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Verfahren und Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von
Metallen in Trommeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtungen für elektrolytische Trommelbearbei- tung, d. h. für eine Behandlungsart, bei der eine umlaufende Trommel verwendet wird, in der vor allem
Schutt-Teile bearbeitet werden können. Weiterhin bezieht sich die Erfindung insbesonders (zumal diese
Anwendungsart von grösserem Interesse ist), aber nicht ausschliesslich, auf Vorrichtungen für das anodische
Polieren, speziell für das Polieren von grossen Mengen von Metallteilen kleiner Abmessungen, wie etwa
Schrauben, Klammern, Ösen usw.
Zweck der Erfindung ist es, diese Vorrichtungen so zu gestalten, dass sicherere und genauere Erge- nisse erzielt werden, als es bisher möglich war.
Die Erfindung besteht bei den genannten Vorrichtungen in erster Linie darin, eine metallische Trom- mel zu verwenden, die aus Titan gefertigt ist, da dieses Metall vielerlei Vorzüge aufweist. Zu diesen zählt unter anderem, dass das Metall gegenüber praktisch allen gebräuchlichen Elektrolyten passiv ist und weiterhin, dass es eine Schicht bildet, die zugleich eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit aufweist und einen elektrischen Widerstand, der genügend niedrig ist, um die erforderlichen Stromdichten zu erzielen.
Die Erfindung umfasst, abgesehen von dieser Hauptforderung, gewisse Anordnungen, die vorzugsweise gleichzeitig verwendet werden und die im nachstehenden genauer ausgeführt werden.
In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 schematisch eine Trommel zum anodischen Polieren entsprechend der Erfindung im Längsschnitt und im Querschnitt und Fig. 3 in grösserem Massstabe und von der Seite gesehen eines der Lager dieses Gerätes.
Beim anodischen Polieren von Kleinteilen wird wie folgt oder in analoger Weise vorgegangen. Dabei ist es klar, dass die verschiedenen Anordnungen, die nachstehend beschrieben werden, genau so gut auf alle andern elektrolytischen Behandlungen angewendet werden können, d. h. ebenso auf diejenigen, wie Verchromung, Verzinnung usw., worin die Metallablagerung durch Elektrolyse erfolgt.
Zunächst ist darauf hinzuweisen, dass das Polieren in Massen von kleinen Teilen mit Hilfe von Trommeln, wie sie üblicherweise für elektrolytische Ablagerungen verwendet werden, sich als schwierig herausgestellt hat, u. zw.. wegen der hohen beim Elektropolieren verwendeten Stromdichten von etwa 20 bis 40 A/dm2 anstatt von 0, 1 bis 5 A/dm2 für galvanische Niederschläge.
Beim elektrolytischen Aufbringen von Überzugen werden Trommeln aus Kunststoff verwendet, bei denen der Kathodenstrom den zu bearbeitenden Teilen durch einige Kontakte zugeführt wird, die am Umfang der Trommel angeordnet sind. Die Kontaktfläche der Teile mit diesen Kontaktstücken ist selbstverständlich sehr gering und die Kontaktwiderstände zwischen den Teilen und den Kontaktstücken sehr verschieden, wodurch sich eine sehr ungleichmässige Verteilung des Kathodenstromes auf den Teilen ergibt ; dies erklärt, dass die Behandlung der Teile in einer Trommel zur Erzielung einer relativ gleichmässigen Schicht auf den Teilen sehr lange dauert.
Wenn diese Anordnung auf das anodische Polieren angewendet werden soll, dann verhindert diese Änderung der Kontaktwiderstände jeden Erfolg, insbesondere dann, wenn es sich um sehr beträchtliche Stromdichten handelt.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, die Trommeln aus einem Metall zu fertigen, das eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegenüber den Elektrolyten aufweist. Aber diese Widerstandsfähigkeit ist niemals vollkommen und würde jedenfalls nur bei bestimmten Elektrolyten, aber nicht bei allen andern, ausreichend sein. In diesem Zusammenhang wurde an die Verwendung von Aluminium, Tantal und andern Metallen gedacht. Generell kann gesagt werden, dass die infolge der Passivierung oder infolge des ersten Angriffes durch den Elektrolyten erzeugten Passivschichten auf Trommeln, die aus den bisher vorgeschlagenen Metallen gefertigt sind. sehr spröde sind, wie es z. B. bei Tantal der Fall ist. Darüber hinaus sind diese Schichten in einer Weise isolierend, die es nicht erlaubt, eine ausreichende Stromdichte zu erzielen.
