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Herfahren zur 3stirnmung der Stromausbeute elektrolytischer Bäder
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, welches dazu verwendet werden soll
die Stromausbeute elektrolytischer Bäder zu bestimmen. Es wird dabei eine Elektrolysezelle
verwendet welche den Elektrolyten des zu untersuchenden Bades und Elektroden enthalt
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß zur Steuerung des Gewichts eines in
elektrolytischen Bädern abgeschiedenen bzw. aufgelösten Metalls, d.h. zur Steuerung
der Schichtdickedesselben auf dem Bearbeitungsgut, die Stromausbeute des Bades möglichst
genau bekannt sein muß. Das Gewicht bzw. die Schichtdicke werden nämlich nicht nur
von der geflossenen Elektrizitätsmenge bestimmt, sondern hängen z.T. ganz wesentlich
von der kathodischen Stromausbeute ab, die auch von der Stromdichte beeinflußt wird
Die Bestimmung der Stromausbeute ist bisher nur im Laboratorium möglich, so daß
die praktischen Arbeitsbedingungen der Bäder, bspw. die Elektrolytzusammensetzung,
die Temperatur und die Stromdichte, bei den bisherigen Stromausbeutemessungen vielfach
nur unzulänglich berücksichtigt werden. Die im Laboratorium durchgeführten Messungen
sind nicht nur aufwendig und lediglich von geschultem Personal durchfahrbar, sondern
das erzielte Ergebnis ist auch unbefriedigend, da die Stromausbeute nicht mit hinrechender
Genauigkeit bestimmt werden kann. Die Folge ist ein ungenau kontrolliertes Arbeiten
der elektrolytischen Bäder und das Gewicht bzw. die Schichtdicke des abgeschiedenen
Metalls können nur innerhalb relativ weiter Grenzen vorausbestimmt werden.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden ein Verfahren zur
Bestimmung der Stromausbeute elektrolytischer Bäder anzugeben, welches nahezu automatisch
durchgeführt und mit welchem die Strom ausbeute genauestens ermittelt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemaß der Erfindung darin, daß an die Elektroden
der Elektrolysezelle eine in Abhängigkeit von der Stromdichte einstellbare Konstantstromquelle
angeschlossen und über ein zur Einstellung einer für eine 100%ige Stromausbeute
erforderlichen Elektrizitätsmenge dienendes, einen intergrierenden Impulsgeber enthaltendes
Steuergerät, nachdem die Elektrizitätsmenge durch die Elektrolysezelle geflossen
ist, wieder abgeschaltet wird, und daß nach Abschaltung der Elektrolyse der an der
Kathode abgeschiedene Stoff gemessen wird. Das Verfahren nach der Erfindung kann
vorteilhafterweise direkt im Betriebsraum der elektrolytischen Bäder eingesetzt
werden und ist derart einfach durchführbar, daß die Messungen auch von jeder angelernten
Hilfskraft vorgenommen werden können.
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Das rerfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand eines in
der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes beispielsweise erläutert.
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Mit 1 ist eine stufenlos verstellbare Konstantstromquelle bzeichnet,
welche bspw- aus dem 50 Hz-Wechselstromnetz 2 gespeist wird. An die Konstantstromquelle
1 sind die beiden paparallel geschalteten Anoden 3 und 4 einerseits sowie die Kathode
5 andererseits angeschlossen. In der Stromzuführung für die Kathode sind ein Widerstand
6 und ein von einem Relais 7 zu betätigender Schalter 8 angeordnet. Die Anoden 3
und 4 sowie die Kathode 5 smd in einer Elektrolysezelle 9 angebracht, in welcher
sich der Elektrolyt befindet, dessen Stromausüeute zu bestimmen ist. Die am Widerstand
6 abfallende Spannung wird an das Steuergerät 10 gegeben, welches somit in Abhängigkeit
von der über den Widerstand 6 und durch die Elektrolysezelle 9 fließenden Elektrizitätsmenge
das Relais 7 betätigt.
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Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geschieht wie
folgt: Die gewünschte Stromdichte wird zunächst an der Konstantstromquelle 1 eingestellt,
an welcher sich bspw. ein Strom bis zu 2,0 A einstellen läßt. An dem Steuergerät
10, welches bspw. einen Vorwahlzähler 11 enthält, wird dann mit Hilfe des - Vorwahizählers
eine Elektrizitätsmenge eingestellt, wie sie erforderlich ist, um für das betreffende
Metall eine theoretische Schichtdicke auf der Meßkathode von 10µm zu erreichen.
