WO2015192818A1 - Anlage zum selektiven plasmapolieren und/oder reinigen der elektrisch leitenden oberfläche von bauteilen - Google Patents

Anlage zum selektiven plasmapolieren und/oder reinigen der elektrisch leitenden oberfläche von bauteilen Download PDF

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WO2015192818A1
WO2015192818A1 PCT/DE2014/100330 DE2014100330W WO2015192818A1 WO 2015192818 A1 WO2015192818 A1 WO 2015192818A1 DE 2014100330 W DE2014100330 W DE 2014100330W WO 2015192818 A1 WO2015192818 A1 WO 2015192818A1
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WO
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polishing
electrolyte
component
installation according
insulating strips
Prior art date
Application number
PCT/DE2014/100330
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Kluchert
Tobias WEISE
Klaus Lingath
Original Assignee
Plasotec Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasotec Gmbh filed Critical Plasotec Gmbh
Publication of WO2015192818A1 publication Critical patent/WO2015192818A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16—Polishing

Definitions

  • the invention relates to a system for selective plasma polishing and / or cleaning of the electrically conductive surface of components, in particular sheets
  • sheets with apertures different thicknesses, sheets with apertures, metal foils (e.g., SMD screen stencils), metal stencils, stencils, wires, and tape materials.
  • metal foils e.g., SMD screen stencils
  • metal stencils e.g., stencils, wires, and tape materials.
  • the surface of the sheets, films tapes and wires and / or the inner surface of the openings can be polished and / or cleaned by means of plasma polishing.
  • the workpieces are immersed in an electrolyte bath for processing.
  • the surface enclosed by the electrolyte is completely processed. It flows a correspondingly high current.
  • Polishing performance is achievable.
  • the object of the invention is therefore to provide a system for selective
  • Metal foils e.g., SM D screen printing stencils
  • metal stencils e.g., stencils, wires and strip materials, and the like, with which a defined one
  • Edge removal at the edge of the component or at the edge of breakthroughs is made possible, for example, the removal of cutting grade of laser-cut sheets with minimal or defined edge rounding.
  • the device should enable the machining of inner surfaces of apertures, improve the surface roughness, increase the corrosion resistance and reduce the surface tension.
  • the reduction of the surface tension reduces the tendency for smudging of SMD and screen printing films.
  • the method should use all the advantages of plasma polishing, meet efficiently and reproducibly given Abtragsnch.
  • a device for selective plasma polishing and / or cleaning of the electrically conductive surface of components, in particular sheets of different thickness, metal sheets with openings, metal foils (eg SMD screen printing stencils), metal stencils, stencils, wires and strip materials and the like only one selective part of the components or workpieces is processed.
  • the entire surface is processed step by step or continuously progressively.
  • the subject of the utility model is that the plasma polishing process is displaced out of the electrolyte bath and, via special polishing pans, only a partial, size-selectable, contact with a flowing, circulating electrolyte is set.
  • the plant for selective plasma polishing and / or cleaning of the electrically conductive surface of components in particular sheets of different thickness, sheets with breakthroughs, metal foils (eg SMD screen stencils), metal stencils, stencils, wires and strip materials, according to the invention at least one cathodically poled polishing trough and a pump piping system with which a
  • Electrolyte is pumped into the polishing pan, the components anodically poled in the provided via the polishing pan electrolytes and / or by this
  • Machining zone processed (polished and / or cleaned).
  • the insulating strips can be adjustable in height and / or exchangeable, so that the height of the processing zone can be changed or adjusted via height-adjustable insulating strips or the use of insulating strips with different heights.
  • the polishing pan is advantageously dimensioned such that the cathode surface, i. the area of the electrolyte level in the polishing trough is a multiple of the selective processing area in the form of the anode surface resulting from the length and height of the processing zone on the component.
  • the ratio of cathode area to anode area is greater than 20: 1.
  • the insulating strips, which are made of an electrically non-conductive material, the polishing pan is secured against direct contact between the anode and cathode.
  • the system has adjustable height
  • Insulating strips for limiting or adjusting the height of the selective processing zone on the workpiece. It is also an electrolyte collecting container, a lifting device or a device for generating a continuous or incremental feed movement with workpiece holder as the anode, a power supply to
  • the polishing pan is provided in the direction of the respective component side on which it is arranged, so with the insulating strips that with them by changing the
  • Isolation strips or their height adjustment of the active electrolyte level is set on the component, the component flows in this area of the electrolyte and thus the polishing current can be determined or adjusted.
  • the polishing pans are arranged on axles displaceable and lockable, so that they can be spaced from each other for insertion of the component, i. Diverge in a horizontal direction and move back together after positioning the component until the insulation strips only by a
  • the polishing trough can be strengthened against twisting and warping by the temperature load by additional stainless steel profiles, so that a good investment of
  • Insulating strips is guaranteed to the workpiece.
  • the electrolyte collecting container is arranged below the polishing troughs in order to collect the electrolyte flowing out of the polishing trough and to prepare it with the corresponding devices for the further process, and to feed it back to the electrolyte circuit.
  • the polishing pans are flooded with electrolyte, so that it overflows over the polishing pans and the insulating strip and is collected in the electrolyte collecting container.
  • the object of the utility model is thus summarized the process-related reduction of the energy input, regardless of the size of the workpiece, but depending on the size of the contact surfaces, so that a thermal influence of the component to be polished is prevented.
  • the object of the utility model continues to be that by unilateral or two-sided delivery of polishing tubs a one-sided or two-sided polishing of the components is made possible, and by the use of additional polishing troughs several workpieces can be processed simultaneously.
  • FIG. 1 shows the front view of a device according to the invention
  • FIG. 1 shows the side view.
