eloxierstromverteilung führen könnte, zumindest teilweise kompensiert werden. Dabei soll unter einem "Randbereich" in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich eines von einer Öffnung des Rohrkörpers an gerechneten ersten

Drittels der Erstreckungslänge verstanden werden. Unter einem "mittleren Bereich" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich eines von der Öffnung des Rohrkörpers an gerechneten zweiten Drittels der Erstreckungslänge verstanden werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine mittlere Öffnungsweite der Durchgangsöffnungen der im Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit in Randbereichen der Erstreckungslänge geringer ist als in einem mittleren Bereich der Erstreckungslänge. Mit einer solchen Anordnung können ebenfalls aufgrund einer endlichen elektrischen Leitfähigkeit auftretende Spannungsverluste mit der

Folge einer ungünstigen, ungleichmäßigen Eloxierstromverteilung zumindest teilweise kompensiert werden.

Mit Vorteil besteht die Abdeckeinheit im Wesentlichen aus einem Kunststoff oder aus einer Kombination von Kunststoffen, der oder die aus einer Gruppe ausgewählt ist oder sind, die von den Kunststoffen der Gruppe der Polyamide, von Polyethylen, von Polypropylen, von Polyvinylchlorid, von der Gruppe der Polyurethane und von Polyvinylidenfluorid gebildet ist. Unter "im Wesentlichen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere als zu mindestens zu 60%, bevorzugt zu mehr als 70% und, besonders bevorzugt, zu mehr als 80% verstanden werden. Insbesondere kann die Abdeckeinheit auch vollständig, d.h. zu 100%, aus einem dieser Kunststoffe oder aus einer Kombination dieser Kunststoffe gebildet sein. Dadurch kann eine kostengünstige Abdeckeinheit mit hoher Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit in einem Umfeld mit

elektrochemischen Prozessen bereitgestellt werden. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Innenelektrode als metallischer

Rundstab, als metallischer Draht oder als metallisches Band ausgebildet ist. Unter einem "metallischen Rundstab" soll in diesem Zusammenhang

insbesondere ein metallisches Objekt verstanden werden, dessen Abmessung in einer ersten Richtung mindestens fünf Mal so groß ist wie eine Abmessung in einer zweiten, zur ersten senkrecht angeordneten Richtung, wobei die

Abmessung in der zweiten Richtung größer oder gleich zwei Millimeter ist, und das in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung einen Querschnitt in Form eines Ovals aufweist, wobei Kreise und Ellipsen als Spezialfälle eines Ovals zu betrachten sind.

Unter einem "metallischen Draht" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein metallischer Rundstab verstanden werden, dessen Abmessung in einer ersten Richtung mindestens fünf Mal so groß ist wie in einer zweiten, zur ersten senkrecht angeordneten Richtung, wobei eine Abmessung in der zweiten Richtung weniger als zwei Millimeter beträgt.

Unter einem "metallischen Band" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein metallisches Objekt verstanden werden, das einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, der in einer Richtung senkrecht zur Querschnittsebene zumindest in zusammenhängenden Abschnitten konstant ist, wobei ein Rechteck als Spezialfall eines Trapezes zu betrachten ist. Unter "im

Wesentlichen trapezförmig" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abweichung der Querschnittsfläche des Bandes von der Querschnittsfläche eines in die Querschnittsfläche des Bandes einbeschriebenen Trapezes geringer ist als 20%, besonders bevorzugt geringer als 10% der Querschnittsfläche des Bandes in der Querschnittsebene.

Insbesondere soll ein„Band" auch eine Mehrzahl von metallischen

Einzeldrähten, die ein Geflecht bilden können oder durch einen dielektrischen Überzug, der auch als Abdeckeinheit ausgebildet sein kann, in ihrer relativen Anordnung fixiert sind, umfassen.

Durch eine geeignete Ausgestaltung der Innenelektrode kann eine gewünschte räumliche Verteilung des Eloxierstroms zur Herstellung einer gleichmäßigen Eloxierschicht an dem innenliegenden Flächenelement des metallischen

Rohrkörpers erreicht werden.

