DE102007043067A1

DE102007043067A1 - Vorrichtung zur elektrochemischen Beschichtung

Info

Publication number: DE102007043067A1
Application number: DE200710043067
Authority: DE
Inventors: Michael Lingner; Harald Maus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken (13), umfassend mindestens eine als Badelektrode (5) und mindestens eine als Kontaktelektrode (11) geschaltete Elektrode sowie ein Becken (3) zur Aufnahme einer Elektrolytlösung. Die mindestens eine Badelektrode (5) und die mindestens eine Kontaktelektrode (11) weisen jeweils eine Oberfläche (15) auf, die mit dem zu beschichtenden Werkstück kontaktierbar ist. Mindestens eine der Elektroden (5, 11) weist weiterhin Vertiefungen (7) auf, die die Oberfläche (15) unterbrechen, wobei die mindestens eine Elektrode (5), die die Vertiefungen aufweist, am Boden (17) der Vertiefungen (7) elektrisch leitfähig und an ihrer Oberfläche (15) elektrisch isoliert ist. Mindestens eine Elektrode (11) ist zumindest an ihrer Oberfläche (15) elektrisch leitfähig. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Vorrichtung zur elektrochemischen Beschichtung von rotationssymmetrischen Werkstücken (13).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung.
Um Oberflächen von Werkstücken zu veredeln, ist es zum Beispiel möglich, elektrochemische Schichten auf diese aufzubringen. Hierzu werden die Werkstücke im Allgemeinen in einer galvanischen Anlage in Bäder eingebracht. Im Bad wird das Werkstück mit einer Kathode kontaktiert. Weiterhin befindet sich im Bad eine Anode. Durch Stromfluss scheiden sich Metallionen auf der Oberfläche des Werkstücks ab. Um das Werkstück vollständig beschichten zu können, ist es insbesondere bei elektrochemisch aufgebrachten Schichten erforderlich, das Werkstück vollständig in das Bad einzutauchen oder bei nur teilweisem Eintauchen das Werkstück nach einer definierten Beschichtungszeit umzudrehen und mit den vorher nicht eingetauchten Flächen einzutauchen. Ebenso können metallische Oberflächen durch gezieltes Bestromen und speziell geformte Elektroden elektrochemisch feinbearbeitet werden. Hierbei wird zur Formung des Werkstücks gezielt Material abgetragen.
Wenn hohe Anforderungen an die Schichtqualität und an die Toleranz der Schichtdicke gestellt werden, so werden zum Beispiel Elektroden, Hilfselektroden oder bauteilgerechte Abblendungen eingesetzt, um die Qualität der Beschichtung zu erhöhen.
Wenn jedoch nur geringe Stückzahlen von unterschiedlichen Werkstückgeometrien beschichtet oder feinbearbeitet werden sollen, macht dies einen häufigen Wechsel der Formelektroden bzw. der bauteilgerechten Abblendungen erforderlich. Dies führt zu hohen Stillstandszeiten der Anlage und damit verbundenen hohen Kosten der Beschichtung. Alternativ ist es möglich, eine Abblendung oder eine Formelektrode zu verwenden, die entweder nur für eine der zu beschichtenden Werkstückgeometrien idealerweise angepasst ist oder eine solche zu verwenden, die einen Mittelwert der zu beschichtenden Werkstückgeometrien darstellt. In diesem Fall ist jedoch eine schlechtere Qualität der Oberflächenbeschichtung hinzunehmen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken umfasst mindestens eine Badelektrode und mindestens eine Kontaktelektrode, sowie ein Becken zur Aufnahme einer Elektrolytlösung. Die mindestens eine Badelektrode und die mindestens eine Kontaktelektrode weisen jeweils eine Oberfläche auf, die mit dem zu beschichtenden Werkstück kontaktierbar ist. Mindestens eine der Elektroden weist weiterhin Vertiefungen auf, die die jeweilige Oberfläche unterbrechen. Die mindestens eine Elektrode, die die Vertiefungen aufweist, ist am Boden der Vertiefungen elektrisch leitfähig und an ihrer Oberfläche elektrisch isoliert. Mindestens eine Kontaktelektrode ist zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch leitfähig.
Unter elektrochemischer Behandlung von Werkstücken wird gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl eine elektrochemische Beschichtung des Werkstücks, im Allgemeinen eine galvanische Beschichtung, als auch eine elektrochemische Feinbearbeitung, bei der Material elektrochemisch vom Werkstück abgetragen erzielt wird, verstanden.