  • FIG. 3 shows the plan view according to FIG. 1,
  • FIG. 4 is a schematic representation of the installation in which a component (sheet metal or SMD
  • FIG. 5 shows the basic representation of the plant at the beginning of plasma polishing of the plant
  • FIG. 6 shows the basic illustration of the installation during the plasma polishing of the component
  • FIG. 7 shows the detail A according to FIG. 4,
  • Figure 8 is a schematic representation of the plasma polishing of strip material or wires.
  • the system has, for example, for polishing a component in the form of a sheet, as shown schematically in Figures 1 to 3, a component receptacle 1, which is connected anodically and in which the component 4 can be clamped.
  • the component 4 is preferably at its upper end hanging vertically down in the
  • a polishing trough 2 is arranged on both sides of the surfaces 4 a, 4 b of the component 4. According to FIG. 1, the polishing troughs 2 extend horizontally over the entire width 4c of the component 4 and can reach the component 4 via guide rails 6 be moved to and from this way using appropriate ZuStellantriebe 9.
  • a feed drive 9 is associated with each polishing trough 2, which can adjust the polishing trough 2 horizontally in the direction of the component 4 or away from it.
  • each polishing trough 2 has an insulating strip 3, which is only slightly spaced from it during the machining of the component 4.
  • the component 4, which is clamped in the component holder 1 with its upper end, is height-adjustable by means of a lifting device 9, wherein the lifting device 9, the polishing drive, i. the required for the polishing of the component stroke movement is realized.
  • the polishing troughs 2 can be filled with electrolyte via at least one supply line 10a and an electrolyte pump 10b. Between the ends of the two polishing troughs 2, a closure plate 11 extends to prevent the lateral outflow of the electrolyte. Below the two polishing troughs 2, a collecting container 5 for the electrolyte is positioned.
  • Polishing baths 2 are not yet filled with electrolyte, which is stored in the electrolyte collecting container 5. From the electrolyte collecting container 5, in each case a line 10 a with an electrolyte pump 10 b leads to the polishing troughs 2 arranged above it.
  • the electrolyte collecting container 5 is, as well as the polishing troughs 2, connected as a cathode and the workpiece holder 1 with the workpiece 4 as an anode. After the workpiece 4 has been transferred to the lowermost starting position, the polishing troughs 2 approach close to the component 4 (see FIG. 5) and out of the
  • Electrolyte collecting container 5 the electrolyte E is pumped by means of the electrolyte pumps 10b via the lines 10a in the polishing troughs 2 and does not rise above the here
  • the insulating strips 3 designated upper edge of the insulating strips 3 and runs over the top of the polishing trough 2.1 in the electrolyte collecting container 5, and thus fills the area of the selective processing zone 7 and reaches the surface of the component 4 in the selective processing zone 7, whereby at an applied voltage in In this region of the selective processing zone 7, a plasma is formed and the plasma cleaning and / or polishing process of the surface of the component 4 takes place.
  • the component is moved continuously or stepwise upwards by the polishing drive 9 (see FIG. 6) and thereby processed continuously or stepwise on its surface.
  • the component is thus between the two polishing troughs 2 preferably at a
  • Isolierank 3 is a selective processing height of the selective
  • Processing zone 7 achieved, this is also illustrated in Figure 7. It can be seen that the upper edge of the polishing troughs 2.1 is above the upper edge 3.1 of the insulating strips 3, whereby the continuously fed electrolyte flows over the upper edges 2.1, 3.1 and in the region of the selective processing zone 7 strikes the component surface.
  • Electrolyte E also flows through the small non-designated gap between the insulating strips 3 and the surface of the component 4 down in the here not
  • the cathode area which is determined by the surface of the electrolyte in the container, is a multiple of the selective processing area 7, which
  • the heart of the system are thus the polished tubs 2, which are brought to the component 4 on one side or two sides depending on the task.
  • the polishing troughs 2 are displaceable and lockable mounted on two axes 6 to edit different thicknesses.
  • the workpiece is then located between the longitudinal sides of the two polishing troughs 2 and is moved by the lifting device 8 up or down. About the speed of the lifting device and the height of the selective processing zone 7, the size of the material removal is affected.
  • the polishing troughs 2 are provided in the direction of the component with insulating strips 3 of electrically non-conductive material, which adjusts the height of the electrolyte mirror by changing these insulating strips 3 or by height adjustable insulating strips 3 and thus determines the selective processing zone on the component 4.
  • closure plates 1 1 extend to prevent the lateral flow of the electrolyte E. These closure plates 11 contribute to the construction of a selective polishing bath around the component 4 to be processed.
  • the distance between component 4 and insulating strips 3 is preferably 0, 1 - 1 mm.
  • a component 4 only on a side to be machined with a
  • Polishing tub2 (not shown) are switched as the cathode, with no polishing trough or a polishing trough made of plastic on the other side, so that no processing takes place on this side.
  • the electrolyte liquid flows around the entire component 4 but the processing takes place only on the side of the cathodically connected polishing trough 2, whereby thermal stresses on the unprocessed component side are avoided.
  • the component 4 to be machined is clamped in the component holder 1 and then by means of the drive 9 in a transferred lower starting position by means of a vertical lifting movement.
  • Electrolyte level in the polishing tubs can be adjusted.
  • the polishing current could be used here. So there is the possibility of the max. Optimally use the polishing current of the system and set a lower value for sensitive parts. Furthermore, there is the possibility of controlling the polishing flow on the change in the height of the selective processing zone 7. Thus, the processing time can be adjusted.
  • Processing zone 7 and the pulling speed of the lifting device 8 are shortened.
  • the polishing unit has an electrolyte collecting container 5, which is also known as
  • Electrolyte storage tank is used, a lifting device 8, with one or more
  • the polishing pans 2 are designed to meet the requirements for building a plasma to the polishing process.
  • Electrolyte collecting container 5 is equipped with regulated heating elements (not shown) and a pumping and piping system (10a, 10b) for the electrolyte E.
