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erfahren zun Bestimmung der Größe der Oberfläche von erkstücken @e
@rfindung bezieht sich aul ein Verfahren, welches dazu verwendet werden soll, die
Größe der Oberfläche von Werkstöcuen zu bestimmen.
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Zer brfindrng liegt das Problem zugrunde, daß die Größe der @erkstückoberfläche,
insbesondere bei der elektrolytischen Oberflächenbehandlung, bekannt sein muß, damit
bsnw. die Stromdichte richtig eingestellt werden kann. Die Stromdichte als Guotient
von Strom und Fläche des zu bearbeitenden @erkstücks bestimmt nicht nur die Geschwindigkeit,
mit der die Schichtbildung auf dem Werkstück erfolgt, sondern sie beeinflußt auch
in hohem Maße die Eigenschaften der entstewerden Oberflächenschicht. Die Arbeitsbedingungen
bei der elek rochemischen Oberflächenbehandlung lassen sich daher @ur dann optimal
einstellen, wenn die Werkstückoberfläche genügend genau bekannt ist für die Bestimmung
der Größe von Oberflächen sind schon zahlreiche Verfahren bekanntgeworden, die jedoch
alle kaum Eingang in die Praxis gefunden haben, weil sie entweder zu ungenau arbeiten
oder aber in ihrer Handhabung zu umständlich sind. Während weiterhin die Oberflächen
von DIN-Teilen in Tabellen zusammengefaßt und damit leicht zugänglich sind, gibt
es für komplizierter geformte Werkstücke solche Oberflächentabellen nicht. Es wurden
ferner für eine Anzahl einfach
geformter Teile Nomoaramme aufgestellt,
die es jedoch ebenfalls für komplizierter geformte Teile nicht gibt.
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Die bereits bekannte rechnersche Pestimmung der Oberfläche komnliziert
geformter Gegenstände ist nicht nur schwierig, sondern infolge der erforderlichen
Rechenarbeit auch zeitraubend. Die ebenfalls bereits bekannte Bestimmung der Oberfläche
von Blechteilen durch Auswiegen der Teile und Division des Gewichts durch das Guadratmetergewicht,
führt nur bei großflächigen Teilen zu einem genügend genauen Ergebnis, da die Oberfläche
der Schnittkanten, Überlappungen, Bohrungen und tiefgezogenen Flächen und die mit
dem Tiefziehen verbunaene Dickenabnahme des Bleches dabei unberücksichtigt bleiben.
Die Oberfläche kleiner Stanzteile, die kompliziert geformt sind, läßt sich durch
Auswägen in keiner Weise bestimmen.
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Kleinere, glatte jerkstücke, wie bspw. Besteckteile, werden gemäß
einem weiteren bekannten Verfahren mit einem Klebelack überzogen und anschließend
mittels eines iiirbelschicht-Verfahrens mit Glasperlen von etwa 0,2 mm Durchmesser
beschichtet. Die Oberfläche der derkstücke läßt sich dann aus der Gewichtsdifferenz
vor und nach dem Beschichten ermitteln.
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Für kompliziert geformte Werkstücke, deren Flächen teilweise waagerecht
angeordnet sina, für Werkstücke mit Sacklöchern und für Hohlteile ist dieses Wirbelschicht-Verfahren
zur O-berflächenbestimmung jedoch nicht anwendbar.
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Eine andere-bekannte Möglichkeit zur Bestimmung der Oberfläche einfach
geformter Teile besteht darin, daß diese zeile in eine wäßrige Elektrolytlösung
ein@etaucht und mit einer bestimmten Ladungsmenge beaufschlagt werden. Die dabei
auftretende Doppelschichtkapazität von etwa 5 bis 50 µF/cm2 hängt außer von der
Art des werkstoffs sowie des Elektrolyten und der temperatur auch von der Ladungsdichte
land damit von der Form der werkstücke ab. Zwei unterschiedlich geformte Körper
mit gleicher Oberfläche erheben somit unterschiedliche Kapazitätswerte.
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ist auch bereits bekanntgeworden, das Werkstück zur Bestimmung der
Größe seiner Oberfläche in ein elektrolytisches ad zu tauchen und den Widerstand
der Elektrolysezelle zu mes. Auch dieses Meßprinzip ist nur für flache, gleichmäßig
geformte Teile anwendbar, während zurückliegende Flächen, Sacklöcher, Bohrungen,
Innenflächen von Hohlteilen und vertiefungen auf den Widerstandswert er Zelle keinen
reproduzierbaren Einfluß ausüben.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren
zur Bestimmung der Oberfläche von Werkstücken anzugeoen, welches nahezu automatisch
durchgeführt und mit welchem die Oberfläche selbst kompliziert geformter Werkstücke
genauestens ermittelt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung
darin, daß das Werkstück zunschst vollständig in eine in einem Behälter befindliche
Lösung eingetaucht und auf der gesamten Oberfläche des Werkstücks auf chemischem
Wege eine gleichmäßige Metallschicht vorgegebener Dicke abgeschieden wird, daß danach
diese Metallschicht auf elektrolytischem Wege wieder vollständig entfernt wird,
und daß die zum Entfernen der Metallschicht erforderliche Elektrizitätsmenge mit
einem geeichten Meßinstrument gemessen wird. Die Elektrizitätsmenge ist der Oberfläche
des Gegenstandes direkt proportional, und der Integrator zur Messung der Elektrizitätsmenge
läßt sich, wenn die stromlose Metallabscheidung unter reproduzierbaren Bedingungen
durchgeführt wird, direkt in dm2 eichen, so daß die Größe der Oberfläche unmittelbar
analog oder digital angezeigt wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden an Hand eines in
der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes beispielsweise erläutert.