Wenn die Innenelektrode im Wesentlichen aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die von Stahl, von Titan oder einer Titanlegierung, und von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist, können

Innenelektroden mit hoher Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit in einem Umfeld mit elektrochemischen Prozessen bereitgestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die Innenelektrode in senkrecht zur Erstreckungsrichtung angeordneten Ebenen Querschnitte, die im Betriebszustand in Randbereichen der Erstreckungslänge eine geringere

Querschnittsfläche aufweisen als in einem mittleren Bereich der

Erstreckungslänge. Dadurch können aufgrund einer endlichen elektrischen Leitfähigkeit auftretende Spannungsverluste, die zu einer ungünstigen, ungleichmäßigen Eloxierstromverteilung führen könnte, zumindest teilweise kompensiert werden. Bei einer geeigneten Gestaltung kann erreicht werden, dass eine elektrische Feldstärke entlang der Erstreckungsrichtung der

Innenelektrode trotz auftretender Leitungsverluste im Wesentlichen konstant ist, wodurch ein gleichmäßiges Eloxieren ermöglicht werden kann.

Eine besonders einfache Realisierung derartiger Innenelektroden kann erreicht werden, wenn die Querschnitte im Wesentlichen ovalförmig ausgebildet sind. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Eloxierverfahren zum Eloxieren zumindest eines innenliegenden Flächenelements eines metallischen Rohrkörpers unter Verwendung einer in der vorhergehend beschriebenen Weise aus- oder weitergebildeten Eloxiervorrichtungen, mit der eine entlang der Erstreckungslänge des metallischen Rohrkörpers besonders gleichmäßige Eloxierschicht erzeugt werden kann.

Mit besonderem Vorteil besteht der metallische Rohrkörper im Wesentlichen aus Aluminium, wodurch ein Rohrkörper mit einer besonders haltbaren und widerstandsfähigen Eloxierschicht hergestellt werden kann.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in

Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen

Eloxiervorrichtung,

Fig. 2 eine Detailansicht der Eloxiervorrichtung gemäß der Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Eloxiervorrichtung, Fig. 4 eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Eloxiervorrichtung, Fig. 5 eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Eloxiervorrichtung, Fig. 6 eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Eloxiervorrichtung, und

Fig. 7 eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Eloxiervorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Diese Beschreibung enthält mehrere Ausgestaltungen der Erfindung. Die einzelnen Ausführungsbeispiele weisen Merkmale auf, deren Funktion in jedem Ausführungsbeispiel identisch oder grundlegend identisch ist. Diese Merkmale werden durch Bezugszeichen gekennzeichnet, die aus einer Nummer der Variante und der Nummer des allen Ausführungsbeispielen gemeinsamen Merkmals bestehen und somit eine einzige Zahl bilden. Eine Beschreibung der Funktion eines Merkmals eines Ausführungsbeispiels kann daher auch in einer Beschreibung eines der vorhergehenden Ausführungsbeispiele enthalten sein.

Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen

Eloxiervorrichtung. Die Eloxiervorrichtung ist zum Eloxieren zumindest eines innenliegenden Flächenelements 122 eines metallischen Rohrkörpers 1 18 mit einer Erstreckungsrichtung 124 vorgesehen und umfasst einen Eloxierbehälter 1 10 zur Aufnahme eines Elektrolyten 1 16. Der Elektrolyt 1 16 umfasst eine 5%-ige, wässerige Schwefelsäurelösung, wobei die Schwefelsäure in bekannter Weise zur Erhöhung der elektrischen

Leitfähigkeit des Wassers dient. Der Elektrolyt 1 16 ist in einem Betriebszustand im Eloxierbehälter 1 10 so hoch eingefüllt, dass der Rohrkörper 1 18 vollständig vom Elektrolyten 1 16 umgeben ist.

Die Eloxiervorrichtung weist ferner eine Innenelektrode 26 auf, die im

Betriebszustand in einer zur Erstreckungsrichtung 124 im Wesentlichen senkrechten, radialen Richtung zumindest teilweise von dem Rohrkörper 1 18 umgeben und zum Anschluss an eine elektrische Stromquelle 1 12 vorgesehen ist.

Die Stromquelle 1 12 ist als Gleichspannungsquelle ausgebildet. Die

Innenelektrode 26 ist mit dem Minuspol U. der Stromquelle 1 12 galvanisch verbunden und somit als Kathode geschaltet. Elektrisch parallel zur

Innenelektrode 26 geschaltet sind zu beiden Seiten des Rohrkörpers 1 18 zur Erniedrigung der Stromdichte plattenförmige Graphitelektroden 1 14 angeordnet. An der Kathode scheidet sich während eines Betriebs der Eloxiervorrichtung Wasserstoffgas ab.