  • the system is surrounded by a not shown, electrically insulating, protective cover.
  • the front wall of the protective cover above the electrolyte collecting tray 5 is formed as a door or as a roller blind, in which case both side walls can be included.
  • the system is provided with a suction, also not shown.
  • the electrolyte collecting container 5 is designed to catch the outflowing electrolyte E from the upper polishing pans 2.
  • a temperature control not shown, with heating and cooling operation is provided to ensure a constant electrolyte temperature.
  • an electrolyte pump 10 b is installed with lines 10 a to the polishing troughs 2, which is controlled to secure the required electrolyte inflow to the polishing troughs 2.
  • the electrolyte container 5 is externally insulated against heat loss.
  • the system has not shown sensors or measuring devices for detecting the most important properties of the electrolyte E.
  • An important property is the pH of the electrolyte.
  • a minimum / maximum value can be set via a measuring device.
  • the automatic addition of substances can be carried out via one or more metering devices in order to maintain the prescribed pH value.
  • measuring devices for measuring the concentration and / or conductivity are integrated into the system.
  • a temperature sensor allows for exceeding a predetermined temperature of the electrolyte, its cooling, and falls below the predetermined temperature, the connection of the heater.
  • the component holder 1 is designed so that the components in existing there
  • Drilled holes and tensioned or just cocked Drilled holes and tensioned or just cocked.
  • the electrical contact of the component 4 is ensured to the anode.
  • the workpiece holders not shown in detail are integrated in the lifting device 8 of the system.
  • the lifting device 8 is adjustable in speed and operates vibration.
  • the lifting device 8 can be moved at an increased speed.
  • the working paths of the lifting device 8 are adjusted by sensors, not shown.
  • the system ( Figure 8) is to be designed so that the component 4 - here the tape and / or the wire materials can be plasma-coated or cleaned in a continuous process.
  • the system already described construction on, only the workpiece holder with
  • Lifting device is omitted, in addition to the above-described system, a rolling device 12 for the starting material, and a retractor 13 are provided for the machined material, preferably via the retractor, the required pulling movement and thus the advancing movement of the component 4, here the tape or the wire at whose rolling up is realized.
  • the unwinding device 12 From the unwinding device 12, the material is passed from the direction of the underside of the polishing troughs 2 between them and thereby plasma-polished or cleaned and wound on the retractor 13.
  • a rinsing device 14 and a hot air drying 15 are arranged in front of the retractor 12. To protect the machined surface, it is possible to roll up an intermediate layer 16.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum selektiven Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden Oberfläche von Bauteilen (4), insbesondere von Blechen unterschiedlicher Stärke, Blechen mit Durchbrüchen, Metallfolien (z.B. SMD-Siebdruckschablonen), Metallschablonen, Schablonen, Drähten und Bandmaterialien, wobei die Anlage erfindungsgemäß wenigstens eine kathodisch gepolte Polierwanne (2) und ein Pumpen-Leitungssystem aufweist, mit dem ein Elektrolyt (E) in die Polierwanne (2) gepumpt wird, die Bauteile (4) anodisch gepolt in den über die Polierwanne (2) bereitgestellten Elektrolyten (E) eintauchbar und/oder durch diesen hindurchführbar sind und dass die Anlage quer zum Bauteil (4) Isolierleisten (3) aufweist, mit welchen die Höhe der selektiven Bearbeitungszone (7) bestimmbar und damit die mit dem Elektrolyten (E) in Kontakt befindliche selektive Bearbeitungsfläche (Anodenfläche) des Bauteils (4) einstellbar ist.

Description

Anlage zum selektiven Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden
Oberfläche von Bauteilen
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum selektiven Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden Oberfläche von Bauteilen, insbesondere von Blechen
unterschiedlicher Stärke, Blechen mit Durchbrüchen, Metallfolien (z.B. SMD- Siebdruckschablonen), Metallschablonen, Schablonen, Drähten und Bandmaterialien.
Dabei kann die Oberfläche der Bleche, Folien Bänder und Drähte und/oder die innere Oberfläche der Durchbrüche mittels Plasmapolieren poliert und/oder gereinigt werden.
Bekannt ist das Verfahren des elektrolytischen Polierens von Blechen und Schablonen. Bei diesem Verfahren werden mittels manuellem Wischverfahren Säuren auf das zu bearbeitende Werkstück aufgetragen.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt, verursacht durch den Einsatz hochkonzentrierter Säuren, in einem starken Materialabtrag an der Oberfläche und den Konturen. Gerade dünne Folien werden in ihrer Folienstärke geschwächt. Die erreichbaren Rauheitswerte entsprechen nur mittleren Anforderungen. Eine Reproduzierbarkeit des Prozesses ist nicht gegeben.
Bekannt ist die mechanische Politur. Nachteil sind ein ungleichmäßiger Materialabtrag und die kaum realisierbare Politur der Kanten und Innenflächen von Durchbrüchen. Gerade das Entfernen von Grat, der beim Laserschneiden von Blechen entsteht, ist mangelhaft.
Aus den Druckschriften DE 10 207 632 B4, DE 10 2006 016 368 B4 und DE 20 2005 005 664 IM ist weiterhin das Plasmapolieren von Bauteilen bekannt.
Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke zur Bearbeitung in ein Elektrolytbad eingetaucht. Die vom Elektrolyten umschlossene Oberfläche wird vollständig bearbeitet. Es fließt ein entsprechend hoher Strom.
Nachteil dieses Verfahrens bei der Bearbeitung von Blechen größerer Oberflächen ist der hohe Stromeintrag, verbunden mit einer hohen Erwärmung des Elektrolyten.
Bei dünnwandigen Blechen und Schablonen treten Spannungen und Verformungen auf. Das langsame Eintauchen führt zu einem unterschiedlichen Materialabtrag, bedingt durch eine unterschiedliche Bearbeitungszeit. Bekannt ist die„Einrichtung zum Plasmapolieren unter Verwendung eines flüssigen Elektrolyten" nach der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 011 646 111.