Zur Bearbeitung wird das Werkstück zwischen der mindestens einen Badelektrode und der mindestens einen Kontaktelektrode hindurchgeführt. Hierbei berühren sowohl die Badelektrode als auch die Kontaktelektrode mit ihrer Oberfläche das Werkstück. Aufgrund der leitenden Oberfläche der weiteren Elektrode weist das Werkstück die gleiche Polarität wie diese Elektrode auf. Zur Beschichtung ist die Elektrode mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche vorzugsweise als Kathode geschaltet. Die Elektrode mit den Vertiefungen ist vorzugsweise als Anode geschaltet. Durch die Vertiefungen ist der Abstand zwischen der elektrisch leitenden Fläche am Boden der Vertiefung und dem Werkstück immer gleich groß. Hierdurch lässt sich eine gleichmäßige Schicht auch für unterschiedliche Werkstückgeometrien erzeugen.
Um Material vom Werkstück abzutragen werden die Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche vorzugsweise als Kathode und die Elektrode mit den Vertiefungen als Anode geschaltet. Ein definierter Abtrag vom Werkstück ergibt sich durch den konstanten Abstand zwischen der leitenden Fläche am Boden der Vertiefungen und dem Werkstück. Auch kann durch gezielte Strukturierung der Elektroden eine Oberflächentopographie eingestellt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrode mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche die Kontaktelektrode und die mindestens eine Elektrode mit den Vertiefungen die Badelektrode.
In einer Ausführungsform weist auch die mindestens eine Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche Vertiefungen auf, die die Oberfläche der mindestens einen Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche unterbrechen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens eine Badelektrode und die mindestens eine Kontaktelektrode in Form von Walzen ausgebildet. Vorteil der Ausbildung in Form von Walzen ist es, dass zu beschichtende Werkstücke zwischen diesen hindurchgeführt werden können. So ist es zum Beispiel möglich, flache Werkstücke zwischen jeweils zwei Walzen hindurchzuführen. Besonders geeignet sind die als Walzen ausgebildeten mindestens eine Kontaktelektrode und mindestens eine Badelektrode, wenn das zu beschichtende Werkstück rotationssymmetrisch ist. In diesem Fall wird das zu beschichtende Werkstück von der mindestens einen Kontaktelektrode und der mindestens einen Badelektrode berührt. Die mindestens eine Badelektrode und die mindestens eine Kontaktelektrode rotieren, so dass auch das Werkstück rotiert wird. Hierdurch lassen sich eine gleichmäßige Beschichtung oder ein strukturierter Abtrag über das gesamte rotationssymmetrisch ausgebildete Werkstück erzielen.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Vertiefungen, die die Oberfläche der mindestens einen Badelektrode und gegebenenfalls der mindestens einen Kontaktelektrode unterbrechen, Nuten. In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Nuten schräg auf der Oberfläche der mindestens einen Badelektrode und der mindestens einen Kontaktelektrode. Durch die schräg verlaufenden Nuten wirken die Elektroden wie Gewinde, durch die das zu beschichtende Bauteil bei Rotation in axialer Richtung bewegt wird. Ein automatisierter Betrieb ist möglich, ohne dass ein zusätzlicher Antrieb zur Förderung des zu beschichtenden Bauteiles erforderlich ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine Elektrode in Form eines Anschlags ausgebildet. Mindestens eine weitere Elektrode ist in Form einer Walze ausgebildet und derart gelagert, dass das Werkstück zur Bearbeitung zwischen den Elektroden gehalten wird.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Vertiefungen zum Beispiel Sackbohrungen oder Langlöcher, die in die Oberfläche der Elektroden eingebracht sind. Weiterhin ist es zum Beispiel möglich, dass zur Erzeugung der Vertiefungen Noppen auf den Körper der Elektroden oder Scheibensegmente auf eine Spindel aufgebracht sind. Die Noppen werden vorzugsweise in den Körper eingeschraubt.
Wenn die Elektroden Nuten umfassen, so ist es zum Beispiel möglich, dass die mindestens eine vorzugsweise als Badelektrode ausgebildete Elektrode mit den Vertiefungen einen Körper mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfasst, der mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist, oder auf den isolierende Rippen aufgebracht sind. Wenn der Körper mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist, werden die Nuten aus der Beschichtung abgetragen, so dass in den Bereichen, in denen die Beschichtung abgetragen ist, der Körper mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche freiliegt. Wenn isolierende Rippen aufgebracht werden, so werden diese vorzugsweise in einem gleichmäßigen Abstand auf den Körper mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche aufgebracht. Durch die isolierenden Rippen werden dann jeweils die Nuten begrenzt.