Der metallische Rohrkörper 1 18 besteht aus einer Legierung aus Aluminium, Magnesium und Silizium, wobei der Anteil an Aluminium mehr als 99% beträgt, so dass der Rohrkörper 1 18 im Wesentlichen aus Aluminium besteht. Der Rohrkörper 1 18 ist als gerader, hohler Kreiszylinder ausgebildet, dessen einem umschlossenen Hohlraum 120 zugewandte Oberfläche der Zylindermantelfläche ein innenliegendes Flächenelement 122 des Rohrkörpers 1 18 bildet (Fig. 2). Der Elektrolyt 1 16 steht mit dem zumindest einen Flächenelement 122 des

Rohrkörpers 1 18 somit in direktem Kontakt.

Der metallische Rohrkörper 1 18 ist mit dem Pluspol U+ der

Gleichspannungsquelle galvanisch verbunden und als Anode geschaltet. An der Anode findet während des Betriebs der Eloxiervorrichtung eine Oxidation des Aluminiums statt.

Ferner weist die Eloxiervorrichtung eine zur Regulierung einer räumlichen Verteilung eines Eloxierstroms vorgesehene Abdeckeinheit 38 auf, die im Betriebszustand in der Erstreckungsrichtung 124 in einer vollen Erstreckungslänge durchgehend und in der radialen Richtung zwischen der Innenelektrode 26 und dem zumindest einen innenliegenden Flächenelement 122 angeordnet ist.

Die Anordnung des Rohrkörpers 1 18, der Abdeckeinheit 38 und der

Innenelektrode 26 ist in der Fig. 2 in einer geschnittenen Detailansicht der Eloxiervorrichtung gemäß der Fig. 1 dargestellt.

Die entlang einer Mittelachse 134 des hohlzylinderformigen Rohrkörpers 1 18 und zu beiden Seiten über diesen hinausragend angeordnete Innenelektrode 26 ist als zylindrischer Rundstab aus einer Titanlegierung ausgebildet, die hinsichtlich der beschriebenen elektrochemischen Belastung langlebig ist.

Die Abdeckeinheit 38 besteht vollständig aus einem porösen Dielelektrikum, das von einem Polyurethan (PU)-Schaum gebildet und durch einen Klebevorgang während des Aushärtens des PU-Schaums stoffschlüssig mit der Innenelektrode 26 verbunden ist. Die Abdeckeinheit 38 ist in dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Betriebszustand koaxial zur Innenelektrode 26 angeordnet.

Die miteinander in Verbindung stehenden offenen Poren des PU-Schaums stellen eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 48 dar, die einen Durchgang von Ionen ermöglichen. Wie in der Detailansicht der Fig. 2 angedeutet, variiert eine mittlere Flächendichte der Durchgangsöffnungen 48 der im Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit 38 in der Erstreckungsrichtung 124, und zwar nimmt die mittlere Flächendichte der Durchgangsöffnungen 48 von einem höchsten Wert in einem mittleren Bereich 152 der Erstreckungslänge der Abdeckeinheit 38 zu beiden Seiten hin in Richtung auf Randbereiche 154 der Erstreckungslänge der Abdeckeinheit 38 ab. Die Durchgangsöffnungen 48 ermöglichen einen Zugang des Elektrolyten 1 16 zur Innenelektrode 26, während die Abdeckeinheit 38 an Stellen ohne Durchgangsöffnung 48 den Zugang des Elektrolyten 1 16 an die Innenelektrode 26 verhindert.

Der elektrische Widerstand der Innenelektrode 26 führt während des Eloxierens zu einem Spannungsabfall entlang der Erstreckungslänge, so dass eine elektrische Feldstärke im mittleren Bereich 152 der Erstreckungslänge abnimmt, was bei gleichmäßiger Flächendichte der Durchgangsöffnungen 48 zur Folge hätte, dass sich dort die Ionen langsamer bewegen und eine lokale ^— I ^—

Eloxierstromdichte abnimmt. Aufgrund des Anstiegs der mittleren Flächendichte der Durchgangsöffnungen 48 wird dieser Effekt kompensiert, so dass über die Erstreckungslänge eine im Wesentlichen gleichmäßige Eloxierstromdichte erreichbar ist.