Nachteil dieser Einrichtung ist, dass, der Elektrolyt an eine begrenzte Anströmfläche der zu polierenden Oberfläche herangeführt wird und damit nur eine sehr begrenzte
Polierleistung erreichbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Anlage zum selektiven
Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden Oberfläche von Bauteilen, insbesondere von Blechen unterschiedlicher Stärke, Blechen mit Durchbrüchen,
Metallfolien (z.B. SM D-Siebdruckschablonen), Metallschablonen, Schablonen, Drähten und Bandmaterialien und dergleichen zu entwickeln, mit welcher ein definierter
Kantenabtrag am Rand des Bauteils bzw. am Rand von Durchbrüchen ermöglicht wird, zum Beispiel den Abtrag von Schneidgrad an lasergeschnittenen Blechen bei minimaler bzw. definierter Kantenabrundung.
Weiterhin soll die Einrichtung die Bearbeitung von Innenflächen von Durchbrüchen ermöglichen, die Oberflächenrauheit verbessern, die Korrosionsbeständigkeit erhöhen und die Oberflächenspannung verringern. Die Verringerung der Oberflächenspannung reduziert die Neigung zur Verschmutzung von SMD- und Siebdruckfolien.
Das Verfahren soll alle Vorteile des Plasmapolierens nutzen, effizient und reproduzierbar vorgegebene Abtragsleistungen erfüllen.
Aufwendige Verfahren zum Beschichten von SMD-Folien bzw. SMD- Siebdruckschablonen, die zur Reduzierung von Oberflächenspannungen und damit zur Verbesserung der Druckqualität führen, können entfallen.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zum selektiven Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden Oberfläche von Bauteilen, insbesondere von Blechen unterschiedlicher Stärke, Blechen mit Durchbrüchen, Metallfolien (z.B. SMD- Siebdruckschablonen), Metallschablonen, Schablonen, Drähten und Bandmaterialien und dergleichen zur Verfügung gestellt, bei der nur jeweils ein selektiver Teil der Bauteile bzw. Werkstücke bearbeitet wird. Die Bearbeitung der gesamten Fläche erfolgt schrittweise oder kontinuierlich fortschreitend. Gegenstand des Gebrauchsmusters besteht darin, dass der Plasmapolierprozess aus der Elektrolytwanne heraus verlagert wird, und über spezielle Polierwannen ein nur teilweiser, in seiner Größe wählbarer, Kontakt mit einem fließenden, sich umwälzenden Elektrolyten, eingestellt wird.
Die Anlage zum selektiven Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden Oberfläche von Bauteilen, insbesondere von Blechen unterschiedlicher Stärke, Blechen mit Durchbrüchen, Metallfolien (z.B. SMD-Siebdruckschablonen), Metallschablonen, Schablonen, Drähten und Bandmaterialien, weist erfindungsgemäß wenigstens eine kathodisch gepolte Polierwanne und ein Pumpen-Leitungssystem auf, mit dem ein
Elektrolyt in die Polierwanne gepumpt wird, die Bauteile anodisch gepolt in den über die Polierwanne bereitgestellten Elektrolyten eintauchbar und/oder durch diesen
hindurchführbar sind wobei die Anlage quer zum Bauteil Isolierleisten aufweist, mit welchen die Höhe der selektiven Bearbeitungszone bestimmbar und damit die mit dem Elektrolyten in Kontakt befindliche selektive Bearbeitungsfläche (Anodenfläche) des Bauteils einstellbar ist.
Es wird dabei jeweils am Bauteil ein "Streifen" im Bereich der selektiven
Bearbeitungszone bearbeitet (poliert und/oder gereinigt). Durch kontinuierliches oder schrittweises Bewegen des Bauteils durch diese partielle Bearbeitungszone hindurch, wird entweder schrittweise, bei einer schrittweisen Bewegung des Bauteils, dessen Bearbeitung durchgeführt oder es erfolgt eine kontinuierliche Bewegung des Bauteils durch die Bearbeitungszone hindurch und damit ein kontinuierliches Bearbeiten des Bauteils. Die Isolierleisten können dabei höhenverstellbar und/oder wechselbar sein, so dass über höhenverstellbare Isolierleisten oder den Einsatz von Isolierleisten mit unterschiedlicher Höhe die Höhe der Bearbeitungszone veränderbar bzw. einstellbar ist.
Die Polierwanne wird vorteilhafter Weise so dimensioniert ist, dass die Kathodenfläche, d.h. die Fläche des Elektrolytspiegels in der Polierwanne ein Vielfaches der selektiven Bearbeitungsfläche in Form der Anodenfläche ist, die sich aus der Länge und Höhe der Bearbeitungszone am Bauteil ergibt.
Vorzugsweise ist das Verhältnis Kathodenfläche zu Anodenfläche größer als 20 : 1. Durch die Isolierleisten, die aus einem elektrisch nicht leitendem Material bestehen, ist die Polierwanne gegen einen direkten Kontakt zwischen Anode und Kathode gesichert ist. Wie bereits vorgenannt beschrieben weist die Anlage in ihrer Höhe verstellbare
Isolierleisten zur Begrenzung bzw. Einstellung der Höhe der selektiven Bearbeitungszone am Werkstück auf. Es ist weiterhin ein Elektrolytauffangbehälter eine Hubvorrichtung bzw. eine Einrichtung zur Erzeugung einer kontinuierlichen oder schrittweisen Vorschubbewegung mit Werkstückaufnahme als Anode, einer Energieversorgung zur
Bereitstellung des Polierstromes und der Polierspannung und eine Steuerung zur
Regulierung der Fließgeschwindigkeit des Elektrolyten vorgesehen. Die Polierwanne ist in Richtung zu der jeweiligen Bauteilseite auf welcher sie angeordnet ist, so mit den Isolierleisten versehen, dass mit ihnen durch den Wechsel der
Isolationsleisten oder deren Höhenverstellung der aktive Elektrolytspiegel am Bauteil eingestellt wird, am Bauteil in diesem Bereich der Elektrolyt anströmt und damit der Polierstrom bestimmbar bzw. einstellbar ist.