Wenn die Vertiefungen in der vorzugsweise als Kontaktelektrode ausgebildeten Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche Nuten sind, so umfasst diese Elektrode vorzugsweise mindestens einen Körper, der mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist oder auf den elektrisch leitfähige Rippen aufgebracht sind. Durch die elektrisch leitfähige Beschichtung wird gewährleistet, dass das Bauteil bei Berührung mit der Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche genauso geschaltet wird wie diese Elektrode. Die Nuten werden ebenso wie bei der Elektrode mit den Vertiefungen ausgebildet. Hierzu wird bei dem Auftrag einer Beschichtung die Beschichtung wieder entfernt, so dass der unterhalb der Nuten liegende Körper freigelegt wird. Alternativ ist es möglich, dass auf den Körper die Rippen, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sind, aufgebracht werden. Der Körper der Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche kann aus einem elektrisch leitfähigen oder einem elektrisch nicht leitfähigen Material gefertigt sein. Vorteilhaft ist ein ganz oder teilweise leitfähiger Körper zur elektrischen Kontaktierung des Werkstücks.
Das Aufbringen der isolierenden Rippen auf den Körper mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Elektrode mit den Vertiefungen oder das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Rippen auf den Körper der Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche, wenn diese Vertiefungen aufweist, kann durch jedes beliebige kraftschlüssige oder formschlüssige Verfahren erfolgen. So ist es zum Beispiel möglich, die Rippen und den Körper mit Nut und Feder zu versehen und die Rippen auf den Körper aufzustecken. Weiterhin ist es auch möglich, die Rippen auf den Körper aufzuschrauben. Weitere Befestigungsmöglichkeiten sind aber auch Aufkleben, Schweißen oder Löten. Auch jedes andere Befestigungsverfahren, mit dem die Rippen auf dem Körper befestigt werden können, ist einsetzbar.
Wenn anstelle der Nuten Langlöcher oder Bohrungen als Vertiefungen in die Elektroden eingebracht werden, so ist es zum Beispiel möglich, dass die Elektrode mit den Vertiefungen einen Körper mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfasst, auf den eine gelochte, isolierende Platte aufgebracht ist. Entsprechend wird bei der Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche auf einen Körper eine gelochte elektrisch leitfähige Platte aufgebracht. Bei Einsatz von Walzen als Badelektrode bzw. Kontaktelektrode ist es bevorzugt, wenn die gelochte, isolierende Platte der Elektrode mit den Vertiefungen bzw. die gelochte elektrisch leitfähige Platte der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche in Form eines Rohres ausgebildet ist, in den der walzenförmig ausgebildete Körper der Elektrode mit den Vertiefungen bzw. der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche eingebracht wird. Um den Körper mit dem Rohr zu verbinden entspricht der Außendurchmesser des Körpers vorzugsweise dem Innendurchmesser des Rohres. Die Befestigung des Rohres auf dem walzenförmigen Körper der Badelektrode bzw. der Kontaktelektrode kann zum Beispiel durch Aufschrumpfen, Schweißen, Löten, Aufschrauben oder jedes beliebige andere Befestigungsverfahren erfolgen. Besonders bevorzugt wird das Rohr mittels eines Stecksystems zum einfachen Wechseln bei Verschleiß auf dem walzenförmigen Körper der Elektrode befestigt.
Als elektrisch leitfähiges Material für die Oberfläche des Körpers, der die Elektrode mit Vertiefungen bildet bzw. für die elektrisch leitfähigen Rippen der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche oder die gelochte, elektrisch leitfähige Platte der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche, eignen sich zum Beispiel korrosionsbeständige Stähle, Titan oder leitfähig beschichtetes Material.
Geeignete Materialien für die isolierenden Rippen, die auf den Körper der Elektrode mit den Vertiefungen aufgebracht sind oder die gelochte, isolierende Platte, die auf den Körper der Elektrode mit den Vertiefungen aufgebracht ist, sind zum Beispiel hochbeständige Kunststoffe, wie Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Glas oder Keramiken. Bevorzugt werden die isolierenden Rippen oder die gelochte isolierende Platte aus einem beständigen Kunststoff, zum Beispiel Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), modifiziertem Polypropylen (PP) oder modifiziertem Polyethylen (PE) gefertigt.
Der Köper der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche kann elektrisch leitfähig oder elektrisch nicht leitfähig sein. Für den Körper der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche eignen sich somit alle Materialien, die sich auch für den Körper der Elektrode mit den Vertiefungen eignen sowie die Materialien, aus denen die isolierenden Rippen oder die gelochte isolierende Platte der Elektrode mit den Vertiefungen gefertigt sind.
Um Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Elektroden zu vermeiden, ist vorzugsweise jeweils zwischen den einzelnen Elektroden mindestens ein Isolator aufgenommen. Der Isolator kann zum Beispiel in Form einer Platte zwischen zwei Elektroden positioniert sein oder in Röhrenform ausgebildet sein und eine in Form einer Walze ausgebildete Elektrode umschließen. Bevorzugt sind die Isolatoren mit Lippendichtungen versehen. Die Lippendichtungen sind zum Beispiel berührungslos in Form von Dichtungsspalten oder Labyrinthdichtungen oder mit einem Federelement vorgespannt im Isolator positioniert. Der Aufbau der Lippendichtungen entspricht dabei zum Beispiel dem Aufbau der Lippendichtungen, wie diese beispielsweise in einem Wankelmotor eingesetzt werden.