Ausser der Sprödigkeit dieser Schichten ist noch zu berücksichtigen, dass diese durch die zu behandelnden Teile angeschlagen werden, wodurch ein über die ganze Fläche verteilter gleichmässiger Widerstand nicht gewährleistet ist.
In elektrochemischen Anlagen ist bisher Titan lediglich für Kontaktstifte und Halterungen hiefür im Zusammenhang mit dem Anodisieren von Aluminium vorgeschlagen worden, nicht aber zum direkten elektrochemischen Bearbeiten von Metallteilen in einer Trommel aus Titan, z. B. zum Elektropolieren i und elektrolytischen Entgraten. Bei der erfindungsgemäss direkt erfolgenden Verwendung des Titans erweist sich die Beständigkeit dieses Metalles gegen nicht-oxydierende Säuren, insbesondere Halogenwasserstoffsäuren und konzentrierte Schwefelsäure, als ausreichend hoch, da bei den erfindungsgemäss zur Anwendung kommenden Verfahrensschritten, wie Anodisieren, elektrolytischen Polieren und Entgraten, eine anodische Passivierung erfolgt, so dass praktisch keine Auflösung des Titans stattfindet.
Sowohl die Trommel als auch in Verbindung mit dieser angeordnete Gegenelektroden sind an sich bekannt. Neu ist jedoch, dass im Gegensatz zu den bisher üblichen Galvanisiertrommeln der ganze Körper aus Metall besteht. Von den Gegenelektroden erweisen sich entgegen den Erwartungen insbesondere die ausserhalb der Trommel angeordneten als besonders wirksam.
Es wurde nun gefunden, dass sich Titan gemäss der Erfindung besonders gut für den Bau der genannten Trommel eignet, denn es besitzt gleichzeitig die verschiedenen, geforderten Eigenschaften, nämlich eine praktisch vollkommene Passivität gegenüber allen in der Praxis verwendeten Elektrolyten und die Eignung zur Bildung einer mechanisch festen, chemisch passiven Oberflächenschicht, die homogen bleibt, die nicht unter der Wirkung der zu polierenden Teile abgeschlagen wird und die einen elektrischen Widerstand aufweist, der niedrig genug ist, um die geforderten höheren Stromdichten zu erreichen.
Mit Hilfe des Titans ist es gemäss der Erfindung möglich, auf der Oberfläche der Trommel eine homogene Schicht zu bilden, die die gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften besitzt.
Ausserdem ist der elektrische Widerstand an den Kontaktstellen zwischen den zu polierenden Metallteilen und dem Titan ausreichend hoch und an jedem Teil der Trommel gleichmässig, was zu einer einwandfreien Verteilung des Stromes führt, und ihn nicht über die den Einspeisestellen am nächsten gelegenen zu bearbeitenden Teile abfliessen lässt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass zu dem Zwecke, das elektrolytische Polieren zu erleichtern, vorteilhaftaucheine andere Einrichtung angewendet werden kann, die darin besteht, dass man in der Trom - mel eine Elektrode - hier eine Kathode - anbringt, die im Inneren koaxial zu dieser Trommel angeordnet ist und die selbstverständlich von dieser isoliert ist. Das Vorhandensein dieser Kathode trägt dazu bei, den Abstand zwischen Anode und Kathode zu verringern, was die Verwendung einer niedrigen Spannung begünstigt. In den Zeichnungen ist lediglich als Beispiel eine Trommel dargestellt, die den vorgenannten Anordnungen entspricht. Mit 1 ist die die Anode bildende Trommel bezeichnet, die aus Titan angefertigt ist, beispielsweise einen vieleckigen Querschnitt hat und mindestens über einen Teil ihrer Oberfläche gelocht ist.