Vorteilhafter Weise sind die Polierwannen auf Achsen verschiebbar und feststellbar angeordnet, so dass diese zum Einlegen des Bauteils voneinander beabstandet werden können, d.h. in horizontaler Richtung auseinander fahren und nach dem Positionieren des Bauteil wieder zusammenfahren, bis die Isolationsleisten nur noch durch einen
geringfügigen Spalt vom Bauteil beabstandet sind bzw. am Bauteil anliegen.
Die Polierwanne kann gegen Verdrehen und Verziehen durch die Temperaturbelastung durch zusätzliche Edelstahlprofile verstärkt sein, so dass eine gute Anlage der
Isolierleisten an das Werkstück gewährleistet wird.
Der Elektrolytauffangbehälter ist unterhalb der Polierwannen angeordnet ist, um den aus der/n Polierwannen abfließenden, Elektrolyten aufzufangen und mit den entsprechenden Einrichtungen für den weiteren Prozess vorzubereiten, und dem Elektrolytkreislauf wieder zuzuführen.
Während der Bearbeitung werden die Polierwannen mit Elektrolyt geflutet, so dass dieser über die Polierwannen und die Isolierleiste überläuft und im Elektrolytauffangbehälter aufgefangen wird.
Durch die selektive Bearbeitungszone, die immer nur an einem "streifenförmigen Bereich" am Bauteil wirkt, kann die benötigte Energie erheblich reduziert und die Bauteile werden ohne bzw. mit nur geringer thermischer Beeinflussung poliert und/oder gereinigt, wodurch deren Oberflächenqualität hervorragend ist.
Gegenstand des Gebrauchsmusters ist somit zusammenfassend die verfahrensbedingte Reduzierung des Energieeintrages, unabhängig von der Größe des Werkstücks, aber abhängig von der Größe der Kontaktflächen, so dass eine thermische Beeinflussung des zu polierenden Bauteiles verhindert wird.
Der Gegenstand des Gebrauchsmusters besteht weiterhin darin, dass durch einseitige bzw. beidseitige Zustellung der Polierwannen ein einseitiges- bzw. beidseitiges Polieren der Bauteile ermöglicht wird, und durch den Einsatz weiterer Polierwannen mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Frontansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Figur 2 die Seitenansicht gem. Figur 1 ,
Figur 3 die Draufsicht gemäß Figur 1 ,
Figur 4 eine Prinzipdarstellung der Anlage, bei welcher ein Bauteil (Blech oder SMD-
Schablone) in der Startposition vor Beginn des Plasmapolierens positioniert wurde,
Figur 5 die Prinzipdarstellung der Anlage bei Beginn des Plasmapolierens des
Bauteils,
Figur 6 die Prinzipdarstellung der Anlage während des Plasmapolierens des Bauteils Figur 7 die Einzelheit A gemäß Figur 4,
Figur 8 eine Prinzipdarstellung des Plasmapolierens von Bandmaterial oder Drähten.
Die Anlage weist beispielsweise zum Polieren eines Bauteils in Form eines Bleches, wie es in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellt ist, eine Bauteilaufnahme 1 auf, die anodisch geschaltet ist und in welcher das Bauteil 4 einspannbar ist. Das Bauteil 4 wird dabei bevorzugt an seinem oberen Ende senkrecht nach unten hängend in die
Bauteilaufnahme 4 eingespannt. In einer Höhe eines selektiven Bearbeitungsbereiches sind beidseitig zu den Oberflächen 4a, 4b des Bauteils 4 jeweils eine Polierwanne 2 angeordnet. Die Polierwannen 2 erstrecken sich gemäß Figur 1 horizontal über die gesamte Breite 4c des Bauteils 4 und können über Führungsschienen 6 auf das Bauteil 4 zu und von diesem weg unter Verwendung entsprechender ZuStellantriebe 9 bewegt werden. In dem Ausführungsbeispiel gem. Figur 1 bis 3 ist jeder Polierwanne 2 ein Zustellantrieb 9 zugeordnet, der die Polierwanne 2 horizontal in Richtung zum Bauteil 4 bzw. von diesem weg verstellen kann. In Richtung zum Bauteil weist jede Polierwanne 2 eine Isolierleiste 3 auf, welche bei der Bearbeitung des Bauteils 4 nur geringfügig von diesem beabstandet ist.
Das Bauteil 4, welches in der Bauteilaufnahme 1 mit seinem oberen Ende eingespannt ist, ist mittels einer Hubeinrichtung 9 höhenverstellbar, wobei über die Hubeinrichtung 9 auch der Polierantrieb, d.h. die für das Polieren des Bauteils erforderliche Hubbewegung, realisiert wird.