Als Material für die Isolatoren eignen sich die gleichen Materialien wie für die isolierenden Rippen.
Um die Vorrichtung zur elektrischen Beschichtung von Werkstücken an verschiedene Werkstückgeometrien anpassen zu können, ist vorzugsweise mindestens eine der Elektroden verschiebbar gelagert. Um einen gleich bleibenden Abstand zwischen der Elektrode mit den Vertiefungen und dem Werkstück sicherzustellen, ist es bevorzugt, dass das Werkstück gegen die elektrisch isolierende Oberfläche der Elektrode mit den Vertiefungen gepresst wird. Wenn die Elektrode mit leitfähiger Oberfläche verschiebbar gelagert ist, so wird vorzugsweise eine Druckkraft auf die Elektrode mit leitfähiger Oberfläche ausgeübt, so dass diese das Werkstück gegen die Elektrode mit den Vertiefungen presst. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Druckkraft auf mindestens eine Elektrode mit den Vertiefungen auszuüben, wodurch das Werkstück gegen die mindestens eine Elektrode mit leitfähiger Oberfläche und gegebenenfalls weitere Elektrode mit den Vertiefungen gepresst wird. Die Vorrichtung, mit der die Druckkraft auf die mindestens eine Elektrode ausgeübt wird, ist zum Beispiel eine Klemmeinrichtung, beispielsweise ein Pneumatikzylinder oder eine Feder.
Durch das Pressen des zu beschichtenden Werkstückes gegen die Elektrode mit den Vertiefungen und den dadurch hergestellten immer gleichen Abstand zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Elektrode mit den Vertiefungen und dem Werkstück ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beschichtung von Werkstücken mit beliebiger Geometrie einsetzbar. Insbesondere ist die Vorrichtung einsetzbar zur Beschichtung von rotationssymmetrischen Bauteilen, wobei der Durchmesserbereich der rotationssymmetrischen Werkstücke, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschichtet werden, von der Vorrichtung unabhängig ist. Ein Justieren der Elektroden ist nicht notwendig, da das Werkstück gegen die isolierende Oberfläche der Elektrode mit den Vertiefungen gepresst wird und so immer der gleiche Abstand zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche am Bo den der Vertiefungen der Elektrode und dem zu beschichtenden Werkstück eingestellt wird. Das Längenverhältnis der als Walze ausgebildeten Eletrode zum Werkstück kann in weiten Bereichen variieren. Vorzugsweise wird mindestens eine als Walze ausgebildete Elektrode segmentiert, so dass der elektrisch aktive Bereich zu- und abgeschaltet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine Durchlaufanlage für maßhaltige Beschichtung mit aktiven Zonen für eine Aktivierung und Beschichtung und stromlosen Zonen zur Vorbehandlung oder zum Spülen zu gestalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit walzenförmigen Badelektroden,
2 eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Anschlag als Badelektrode.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung 1 zur elektrochemischen Beschichtung von Werkstücken umfasst ein Becken 3 zur Aufnahme einer Elektrolytlösung. Als Elektrolytlösung wird üblicherweise eine Lösung eines Metallsalzes eingesetzt, wobei die Metallionen des Metallsalzes zur Beschichtung auf dem zu beschichtenden Werkstück abgeschieden werden.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind im Becken 3 zur Aufnahme des Elektrolyten zwei als Badelektrode geschaltete Elektroden 5 aufgenommen. Die Badelektroden 5 sind in Form von Walzen ausgebildet, wobei an der Oberfläche der Badelektroden 5 Nuten 7 ausgebildet sind, die im Bezug zur Achse 9 der Badelektrode 5 schräg verlaufen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin eine als Kathode geschaltete Kontaktelektrode 11, die in der hier dargestellten Ausführungsform ebenfalls in Form einer Walze ausgebildet ist und an ihrer Oberfläche Nuten 7 aufweist. Die Kontaktelektrode 11 kann jedoch auch eine glatte Oberfläche ohne Vertiefungen aufweisen.
Auf den Badelektroden 5 liegt ein zu beschichtendes Werkstück 13 auf. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, ist die Oberfläche 15 der Badelektrode 5, die das Werkstück 13 kontaktiert, elektrisch isolierend ausgeführt. Der Boden 17 der Nuten 7 der Badelektrode 5 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt. Durch die isolierende Oberfläche 15 der Badelektrode 5 und den elektrisch leitfähigen Boden 17 wird gewährleistet, dass der Abstand zwischen dem elektrisch leitfähigen Boden 17 der Nuten 7 der Badelektrode 5 und dem Werkstück 13 gleich groß bleibt. Hierdurch lässt sich eine präzise Beschichtung realisieren. Der Abstand zwischen der eigentlichen Badelektrode 5, die durch die elektrisch leitfähigen Böden 17 der Nuten 7 repräsentiert werden, entspricht der Tiefe der Nuten 7 in der Badelektrode 5. Die Tiefe der Nuten 7 liegt vorzugsweise im Bereich von 50 μm bis zu mehreren Millimeter, bevorzugt bis zu 5 mm.