Im Inneren der Trommel befindet sich eine rohrförmige Kathode 2, beispielsweise aus Kupfer, die mit Ummantelungen 3 und 4 abgedeckt ist, um die Isolierung gegenüber der Trommel und gegenüber den Teilen 5, die in ihr bearbeitet werden, sicherzustellen.
Weiters ist eine Isolierhülse 6 vorgesehen, um die Isolierung gegenüber dem Gestell sicherzustellen.
Am andern Ende ist bei 7 ein ebenfalls isolierendes Zwischenstück eingesetzt, das die innere Welle 8 mit dem Achszapfen 9 verbindet, der die Trommel an einer Seite hält.
Die Trommel ist drehbar in den Lagern 10 und 11 gelagert, in denen sich die Achszapfen 9 und 12 drehen.
DasGanze ist im oberen Teil einer Wanne 13 angeordnet, die den Elektrolyt enthält, dessen Spiegel mit der Linie 14 angedeutet ist, wobei die Lager 10 und 11 auf Isolierstücke 20 sitzen, die ihrerseits von Konsolen 15 gehalten werden.
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Um ein leichtes und bequemes Abheben der Trommel sicherzustellen, sind die Achszapfen 9 und 12 in den Lagern abnehmbar angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei die Verriegelung durch einen Bolzen 16 sichergestellt ist.
Die Isolierhülse 3, die die Kathode 2 abdeckt, ist vorteilhafterweise gelocht und kann aus einem Kunststoff bestehen, wie z. B. aus Polytetrafluoräthylen. Das gleiche Material wählt man für die Isolierteile 4,6 und 7.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Kupferzylinder 2 ein gerilltes Oberflächenprofil 17 aufweisen.
Schliesslich kann die gesamte Trommel mit Hilfe eines Antriebes, beispielsweise durch Schneckenrad 18 und Schnecke 19, in drehende Bewegung versetzt werden.
In der Wanne 13 können zusätzliche Kathoden ausserhalb der Trommel vorgesehen werden. Die Innenkathode kann dann auch völlig fehlen.
Zur Beschickung und zur Entnahme der Teile ist selbstverständlich in der Trommel l mindestens ein Deckel 21 vorgesehen.
Gleichgültig, welche Ausführungsform angewendet wird, kann auf Grund des oben Gesagten die anodische Polierung von kleinen Teilen unter wesentlich günstigeren Bedingungen durchgeführt werden als bisher, wobei die Erfindung insbesondere die folgenden Vorteile aufweist : Die Möglichkeit, eine vollständige und konstante Stromverteilung sicherzustellen, wodurch sich eine gute Polierung ergibt ; die Möglichkeit, eine grosse Arbeitsgeschwindigkeit sicherzustellen ; die Möglichkeit, eine verhältnismässig niedrige Spannung zu verwenden, u. zw. infolge des kurzen Abstandes zwischen Anode und Kathode und infolge der grossen Oberfläche der inneren Kathode ; die Möglichkeit, ohne Innenkathode zu arbeiten.
Vorstehend ist angenommen, dass die Trommel halb eintaucht, aber die Erfindung könnte auch bei einer Trommel verwendet werden, die vollständig eingetaucht oder überflutet ist, ebenso wie bei einem Behälter in Glockenform.
Wie bereits gesagt, kann die Erfindung selbstverständlich bei jeder elektrolytischen Behandlung angewendet werden, insbesondere bei der Verchromung, Vernickelung, anodischen Oxydation usw.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten von Metallteilen, z. B. zum Elektropolieren, elektrochemischen Entgraten und anodischen Oxydieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteile in einer Trommel aus Titan bearbeitet werden, dessen Oberfläche durch den zur elektrochemischen Bearbeitung verwendeten Elektrolyten passiviert wird, das jedoch an den Berührungsstellen mit den zu bearbeitenden Teilen den elektrischen Strom leitet, unter der Voraussetzung, dass die Trommel für die Zuführung des Stromes zu den Teilen verwendet wird und eine oder mehrere Gegenelektroden der zur Trommel entgegengesetzten elektrischen Polarität zur Anwendung kommen.