Die Polierwannen 2 sind über wenigstens eine Zuleitung 10a und eine Elektrolytpumpe 10b mit Elektrolyt füllbar. Zwischen den Enden der beiden Polierwannen 2 erstreckt sich eine Verschlussplatte 11 , um das seitliche Abfließen des Elektrolyten verhindern. Unterhalb der beiden Polierwannen 2 ist ein Auffangbehälter 5 für den Elektrolyt positioniert.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass das Bauteil 4 in dem Bereich, in welchem es mittels des Elektrolyten bearbeitet werden soll, allseitig umschlossen ist von den beiden
Polierwannen 2 mit den Isolierleisten 3 und den die Polierwannen endseitig verbindenden Verschlussplatten 11. Die Oberkanten 3.1 der Isolierleisten 3 befinden sich unterhalb der Oberkanten 2.1 der Polierwannen, wodurch die Höhe der selektiven Bearbeitungszone 7 zum Bauteil 4 definiert wird, was aus Figur 2 ersichtlich ist. Eine Prinzipdarstellung der Anlage, bei welcher ein Bauteil 4 (Blech oder SMD-
Schablone) in der Startposition vor Beginn des Plasmapolierens positioniert wurde, zeigt Figur 4. Die beiden Polierwannen 2 wurden über die Führungsschienen 6 und den Zustellantrieb 9 auseinander gefahren, so dass das in der Werkstückaufnahme 1 aufgenommene Bauteil 4 über die Hubeinrichtung 8 mittels eines Schnellvorlaufs in seine in Figur 4 dargestellte untere Ausgangsposition überführt werden konnte. Die
Polierwannen 2 sind noch nicht mit Elektrolyt gefüllt, der in dem Elektrolytauffangbehälter 5 bevorratet ist. Von dem Elektrolytauffangbehälter 5 führt jeweils eine Leitung 10a mit einer Elektrolytpumpe 10b zu den darüber angeordneten Polierwannen 2.
Der Elektrolytauffangbehälter 5 ist, wie auch die Polierwannen 2, als Kathode und die Werkstückaufnahme 1 mit dem Werkstück 4 als Anode geschaltet. Nachdem das Werkstück 4 in die unterste Ausgangsposition überführt wurde, fahren die Polierwannen 2 bis nahe an das Bauteil 4 heran (siehe Figur 5) und aus dem
Elektrolytauffangbehälter 5 wird der Elektrolyt E mittels der Elektrolytpumpen 10b über die Leitungen 10a in die Polierwannen 2 gepumpt und steigt über den hier nicht
bezeichneten oberen Rand der Isolierleisten 3 hinaus und läuft über die Oberkante der Polierwannen 2.1 in den Elektrolytauffangbehälter 5 ab, und füllt somit den Bereich der selektiven Bearbeitungszone 7 und gelangt an die Oberfläche des Bauteils 4 in der selektiven Bearbeitungszone 7, wodurch bei einer anliegenden Spannung in diesem Bereich der selektiven Bearbeitungszone 7 ein Plasma entsteht und der Plasma- Reinigungs- und/oder Poliervorgang der Oberfläche des Bauteils 4 erfolgt. Das Bauteil wird durch den Polierantrieb 9 kontinuierlich oder schrittweise nach oben gefahren (siehe Figur 6) und dabei kontinuierlich oder schrittweise an seiner Oberfläche bearbeitet.
Das Bauteil wird somit zwischen den beiden Polierwannen 2 bevorzugt bei einer
Ziehgeschwindigkeit von 0,02 - 1 ,40 m/min. hindurch gezogen, insbesondere von der unteren Ausgangsstellung nach oben.
Durch die Isolierleisten 3 wird eine selektive Bearbeitungshöhe der selektiven
Bearbeitungszone 7 erreicht, dies wird auch in Figur 7 verdeutlicht. Daraus ist ersichtlich, dass die Oberkante der Polierwannen 2.1 über der Oberkante 3.1 der Isolierleisten 3 liegt, wodurch der kontinuierlich zugeleitete Elektrolyt über die Oberkanten 2.1 , 3.1 strömt und im Bereich der selektiven Bearbeitungszone 7 auf die Bauteiloberfläche trifft. Der
Elektrolyt E strömt auch durch den geringen nicht bezeichneten Spalt zwischen den Isolierleisten 3 und der Oberfläche des Bauteils 4 nach unten in den hier nicht
ersichtlichen Elektrolytauffangbehälter ab.
Die Kathodenfläche, welche durch die Oberfläche des im Behälter befindlichen Elektrolyts bestimmt wird, ist ein Vielfaches der selektiven Bearbeitungsfläche 7, welche die
Anodenfläche definiert. Das Herz der Anlage sind somit die die Polierwannen 2, die je nach Aufgabenstellung einseitig oder zweiseitig an das Bauteil 4 herangeführt werden. Die Polierwannen 2 sind dazu verschieb- und feststellbar auf zwei Achsen 6 gelagert, um unterschiedliche Materialstärken bearbeiten zu können. Das Werkstück befindet sich dann zwischen den Längsseiten der zwei Polierwannen 2 und wird durch die Hubvorrichtung 8 nach oben oder unten bewegt. Über die Geschwindigkeit der Hubvorrichtung und die Höhe der selektiven Bearbeitungszone 7 wird die Größe des Materialabtrags beeinflusst. Die Polierwannen 2 sind in Richtung des Bauteils mit Isolierleisten 3 aus elektrisch nicht leitendem Material versehen, mit denen man die Höhe des Elektrolytspiegels durch den Wechsel dieser Isolierleisten 3 oder durch in ihrer Höhe verstellbare Isolierleisten 3 einstellt und damit die selektive Bearbeitungszone am Bauteil 4 festlegt.
Zwischen den beiden Enden der Polierwannen 2 erstrecken sich Verschlussplatten 1 1 , um das seitliche Abfließen des Elektrolyten E zu verhindern. Diese Verschlussplatten 11 tragen mit dazu bei, dass um das zu bearbeitende Bauteil 4 ein selektives Polierbad aufgebaut wird. Der Abstand zwischen Bauteil 4 und Isolierleisten 3 beträgt bevorzugt 0, 1 - 1 mm.