Der Boden 17 der Nuten 7 der Badelektrode 5 ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das elektrisch leitfähig ist, sich aber nicht bei der elektrochemischen Beschichtung des Werkstückes 13 auflöst. Ein geeignetes Material ist zum Beispiel platinbeschichtetes Titan. Hierbei ist es einerseits möglich, den Körper der Badelektrode 5 aus dem elektrisch leitfähigen Material, das sich bei der Beschichtung des Werkstückes 3 nicht auflöst, zu fertigen oder auf einen Körper aus einem beliebigen Werkstoff eine Beschichtung aus diesem Material aufzutragen. Um die Nuten 7 herzustellen, ist es möglich, auf die elektrisch leitfähige Oberfläche der Badelektrode 5 zum Beispiel Rippen aus einem isolierenden Material auf zubringen. Dies kann zum Beispiel durch Aufstecken oder Verschrauben erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, die Rippen zum Beispiel aufzukleben oder partiell mit PTFE zu beschichten. Anstelle von Rippen ist es jedoch auch möglich, auf die elektrisch leitfähige Oberfläche des Körpers der Badelektrode 5 eine Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material aufzutragen und anschließend zur Herstellung der Nuten 7 das Beschichtungsmaterial an den entsprechenden Stellen zu entfernen. Weiterhin ist es auch möglich, zum Beispiel auf die elektrisch leitfähige Oberfläche eine Maske aufzulegen, die derart ausgebildet ist, dass die Beschichtung nur an den Stellen aufgetragen wird, an denen diese die Rippen zwischen den einzelnen Nuten 7 bilden soll.
Wenn anstelle der Nuten 7 anders geformte Vertiefungen auf der Badelektrode 5 ausgebildet werden sollen, so ist es zum Beispiel möglich, die Vertiefungen in eine Hülse aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material einzubringen und diese Hülse auf den Körper mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche aufzuschieben. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, die Badelektrode 5 zum Beispiel aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material zu fertigen, in dieses Vertiefungen einzubringen, bevorzugt in Form von Nuten und anschließend den Boden 17 der Vertiefungen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung zu versehen. In diesem Fall ist jedoch darauf zu achten, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung jeweils mit einem Stromanschluss verbunden ist, um eine Funktion der Vorrichtung 1 zur Beschichtung von Werkstücken 13 zu gewährleisten. Weiterhin ist es auch möglich, auf einen Körper aus einem elektrisch leitfähigen Material Noppen aus einem elektrisch isolierenden Material oder mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung aufzubringen. Die Noppen können zum Beispiel aufgeschraubt werden. Durch das Aufbringen der Noppen auf den elektrisch leitfähigen Körpern erhält die als Walze ausgebildete Badelektrode 5 ein Profil, das beispielsweise einem „Mountainbike-Reifenprofil" ähnelt.
Die Kontaktelektrode 11 unterscheidet sich von der Badelektrode 5 lediglich dadurch, dass der Boden 17 der Nuten 7 oder andersartig geformten Vertiefungen sowohl elektrisch leitfähig als auch isolierend sein kann und die Oberfläche 17, die das Werkstück 13 kontaktiert, aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist. Die Herstellung der Kontaktelektrode 11 erfolgt dabei analog zur Herstellung der Badelektrode 5. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Kontaktelektrode 11 ohne Vertiefungen auszuführen.
Um eine gleichmäßige Beschichtung sicherzustellen wird das Werkstück 13 in der hier dargestellten Ausführungsform mit Hilfe der Kontaktelektrode 11 gegen die Badelektroden 5 gepresst. Ein Abheben des Werkstücks 13 von den Badelektroden 5 wird auf diese Weise vermieden.
Um das zu beschichtende Werkstück 13 gegen die Badelektroden 5 zu pressen, wirkt zum Beispiel eine Klemmvorrichtung 19 auf die Kontaktelektrode 11. Die Klemmvorrichtung 19 umfasst zum Beispiel einen Pneumatikzylinder oder eine Feder, mit der die Kontaktelektrode 11 auf das zu beschichtende Werkstück 13 gepresst wird.
Während der Beschichtung des Werkstückes 13 rotieren die Badelektroden 5 und die Kontaktelektrode 11 um ihre Achse. Aufgrund der schräg verlaufenden Nuten 7 wird das Werk stück in axialer Richtung durch das Becken 3 bewegt. Ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung 1 zur Beschichtung von Werkstücken 13 wird so ermöglicht. Soll das Bauteil ortsfest auf den Walzen liegen, kommt eine geeignete, hier nicht dargestellte Stoppvorrichtung vorzugsweise temporär zum Einsatz.