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Bei einer Stromausbeute von 100% würde eine-derart dicke Schicht
auch tatsächlich auf. der Kathode abgeschieden werden, Damit sind für das Verfahren
nach der Erfindung die für eine oder beliebig viele Messungen erforderlichen~elektrischen
Daten festgelegt.
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Die Elektrolysezelle 9 wird nun mit dem Elektrolyten gefüllt, und
die beiden parallel geschalteten Anoden 3 und 4 sowie die Kathode 5 werden in die
Elektrolysezelle eingesetzt, wobei die Reihenfolge des Füllens der Elektrolysezelle
und des Einsetzens der Elektroden auch umgekehrt sein kann. Danach wird.
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der Schalter 8 geschlossen und dadurch die Elektrolyse eingeschaltet.
Gleichzeitig beginnt das Vorwahlzählwerk 11 im Steuergerät 10 zurückzulaufen, und
zwar in Abhängigkeit von dem über den Widerstand 6 fließenden Strom bzw. der Stromdichte
mehr oder weniger schnell. Wenn der Vorwahlzähler seinen Rücklauf beendet hat, ist
die an ihm eingestellte Elektrizitätsmenge durch die Elektrolysezelle geflossen,
und das ,Steuergerät 10 öffnet den Schalter 8 über das Relais 7, wodurch die Konstantstromquelle
1 abgeschaltet wird.
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IIJach Beendigung dieses Vorgangs braucht lediglich noch die enge
des an der Kathode 5 abgeschiedenen Metalls bestimmt zu werden. Hierzu wird bspw.
mit bekannten Verfahren die Schichtdicko des Elenients auf der Kathode 5 gemessen,
die zu dieser Messung selbstverständlich aus Elektrolysezelle herausgenommen wird.
Wie schon oben erwähnt, würde eine Schichtdicke von 10µm einer Stromausbeute von
100% entsprechen, die
allerdings nur in wenigen Elektrolyten wie
bspw. Silberbädern erreicht wird. Beträgt die Dicke der Schicht 8,2 µm, so liegt,
eine Stromausbeute von 82% vor.
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Eine andere Methode zur Auswertung des Verfahrens nach der Erfindung
besteht darin, daß die Kathode 5 vor ihrem Einsetzen indie Elektrolysezelle 9 -
bspw.. mit einer Analysenwaage - gewogen wird. Das Verfahren läuft'dann genauso
wie schon beschrieben ab, nur daß jetzt der Vorwahlzähler 11 so eingestellt wird,
daß sich nach Beendigung der Elektrolyse eine.
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theoretische Gewichtszunahme'der Kathode von 100 mg ergibt, entsprechend
einer 100%igen Stromausbeute. Nach Beendigung der Elektrolyse wird dann die Kathode
5 wieder auf die Analysenwaage gelegt und es entsprechen dann 82 mg Gewichtszunahme
einer Stromausbeute von 82%.
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Beide Methoden zur Durchführung des Verfahretis nach der Erfindung
sind denkbar einfach und lassen sich wie schon weiter oben erwähnt von Jeder angelernten
Hilfskraft ausführen.
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Neben der bereits beschriebenen Füllung der Elektrolysezelle 9 mit
dem Eiektrolyten des Bades, ist es genauso gut möglich, die Zelle mit ihren Elektroden
in das Bad selbst einzutauchen.
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Auf diese Weise können die Arbeitsbedingungen des entsprechenden Bades
bei der Messung der Stromausbeute optimal berücksichtigt werden. Zur weiteren Verbesserung
der Genauigkeit der Messung.kann noch dafür gesorgt werden, daß der Elektrolot in
der Zelle zirkuliert bzw. durch diese hind'urchtritt, indem die Zelle bspw. an verschiedenen
Stellen mit LöAkern versehen wird.
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Statt der beiden parallel geschalteten Anoden und der dazwischen angeordneten
Kathode können selbstverständlich auch andere zweckmäßige Elektrodenanordnungen
verwendet werden, wie bspw. je eine konzentrisch zueinander angeordnete- Anode und
Kathode.
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Die Speisung der Konstantstromquelle 1 muß nicht unbedingt aus dem
50 Hz--Wechselstromnetz erfolgen, sondern sie kann auch vorteilhafterweise aus dem
sowieso vorhandenen Elektrolysegleichrichter vorgenommen werden.
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Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß bei einem umgekehrten
Anschluß der Elektroden an die Konstantstromquelle 1 - also dann, wenn anstelle
der Kathode die Anode tritt -, die GewichtS- bzw.. Schichtdickenabnahmen der Anode
ein Maß für die Stromausbeute ist. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich dann
auch auf anodische Prozesse anwenden.