Durch diese konstruktive Lösung besteht die Möglichkeit, dass das Bauteil beim Einsatz von zwei Polierwannen in Höhe des Elektrolytspiegels voll vom Elektrolyten umgeben ist. Durch die gewählte Konstruktion wird nur ein selektiver Teil des Bauteils, der mit dem Elektrolyten in Kontakt steht, bearbeitet. Dies kann einseitig mit nur einer Polierwanne 2 erfolgen, zweiseitig (wie in den Figuren dargestellt, mit 2 Polierwannen 2 oder z.B. 2 Bauteile beidseitig mit 3 jeweils nebeneinander angeordneten und auf jeder Seite der beiden Bauteile Polierwannen 2. Mehrere Bauteile gleichzeitig zu bearbeiten ist mit weiteren Polierwannen möglich, wenn diese kaskadiert werden, d.h. nebeneinander angeordnet werden und jeweils zwischen zwei benachbarten Polierwannen 2 ein Bauteil 4 bearbeitet wird. Die Polierwannen 2 sind z.B. aus Edelstahl gefertigt und als Kathode an die Energieversorgung angeschlossen.
Alternativ kann auch ein Bauteil 4 nur auf einer zu bearbeitenden Seite mit einer
Polierwanne2 (nicht dargestellt) als Kathode geschaltet werden, wobei sich auf der anderen Seite keine Polierwanne oder eine Polierwanne aus Kunststoff befindet, so dass auf dieser Seite keine Bearbeitung erfolgt. Die Elektrolytflüssigkeit umspült dabei das gesamte Bauteil 4 aber die Bearbeitung erfolgt nur auf der Seite der kathodisch verschalteten Polierwanne 2, wodurch thermische Spannungen auf der unbearbeiteten Bauteilseite vermieden werden Das zu bearbeitende Bauteil 4 wird in die Bauteilaufnahme 1 eingespannt und dann mittels des Zustallantriebs 9 in eine untere Ausgangsposition mittels einer vertikalen Hubbewegung überführt.
Alternativ ist es möglich, dass über ein geregeltes Pumpen-Leitungssystem der
Elektrolytspiegel in den Polierwannen eingestellt werden kann. Als Regelgröße könnte hier der Polierstrom genutzt werden. So besteht die Möglichkeit den max. Polierstrom der Anlage optimal zu nutzen und bei sensiblen Teilen einen geringeren Wert vorzugeben. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Regelung des Polierstromes über die Änderung der Höhe der selektiven Bearbeitungszone 7. Somit kann die Bearbeitungszeit unter
Beibehaltung der angestrebten Polierleistung bei Vergrößerung der selektiven
Bearbeitungszone 7 sowie der Ziehgeschwindigkeit der Hubeinrichtung 8 verkürzt werden.
Die Poliereinheit besitzt einem Elektrolytauffangbehälter 5, der auch als
Elektrolytvorratsbehälter dient, eine Hubvorrichtung 8 , mit einer oder mehreren
Werkstückhalterungen/ Bauteilaufnahmen 1 als Anode, und einer oder mehreren
Polierwannen 2 zur Aufnahme des Elektrolyten E für den Plasmapolier- oder
Reinigungsprozess als Kathode. Die Polierwannen 2 sind so ausgelegt, dass sie die Anforderungen zum Aufbau eines Plasmas zum Polierprozess erfüllen. Der
Elektrolytauffangbehälter 5 ist mit nicht dargestellten geregelten Heizelementen und einem Pump - und Leitungssystem (10a, 10b) für den Elektrolyten E ausgestattet.
Die Anlage ist umgeben von einer nicht dargestellten, elektrisch isolierenden, Schutzhülle. Zum Einrichten und Bestücken der Anlage wird die vordere Wand der Schutzhülle oberhalb der Elektrolytauffangwanne 5 als Tür oder als Rollo ausgebildet, wobei dann beide Seitenwände mit einbezogen werden können. Im oberen Teil der Schutzhülle ist die Anlage mit einer ebenfalls nicht dargestellten Absaugung versehen.
Der Elektrolytauffangbehälter 5 ist so gestaltet, dass er den abfließenden Elektrolyten E aus den oberen Polierwannen 2 auffängt.
In bzw. an dem Elektrolytauffangbehälter 5 ist eine nicht dargestellte Temperaturregelung mit Heiz- und Kühlbetrieb vorhanden, um eine gleichbleibende Elektrolyttemperatur zu gewährleisten.
In bzw. an dem Elektrolytauffangbehälter 5 ist eine Elektrolytpumpe 10b mit Leitungen 10a zu den Polierwannen 2 installiert, welche geregelt wird, um den erforderlichen Elektrolytzufluss zu den Polierwannen 2 zu sichern. Der Elektrolytbehälter 5 ist außen gegen Wärmeverlust isoliert. Weiterhin weist die Anlage nicht dargestellte Sensoren bzw. Messeinrichtungen zur Erfassung der wichtigsten Eigenschaften des Elektrolyten E auf. Eine wichtige Eigenschaft ist der pH - Wert des Elektrolyten. Über eine Messeinrichtung kann z.B. ein Minimal - / - Maximal - Wert eingestellt werden. Über eine oder mehrere Dosiereinrichtungen kann die automatische Zugabe von Substanzen erfolgen, um den vorgegebenen pH - Wert zu einzuhalten. Weiterhin ist in die Anlage Messeinrichtungen zur Messung der Konzentration und/oder der Leitfähigkeit integriert. Ein Temperatursensor ermöglicht bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur des Elektrolyten, dessen Kühlung, und bei Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur das Zuschalten der Heizung. Die Bauteilaufnahme 1 ist so ausgebildet, dass die Bauteile in dort vorhandene
Bohrungen aufgehängt und gespannt oder nur gespannt werden.
Über die Aufnahme- bzw. Spannvorrichtung (Bauteilaufnahme 1) wird der elektrische Kontakt des Bauteils 4 zur Anode sichergestellt.
Die nicht im einzelnen dargestellten Werkstückhalterungen sind in die Hubeinrichtung 8 der Anlage integriert. Die Hubeinrichtung 8 ist in ihrer Geschwindigkeit regelbar und arbeitet vibrationsarm.