Der Antrieb der als Walzen ausgebildeten Badelektroden 5 und Kontaktelektrode 11 erfolgt zum Beispiel über einen Zahnradantrieb oder einen Riemenantrieb, wobei die Badelektroden 5 und die Kontaktelektrode 11 bevorzugt miteinander gekoppelt sind, so dass eine aufeinander abgestimmte Rotationsbewegung erzeugt werden kann. Bevorzugt wird der Antrieb, der in der Figur nicht dargestellt ist, außerhalb des Beckens 3 angeordnet. Hierzu durchbricht üblicherweise mindestens eine Welle einer Badelektrode 5 oder der Kontaktelektrode 11 das Becken 3. Eine Abdichtung der Welle 21 der Badelektrode 5 oder der Kontaktelektrode 11 kann durch jedes beliebige Dichtelement für eine rotierende Durchführung erfolgen. Geeignete Dichtungen sind zum Beispiel Wellendichtringe oder eine Gleitringdichtung. Bei der Auswahl der Dichtung ist lediglich darauf zu achten, dass das Dichtungsmaterial stabil gegenüber dem Elektrolyten ist, der im Becken 3 enthalten ist. Alternativ ist es auch möglich, den Antrieb über Galvanikzahnräder wie bei einer Trommelbeschichtung aus dem Bad nach oben zu führen. Der Motor für den Antrieb der als Walzer ausgebildeten Elektroden liegt dann außerhalb des Bades.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist zwischen den beiden Badelektroden 5 ein plattenförmiger Isolator 23 aufgenommen. Durch den plattenförmigen Isolator 23 wird vermieden, dass ein Kurzschluss zwischen den Elektroden entsteht. Als Material für den Isolator 23 eignet sich jedes beliebige, elektrisch nicht leitfähige Material. Bevorzugt ist der plattenförmige Isolator 23 aus dem gleichen Material gefertigt wie die elektrisch isolierte Oberfläche 15 der Badelektrode 5.
Um einen Kurzschluss zwischen Badelektrode 5 und Kontaktelektrode 11 zu vermeiden, ist in der hier dargestellten Ausführungsform die Kontaktelektrode 11 von einem hülsenförmigen Isolator 25 umschlossen. Der hülsenförmige Isolator 25 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt wie der plattenförmige Isolator 23.
Durch das Einfügen des plattenförmigen Isolators 23 oder hülsenförmigen Isolators 25 um die Badelektroden 5 ist es möglich, zum Beispiel zwei oder mehr Badelektroden 5 mit unterschiedlichen Potentialen oder pulsierenden Strömen einzusetzen. Hierdurch können zum Beispiel Multilayerschichten aufgebracht werden.
Auch ist bei abtragenden Prozessen eine unterschiedliche Walzenstruktur und Potentialführung möglich.
Neben der hier dargestellten Ausführungsform ist es selbstverständlich auch möglich, nur eine Badelektrode 5 oder auch mehr als zwei Badelektroden 5 vorzusehen. Zusätzlich ist es auch möglich, mehr als nur eine Kontaktelektrode 11 einzusetzen. Zur Beschichtung von rotationssymmetrischen Werkstücken 13 ist es jedoch bevorzugt, zwei Badelektroden 5 und eine Kontaktelektrode 11 zu verwenden. Hierbei wird das Werkstück 13 vorzugsweise auf die beiden Badelektroden 5 mit Hilfe der Kontaktelektrode 11 gepresst.
Wenn jedoch plattenförmige Werkstücke beschichtet werden sollen, so werden diese vorzugsweise zwischen mindestens einer Badelektrode 5 und einer Kontaktelektrode 11 hindurchgeführt, wobei die mindestens eine Badelektrode 5 und die mindestens eine Kontaktelektrode 11 ebenfalls walzenförmig ausgebildet sind. Der Transport eines plattenförmigen zu beschichteten Werkstückes erfolgt dabei vorzugsweise in tangentialer Richtung der Badelektroden 5 und Kontaktelektrode 11. Um ein plattenförmiges Werkstück an seiner Ober- und Unterseite zu beschichten ist es zum Beispiel möglich, jeweils abwechselnd Badelektroden 5 und Kontaktelektroden 11 vorzusehen, so dass das Werkstück jeweils abwechselnd einmal an der Ober- und einmal an der Unterseite von einer Badelektrode 5 und einer Kontaktelektrode 11 kontaktiert wird.
Zur Wartung der Vorrichtung 1 ist es zum Beispiel möglich, nur einzelne Badelektroden 5 oder Kontaktelektroden 11 auszutauschen. Hierdurch werden lediglich kurze Stillstandszeiten realisiert. Nach dem Austausch der einzelnen Badelektrode 5 oder Kontaktelektrode 11 kann die Vorrichtung 1 zur Beschichtung von weiteren Werkstücken 13 weiter betrieben werden.