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Mit 1 ist eine einstellbare Gleichstromguelle bezeichnet, welche bspw.
aus denn Wechselstromnetz 2 gespeist wird. An die Gleichstromquelle 1 sind die beiden
par-llel geschalteten kathoden 3 und 4 einerseits und das Werkstück 5, dessen
Oberfläche
bestimmt werden soll, andererseits. angeschlossen.
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In der Stromzuführung für das Werkstück 5 sind ein Widerstand 6 und
ein von einem Relais 7 zu betätigender Schalter 8 angeordnet. Die Kathoden 3 und
4- sowie das Werkstück 5; tauchen in einen Behälter 9 ein, in dem sich eine Metallsalzlösung
befindet, aus der die gleichmäßige Metallschicht auf das Werkstück 5 abgeschieden
wird, und in der dieMetallschicht vom Werkstück 5 elektrolytisch wieder .heruntergelöst
und auf den Kathoden 3 und 4 abgeschieden werden kann. Die bei der elektrolytischen
Ablösung am-Widerstand 6 abfallende Spannung wird an das Kontrollgerät 10 gegeben,
welches somit in Abhängigkeit von der über den Widerstand 6 und durch den Elektrolytbehälter
9 fließenden Elektrizitätsmenge das Relais 7 betätigt.
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Die Durchführung des Verfahrens nach der.Erfindung geschieht wie folgt:
In den Behälter 9 wird eine Lösung eingefüllt, die bspw. ein Kupfer-Komplexsalz
enthält. Außerdem werden die Kathoden 3 und 4, die bspw. aus Kupferblech bestehen,
in den Behälter 9 eingesetzt. Das Werkstück 5, dessen Oberfläche bestimmt werden
soll, möge aus Stahl bestehen. 5tlenn dieses Werkstück 5 in die im Behälter 9 befindliche
Kupfersalzlösung eingetaucht wird, bildet sich bei Raumtemperatur auf dem Vierkstück
durch eine Netallverdrängung, auch als lonenaustausch oder Zementation bekannt,
z.B. in drei minuten eine gleichmäßige Kupferschicht von 0,25 Mm Dicke aus. Nach
genau drei Minuten wird die Gleichstromquelle 1 eingeschaltet. Die Spannung wird
vorher so niedrig eingestellt, daf: sich zwar das auf dem Werkstück 5 chemisch abgeschiedene
Rupfer nn elektrolytisch auflöst, daß aber keine Nebenreaktionen, wie bspw. eine
Wasserzersetzung oder dergl., eintreten. Wegen dieser niedrigen Spannung kommt der
elektrolytische Prozeß -dann zum Stillstand, d.h. der Strom fällt praktisch auf
Null ab, wenn alles Kupfer der vorher abgeschiedenen Kupferschicht anodisch aufgelöst
ist. Während der Elektrolyse luft das zuvor auf I4ull gestellte Zählwerk 11 und
zeigt am Ende der
Elektrolyse unmittelbar die Oberfläche des Werkstücks
5 an.
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Dieser Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis der Elektrolyt erschöpft
ist.
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Bei der elektrolytischen Ablösung gleichmäßig dicken Metallschicht
von größeren Werkstücken braucht der Strom, sobald die Metallschicht vollständig
sbgelöst ist, nicht ganz auf Null zurückzugehen, sendern es kann noch ein kleiner
sogenannter Reststrom fließen, dessen Höse von der Art des Werkstückmaterials und
des zum Ablösen verwendeten Elektrolyten abbängt. Um diesen Unsicherheitsfaktor
auszuschließen, kann bspw. ein an sich bekannter elektronischer Stillstandsmelder
oder ein Relais zum Abschalt des Zählwerks 11 ein gesetzt werden, die ansprechen,
sobald der Elektrolysestrom wahrend einer definierten Zeitspanne einen einstellbaren
Wert unterschreitet.
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Wenn sich das Werkstück ähnlich wie das Überzugsinetall in dem verwendeten
Elektrolyten anodisch zu lösen vermag, kann das Verfahren nach der Erfindung ebenfalls
angewandt werden, jedoch läßt sich dann der Zeitpunkt der vollstandigen -Ablösung
des gleichmäßigen Metallüberzuges nicht durch das Absinken des Elektrolysestromes,
sondern durch die Kontrolle des hnod.en-sotentials bestimmen. Zu diesem Zweck wird
in die.