Für die Durchführung von Einstellarbeiten kann die Hubeinrichtung 8 mit erhöhter Geschwindigkeit verfahren werden. Die Arbeitswege der Hubeinrichtung 8 werden über nicht dargestellte Sensoren eingestellt.
Für die Bearbeitung von Bändern und Drähten ist die Anlage (Figur 8) so zu gestalten, dass das Bauteil 4 - hier die Band und/oder die Drahtmaterialien im Durchlaufverfahren plasmapoliert oder gereinigt werden können. Im Wesentlichen weist die Anlage bereits beschriebenen konstruktiven Aufbau auf, lediglich die Werkstückaufnahme mit
Hubeinrichtung entfällt, dafür sind zusätzlich zur vorgenannt beschriebenen Anlage eine Abrolleinrichtung 12 für das Ausgangsmaterial, und eine Aufrolleinrichtung 13 für das bearbeitete Material vorgesehen, wobei bevorzugt über die Aufrolleinrichtung die erforderliche Zugbewegung und damit die Vorschubbewegung des Bauteils 4, hier des Bandes oder des Drahtes bei dessen Aufrollen realisiert wird. Von der Abrolleinrichtung 12 wird das Material aus Richtung der Unterseite der Polierwannen 2 zwischen diesen hindurchgeführt und dabei Plasmapoliert oder gereinigt und auf der Aufrolleinrichtung 13 aufgewickelt. Weiterhin sind eine Spüleinrichtung 14 und eine Warmlufttrocknung 15 vor der Aufrolleinrichtung 12 angeordnet. Zum Schutz der bearbeiteten Oberfläche besteht die Möglichkeit eine Zwischenlage 16 mit aufzurollen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anlage zum selektiven Polieren und Reinigen elektrisch leitender Oberflächen von Blechen, Blechen mit Durchbrüchen, Schablonen und Bandmaterialien wird erstmalig ein effektives selektives Plasmapolieren und Reinigen großflächiger Bauteile ermöglicht. Die Verbindung der Poliereinheit mit der Nutzung des Plasmapolierprozesses ist die Voraussetzung für eine prozesssichere und qualitativ hochwertige Bearbeitung von dünnwandigen Folien und Blechen. Zum Einfahren der Teile können die Wannen seitlich weggefahren werden um die Vorpositionierung der Bauteile in ihrer unteren Endlage schnell zu realisieren (Eilvorlauf) und ein Verklemmen der Bauteile zwischen den Wannen bei Herstellen der
Ausgangsposition zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zum selektiven Plasmapolieren und/oder Reinigen der elektrisch leitenden Oberfläche von Bauteilen (4), insbesondere von Blechen unterschiedlicher Stärke, Blechen mit Durchbrüchen, Metallfolien (z.B. SMD-Siebdruckschablonen),
Metallschablonen, Schablonen, Drähten und Bandmaterialien, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens eine kathodisch gepolte Polierwanne (2) und ein Pumpen-Leitungssystem aufweist, mit dem ein Elektrolyt (E) in die Polierwanne (2) gepumpt wird, die Bauteile (4) anodisch gepolt in den über die Polierwanne (2) bereitgestellten Elektrolyten (E) eintauchbar und/oder durch diesen hindurchführbar sind, dass die Anlage quer zum Bauteil (4) Isolierleisten (3) aufweist, mit welchen die Höhe der selektiven Bearbeitungszone (7) bestimmbar und damit die mit dem Elektrolyten (E) in Kontakt befindliche selektive
Bearbeitungsfläche (Anodenfläche) (7) des Bauteils (4) einstellbar ist.
Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierleisten (3) höhenverstellbar und/oder wechselbar sind.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierwanne (2) so dimensioniert ist, dass die Kathodenfläche ein Vielfaches der selektiven Bearbeitungsfläche (7) in Form der Anodenfläche ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis
Kathodenfläche zu Anodenfläche größer 20 : 1 ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Isolierleisten (3) die Polierwanne (2) gegen einen direkten Kontakt zwischen Anode und Kathode gesichert ist. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese in ihrer Höhe verstellbare Isolierleisten (3) zur Begrenzung der Höhe der selektiven Bearbeitungszone (7) am Werkstück, einen Elektrolytauffangbehälter (5), eine Hubvorrichtung (8) mit Werkstückaufnahme (4) als Anode, einer
Energieversorgung zur Bereitstellung des Polierstromes und der Polierspannung und eine Steuerung zur Regulierung der Fließgeschwindigkeit des Elektrolyten (E) aufweist. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierwanne (2) an der Bauteilseite so mit den Isolierleisten (3) versehen ist, dass mit ihnen die Höhe, durch den Wechsel der Isolationsleisten oder deren
Höhenverstellung, der aktive Elektrolytspiegels (7) am Bauteil (4)eingestellt wird, das Bauteil (4) in diesem Bereich in den Elektrolyten (E) eintaucht und damit der Polierstrom bestimmbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierwannen (2) auf Achsen (6) verschiebbar und feststellbar angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierwanne (2) gegen Verdrehen und Verziehen durch die Temperaturbelastung durch zusätzliche Edelstahlprofile verstärkt ist und damit eine gute Anlage der Isolierleisten an das Werkstück gewährleistet wird.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierwannen (2) mit elektrischen Isolierleisten (3) versehen sind, um einen direkten Kontakt zwischen Anode und Kathode zu verhindern.
1 1. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
gekennzeichnet, dass der Elektrolytauffangbehälter (5) unterhalb der
Polierwannen (2) angeordnet ist, um den, aus den Polierwannen (2) abfließenden, Elektrolyten aufzufangen und mit den entsprechenden Einrichtungen für den weiteren Prozess vorzubereiten, und dem Elektrolytkreislauf wieder zuzuführen.
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