Derselbe Effekt lässt sich mit der in Fig. 3 gezeigten Abdeckeinheit 40 erreichen. Bei dieser Abdeckeinheit 40 ist eine mittlere Öffnungsweite der

Durchgangsöffnungen 50 der im Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit 40 in Randbereichen 254 der Erstreckungslänge geringer ist als in einem mittleren Bereich 252 der Erstreckungslänge. Die in der Fig. 3 dargestellte Innenelektrode 28 ist als Stab ausgebildet und weist einen über die

Erstreckungslänge gleichförmigen, ovalen Querschnitt auf.

Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung einer Abdeckeinheit 42. Die Abdeckeinheit 42 ist als Helixwicklung 56 um eine Innenelektrode 28 gemäß der Fig. 3 ausgebildet. Die Helixwicklung 56 besteht teilweise aus einem Dielektrikum und ist von einem PVC-ummantelten Metalldraht 58 mit kreisförmigem

Querschnitt gebildet, der im Betriebszustand in Anlage mit einer Oberfläche 336 der Innenelektrode 28 derart gewunden ist, dass ein Abstand zweier in der Erstreckungsrichtung 324 aufeinanderfolgender Windungen im mittleren Bereich 352 der Erstreckungslänge größer ist als in einem der Randbereiche 354 der Erstreckungslänge. Im mittleren Bereich 352 der Erstreckungslänge ist dadurch ein größerer Eloxierstrom ermöglicht als in den Randbereichen 354 der

Erstreckungslänge, wodurch wie zuvor beschrieben eine über die

Erstreckungslänge im Wesentlichen gleichmäßige Eloxierstromdichte erreichbar ist. An Kontaktstellen der Helixwicklung 56 mit der Innenelektrode 28 ist der PVC-Mantel des Metalldrahts 58 stoffschlüssig durch Kleben mit der

Innenelektrode 28 verbunden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist an der Oberfläche 436 einer alternativ ausgestalteten Innenelektrode 30 eine Abdeckeinheit 44 angebracht, die aus Polyamid besteht und als gewirkter Strumpf ausgebildet ist. Die Abdeckeinheit 44 ist in einem Betriebszustand über die Innenelektrode 30 gezogen, die von einem flachen Band aus Titan mit rechteckförmigem Querschnitt und abgerundeten Kanten gebildet wird. Die Abdeckeinheit 44 ist relativ zur Innenelektrode 30 derart dimensioniert, dass sie auf der Innenelektrode 30 durch die elastischen Materialeigenschaften des Polyamids durch Kraftschluss gehalten wird. Zur weiteren Stabilisierung kann vor einem Überziehen ein Haftvermittler auf die Innenelektrode 30 aufgetragen sein.

Eine weitere Ausgestaltung einer Abdeckeinheit 46, die als extrudierter

Netzschlauch aus Polypropylen ausgebildet und mit einer Innenelektrode 26 gemäß der Fig. 2 durch Aufkleben stoffschlüssig verbunden ist, zeigt Fig. 6.

In der Fig. 7 ist eine weitere Ausgestaltung einer Innenelektrode 32 gezeigt. Die Innenelektrode 32 besitzt in senkrecht zur Erstreckungsrichtung 624

angeordneten Ebenen kreisrunde Querschnitte, die im Betriebszustand in den

Randbereichen 654 der Erstreckungslange eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als im mittleren Bereich 652 der Erstreckungslänge. Die Abdeckeinheit 40 entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3.

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Bezugszeichenliste

10 Eloxierbehälter

12 Stromquelle

14 Graphitelektrode

16 Elektrolyt

18 Rohrkörper

20 Hohlraum

22 Flächenelement

24 Erstreckungsrichtung

26 Innenelektrode

28 Innenelektrode

30 Innenelektrode

32 Innenelektrode

34 Mittelachse

36 Oberfläche

38 Abdeckeinheit

40 Abdeckeinheit

42 Abdeckeinheit

44 Abdeckeinheit

46 Abdeckeinheit

48 Durchgangsöffnung

50 Durchgangsöffnung

52 mittlerer Bereich

54 Randbereich

56 Helixwicklung

58 Metalldraht

U- Minuspol

U₊ Pluspol

Claims

Ansprüche

1 . Eloxiervorrichtung zum Eloxieren zumindest eines innenliegenden

Flächenelements (22) eines metallischen Rohrkörpers (18) mit einer Erstreckungsnchtung (24), umfassend:

einen Eloxierbehälter (10) zur Aufnahme eines Elektrolyten (16), der in zumindest einem Betriebszustand mit dem zumindest einen