Durch die Bewegung des zu beschichtenden Werkstückes 11 aufgrund der Rotationsbewegung der als Walzen ausgebildeten Badelektroden 5 und Kontaktelektrode 11 kann die Pumpenleistung, die zum Umpumpen des Elektrolyten notwendig ist, deutlich reduziert werden, da das Werkstück 13 aufgrund der Bewegung ständig mit frischer Elektrolytlösung in Kontakt kommt. Zudem erfolgt eine ständige Umwälzung der Elektrolytlösung im Becken 3 aufgrund der Bewegung der Badelektroden 5, Kontaktelektrode 11 und des Werkstücks 13.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 lässt sich auch gekapselt ausführen. Hierzu sind dann zum Beispiel eine Zufuhröffnung und eine Abfuhröffnung für das Werkstück 13 vorgesehen, wobei die Zufuhröffnung und Abfuhröffnung für das Werkstück 13 verschließbar ausgeführt sein können. Insbesondere bei Einsatz von Elektrolytlösungen, die gesundheitsgefährdende Stoffe enthalten, ist auf diese Weise ein sicherer Betrieb möglich.
Durch die Bewegung der Badelektroden 5 und der Kontaktelektrode 11 und die dadurch induzierte Bewegung des Werkstückes 13 können auch Werkstücke 13 beschichtet werden, die länger sind als die Badelektrode 5 bzw. die Kontaktelektrode 11. Das Werkstück wird auf einer Seite der Vorrichtung 1 zugeführt und auf der anderen Seite entnommen, wobei es während des Durchlaufens durch die Vorrichtung beschichtet wird. Lediglich bei der Verwendung der Vorrichtung zur Beschichtung von plattenförmigen Werkstücken ist es erforderlich, dass das plattenförmige Werkstück nicht breiter ist als die eingesetzten Bad elektroden 5, wenn vollflächig beschichtet, oder zur Feinstrukturierung abgetragen werden soll.
Neben der Schaltung der Badelektroden 5 als Anode und der Kontaktelektrode 11 als Kathode ist es in Abhängigkeit vom durchgeführten Verfahren auch möglich, die Badelektroden 5 als Kathode und die Kontaktelektrode 11 als Anode zu schalten.
Wenn die Badelektrode 5 als Kathode und die Kontaktelektrode 11 als Anode geschaltet wird, so lässt sich die Vorrichtung insbesondere dazu einsetzen, um definiert Material vom Werkstück 13 abzutragen.
Alternativ ist es weiterhin auch möglich, dass mindestens eine Badelektrode 5 die Elektrode mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche ist und die übrigen, insbesondere auch die Kontaktelektrode 11 die Elektrode mit den elektrisch leitfähigen Vertiefungen und der isolierten Oberfläche ist.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform dargestellt.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Badelektrode nicht als Walze sondern in Form eines Anschlages 27 ausgebildet ist. Die Badelektrode 5 kann dabei wie in 2 dargestellt in Form einer schiefen Ebene in Becken 3 aufgenommen sein. Alternativ ist es zum Beispiel auch möglich, dass die Badelektrode 5 die Form eines Winkels aufweist. Ein Rotationssymmetrisches Werkstück wird dann mittels der Kontaktelektrode 11 gegen den Winkel gepresst.
In der hier dargestellten Ausführungsform wird das Werkstück auf den Anschlag 27 aufgelegt. Durch Rotation der Kontaktelektrode 11 und mit Drehen des Werkstückes 13 liegt dieses sicher fixiert zwischen der walzenförmig ausgebildeten Kontaktelektrode 11 und dem als schräge Fläche ausgebildeten Anschlag 27.
Durch die Strukturierung der Kontaktelektrode 11 mit den schräg verlaufenden Nuten 7 ergibt sich eine Relativbewegung des Werkstückes 13 in Längsrichtung, so dass ein Transport des Werkstückes 13 bei Gliederung der Vorrichtung 1 in verschiedene Bearbeitungszonen entfallen kann.
Um das Werkstück 13 zu beschichten, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Kontaktelektrode 11 als Anode geschaltet. Hierbei der Boden 17 der Nuten 7 elektrisch leitfähig und die Oberfläche 15 elektrisch isolierend. Die Oberfläche 29 der Badelektrode 5 wird kathodisch geschaltet.
Die Badelektrode 5, die als Anschlag 27 ausgebildet ist, kann wie in 2 dargestellt, Nuten 7 aufweisen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Badelektrode 5 als ebene Fläche ausgeführt ist.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die Nuten 7 der Badelektrode 5 anodisch geschaltet sind und die Oberfläche 29 der als Anschlag 27 ausgebildeten Badelektrode 5 elektrisch isoliert ist. In diesem Fall sind die Oberflächen 15 der Kontaktelektrode 11 elektrisch leitfähig.