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Elektrolysezelle eine Bezugselektrode, bspw. eine Walomel-Elektrode,
eingesetzt, und die Potentialänderung des anodisch geschalteten Werkstücks dient
als Signal für -die' Abschaltung des Zählwerks 11, die dann bspw. mit Hilfe eines
Relais erfolgt, dessen Ansprechempfindlichkeit einstellbar ist.
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Die gleichmäßige Metallabscheidung auf dem Werkstück 5 kann gemäß
einem weiteren Erfindungsgedanken auch mit Hilfe einer Metallsalzlösung, -die -ein
Reduktionsmittel enthalt, erfolgen-. Damit kann das Verfahren nach der Erfindung
auch zur Bestimmung der Oberfläche elektrisch nichtleitender Gegenstände, die bspw.
aus Kunststoff bestehen, angewandt werden.
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Zur Eichung des Zählwerks 11 vor der Durchführung des verfahrens oder
auch dann, wenn die Lösung zun Herstellung der dünnen Metallschicht nicht mehr frisch
ist, so daß sich die Abscheidungsgeschwindigkeit geändert haben könnte, kann die
Zählgeschwindigkeit des Zählwerks 11 den jeweiligen Bedingungen auf einfache Weise
angepaßt werden. Ein Blech von bspw.
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genau 1 dm2 Oberfläche aus dem gleichen Werkstoff wie das Werkstück
5 wird an dessen Stelle oder gemeinsam mit diesem in den Behälter 9 eingetaucht
und damit in derselben Weise verfahren. wie oben beschrieben würde. Zeigt das Zählwerk
am Ende der enodischen Elektrolyse nicht 1 dm2" an, wird die-Drehgeschwindigkeit
de.s Zählwerks 11 mit an sich bekannten Nitteln, bspw. mit Hilfe eines Potentiometers,
entsprechend angepaßt. Mittels eines Gegenstandes, dessen Oberfläche bekannt ist,
läßt sich das Verfahren nach der Erfindung somit jederzeit auf seine Reproduzierbarkeit
kontrollieren.
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Statt die Abscheidung der dünnen Metallschicht auf dem Werkstück 5
in dem Behalter 9 vorzunehmen, kann dazu auch ein separates Gefäß verwendet werden.
Die Lösung zum Herstellen der dünnen Metallschicht und die Lösung zum anodischen
Ablösen dieser-Schicht brauchen nicht identisch zu sein. Die Zementation des Kupfers
auf einem Werkstück aus Stahl kann bspw. in einer schwefelsauren Kupfersalzlösung
erfolgen, wahrend-zum anodischen Ablösen der Kupferschicht bspw. ein cyanidischer
Kupferelektrolyt dienen kann. Durch die Auswahl geeigneter Metallsalzlösungen kann
das Verfahren nach der Erfindung zur Bestimmung der Oberfläche von Gegenständen
aus beliebigen Werkstoffen angewandt werden. Dabei können an Stelle des Kupfers
natürlich auch andere Elemente oder eine Verbindung abgeschieden und aufgelöst werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, statt der beiden Kathoden
3 und 4, das Werkstück 5 mit einer ringförmigen Kathode zu umgeben. Zur Bestimmung
der Innenfläche eines Hohlkorpers kann das Werkstück zugleich als Gefäß für die
Lösungen zum Niederschlagen bzw. Auflösen der dünnen Metallschicht
dienen,
wobei die Kathoden bzw. Kathode beim anodischen Ablösen der Metallschicht im Inneren
des Werkstücks anzuordnen sind.
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Die Gleichstromquelle 1 kann als solche beliebig ausgeführt sein.
An ihre Stelle kann auch ein in galvanischen Betrieben sowieso vorhandener Gleichrichter
treten. Statt des mit dem Zählwerk 11 ausgestatteten Kontrollgeräts 10 zur Bestimmung
der Elektrizitätsmenge, kann diese natürlich auch mit Eilfe eines Coulometers und
schließlich durch Auswägen der Kathoden bzw. Kathode vor und nach der Elektrolyse
ermittelt werden. Diese Meßverfahren sind zwar prizipiell anwendbar, weisen aber
gegenüber dem Kontrollgerät mit Zählwerk den Nachteil auf, daß die Größe der Oberfläche
nicht unmittelbar ablesbar ist. Ein unmittelbar ablesbares Gerät ergibt jedoch den
Vorteil, daß es von einer angelernten Hilfskraft bedient werden kann.
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Die Genauigkeit des Verfahrens nach der Erfindung wird um so größer,
je dicker die stromlos hergestellte gleichmäßige Metallschicht auf dem Werkstück
abgeschieden wird, jedoch wird dadurch auch die Dauer der anodischen Ablösung erhöht.