Flächenelement (22) des Rohrkörpers (18) in Kontakt steht, und eine Innenelektrode (26; 28; 30; 32), die im Betriebszustand in einer zur Erstreckungsnchtung (24) im Wesentlichen senkrechten, radialen Richtung zumindest teilweise von dem Rohrkörper (18) umgeben und zum Anschluss an eine elektrische Stromquelle (12) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch

eine zur Regulierung einer räumlichen Verteilung eines Eloxierstroms vorgesehene Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46), die im Betriebszustand in der Erstreckungsnchtung (24) zumindest abschnittsweise durchgehend und in der radialen Richtung zwischen der Innenelektrode (26; 28; 30; 32) und dem zumindest einen innenliegenden Flächenelement (22) angeordnet ist.

2. Eloxiervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Abdeckeinheit in der radialen Richtung eine Abmessung von wenigstens 0,2 Millimeter aufweist.

3. Eloxiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) zumindest teilweise aus einem Dielektrikum besteht.

4. Eloxiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das

Dielektrikum zumindest teilweise porös ist.

5. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) als netzförmiges Gewebe oder als Maschenware ausgebildet ist.

6. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) als extrudierter Netzschlauch ausgebildet ist.

7. Eloxiervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lückengröße, die durch zwei im Betriebszustand der Innenelektrode nebeneinander angeordnete Fäden eines Gewebes oder durch benachbart angeordnete, eine Masche bildende Fäden einer Maschenware oder durch Öffnungen des Netzschlauchs gebildet ist, mindestens fünf Mikrometer und höchstens zehn Millimeter beträgt.

8. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) und die Innenelektrode (26; 28; 30; 32) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

9. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) im

Betriebszustand im Wesentlichen konzentrisch zur Innenelektrode (26; 28; 30; 32) angeordnet ist.

10. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen (48; 50) aufweist, die einen Durchgang von Ionen ermöglichen.

1 1 . Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Flächendichte der

Durchgangsöffnungen (48; 50) der im Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) in der Erstreckungsrichtung (24) derart variiert, dass die mittlere Flächendichte der Durchgangsöffnungen (48; 50) in Randbereichen (54) einer Erstreckungslänge geringer ist als in einem mittleren Bereich (52) der Erstreckungslänge.

12. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Öffnungsweite der Durchgangsöffnungen (48; 50) der im Betriebszustand angeordneten Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) in Randbereichen (54) der Erstreckungslänge geringer ist als in einem mittleren (52) Bereich der Erstreckungslänge.

13. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (38; 40; 42; 44; 46) im Wesentl ichen aus einem Ku nststoff besteht, der aus ei ner Gru ppe ausgewählt ist, die von den Kunststoffen der Gruppe der Polyamide, von Polyethylen, von Polypropylen, von Polyvinylchlorid, von der Gruppe der Polyurethane und von Polyvinylidenfluorid gebildet ist.

14. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (26; 28; 30; 32) als metallischer Rundstab, als metallischer Draht oder als metallisches Band ausgebildet ist.

15. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (26; 28; 30; 32) im Wesentlichen aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die von Stahl, von Titan oder einer Titanlegierung, und von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist.

16. Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (26; 28; 30; 32) in senkrecht zur Erstreckungsrichtung angeordneten Ebenen Querschnitte besitzt, die im Betriebszustand in Randbereichen (54) der Erstreckungslänge eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als in einem mittleren Bereich (52) der Erstreckungslänge.

17. Eloxiervorrichtung zumindest nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte im Wesentlichen ovalförmig ausgebildet sind.

18. Eloxierverfa h ren zu m E l oxi e ren zu m i n d est ei n es i n n en l i eg en d en Flächenelements (22) eines metallischen Rohrkörpers (18), dadurch gekennzeich net, dass eine Eloxiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.

19. Eloxierverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Rohrkörper (18) im Wesentlichen aus Aluminium besteht.