Um vom Werkstück 13 elektrochemisch Metall abzutragen ist die Oberfläche 15 oder alternativ die Oberfläche 29, wenn diese elektrisch leitfähig ist, anodisch geschaltet und der Boden 17 der Nuten 7 kathodisch. Auch hierbei ist es möglich, dass alternativ die Kontaktelektrode 11 oder die Badelektrode 5 als Kathode geschaltet ist. Es ist jeweils nur notwendig, dass eine der beiden Elektroden 5, 11 als Anode und die andere als Kathode geschaltet ist.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die Badelektrode 5 in Form einer Walze ausgebildet ist und die Kontaktelektrode 11 als schiefe Ebene oder Winkel. Bevorzugt ist jedoch die Kontaktelektrode 11 als Walze und die Badelektrode 5 als schiefe Ebene oder Winkel ausgebildet.
Vorteil der in 2 dargestellten Ausführungsform ist weiterhin, dass durch geeignete Wahl des Niveaus des Elektrolyten im Becken 3 auf Wellendichtungen verzichtet werden kann, da zum Beispiel eine Durchführung der Welle der Kontaktelektrode 11 oberhalb des Niveaus des Elektrolyten erfolgen kann und die unbewegte Badelektrode 5 keine Durchführung durch das Becken 3 benötigt.

Claims

Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken (13), umfassend mindestens eine als Badelektrode (5) und mindestens eine Kontaktelektrode (11), sowie ein Becken (3) zur Aufnahme einer Elektrolytlösung, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Badelektrode (5) und die mindestens eine Kontaktelektrode (11) jeweils eine Oberfläche (15), die mit dem zu beschichtenden Werkstück (13) kontaktierbar ist, aufweisen, und die mindestens eine der Elektroden (5, 11) weiterhin Vertiefungen (7), die die Oberfläche (15) unterbrechen, aufweist, wobei die mindestens eine Elektrode (5, 11), die die Vertiefungen (7) aufweist, am Boden (17) der Vertiefungen (7) elektrisch leitfähig und an ihrer Oberfläche (15) elektrisch isoliert ist und mindestens eine Elektrode (11) zumindest an ihrer Oberfläche (15) elektrisch leitfähig ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Badelektrode (5) und/oder die mindestens eine Kontaktelektrode (11) in Form von Walzen ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (11) mit der leitfähigen Oberfläche Vertiefungen aufweist, die die Oberfläche (15) der Kontaktelektrode (11) unterbrechen.
Vorrichtung gemäß einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7), die die Oberfläche (15) der mindestens einen Elektrode (5) mit den Vertiefungen und gegebenenfalls der mindestens einen Elektrode (11) mit leitfähiger Oberfläche unterbrechen, Nuten (7) sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (7) schräg auf der Oberfläche (15) der mindestens einen Elektrode (5) mit den Vertiefungen und gegebenenfalls der mindestens einen Elektrode (11) mit elektrisch leitfähiger Oberfläche verlaufen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (5) mit Vertiefungen einen Körper mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfasst, der mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist oder auf den isolierende Rippen aufgebracht sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (11) mit elektrisch leitfähiger Oberfläche einen Körper um fasst, der mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist oder auf den elektrisch leitfähige Rippen aufgebracht sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (5) mit Vertiefungen einen Körper mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfasst, auf den eine gelochte, isolierende Platte aufgebracht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (11) mit elektrisch leitfähiger Oberfläche einen Körper umfasst, auf den eine gelochte, elektrisch leitfähige Platte aufgebracht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper in Form einer Walze und die Platte in Form eines Rohres ausgebildet sind, wobei der Innendurchmesser des Rohres dem Außendurchmesser der Walze entspricht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Elektroden (5, 11) jeweils mindestens ein Isolator (23, 25) aufgenommen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator als Platte (23) zwischen zwei Elektroden (5, 11) positioniert ist oder in Röhrenform (25) ausgebildet ist und eine in Form einer Walze ausgebildete Elektrode (5, 11) umschließt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatoren (23, 25) mit Lippendichtungen versehen sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (5, 11) verschiebbar gelagert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (5, 11) in mindestens zwei elektrische Bereiche unterteilt ist, die getrennte Potentiale aufweisen können.
Vorrichtung gemäß einen der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (5, 11) als Anschlag (27) ausgeführt ist und mindestens eine Elektrode (5, 11) in Form einer Walze mit der ein vorzugsweise rotationssymmetrisches Werkstück (13) gegen den Anschlag (27) gedrückt wird.
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zur elektrochemischen Beschichtung oder zur elektrochemischen Feinbearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken (13).