DE3226621A1

DE3226621A1 - Fuer hohe stromdichten geeignete galvanisiervorrichtung

Info

Publication number: DE3226621A1
Application number: DE19823226621
Authority: DE
Inventors: Ralph R. 44234 Hiram Ohio Green; Wayne A. 44094 Willowick Ohio Kruper
Original assignee: Imperial Clevite Inc
Current assignee: Clevite Industries Inc
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1983-02-10
Also published as: CA1175778A; DE3226621C2; FR2510146A1; MX153519A; IN154810B; JPH0259239B2; GB2102836A; AU8481482A; KR880002019B1; BR8204220A; US4399019A; JPS5825500A; AU554426B2

Description

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TISCHER · KERN & BREHM

Albart-Rosahaupter-Strasse 65 · P 8000 MOnchen 70 · Telefon (089) 7605520 Telex 05-212284 patsd - Telegramme Kernpatent München

IMPERIAL CLEVITE INC. 16. Juli 1982

540 East 105th Street lC-06

Cleveland, Ohio 44108
U. S. A.

Für hohe Stromdichten geeignete Galvanisiervorrichtung .

Beschreibung;

Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik der galvanischen Metallabscheidung (Elektroplattieren); insbesondere betrifft die Erfindung die galvanische Metallabscheidung bei hohen Stromdichten. Die Erfindung ist besonders brauchbar für die galvanische Abscheidung von Blei/Zinn-Legierungen auf Gleitlagern und wird nachstehend mit besonderer Bezugnahme darauf beschrieben. Es soll jedoch ausdrücklich betont sein, daß die Erfindung breitere Anwendung findet, einschließlich der galvanischen Abscheidung von anderen Metallen und Legierungen auf anderen Werkstücken.

Bei der mit hohen Stromdichten arbeitenden galvanischen Metallabscheidung ist die Stromdichte proportional der Quadratwurzel der relativen Bewegung zwischen der Galvanisierlösung und dem Werkstück. Früher ist die mit hohen Stromdichten arbeitende galvanische Metallabscheidung in der Weise durchgeführt worden, daß entweder das Werkstück relativ zu der Galvanisierlösung bewegt, oder daß die Galvanisierlösung relativ zu dem Werkstück bewegt worden ist. Sofern bei der Metallabscheidung auf Gleitlagern die letzteren relativ zu der Lösung bewegt werden, führt das zu zahlreichen Problemen. Sofern eine Säule von Lagern um eine Anode gedreht wird, sind Festhaltevorrichtungen erforderlich, um den Rotations- bzw. Zentrifugalkräften standzuhalten. Solche Festhaltevorrichtungen erschweren das Einbringen und Herausnehmen der Werkstücke und machen diese Vorgänge zeitaufwendig. Weiterhin müssen diese Festhaltevorrichtungen dynamisch ausbalanciert werden, damit eine gleichmäßige Rotation möglich wird. Zusätzlich zu den mit der Rotation der Festhaltevorrichtungen verbundenen mechanischen Problemen bewirkt diese Rotation auch eine Verwirbelung der Galvanisierlösung. Diese Verwirbelung erfordert, daß die Galvanisiervorrichtung völlig geschlossen ist, um ein Herausspritzen der Galvanisierlösung aus der Galvanisiervorrichtung zu verhindern und weiterhin das Eindringen von Luft in die Galvanisierlösung zu unterbinden, weil dadurch die Galvanisierchemikalien oxidiert werden könnten. Ein solches völliges Einschließen der Galvanisiervorrichtung behindert das Einbringen und Herausnehmen der Werkstücke noch weiter.

Sofern die Galvanisierlösung relativ zu dem Werkstück bewegt werden soll, ist die Bewegung eines großen Lösungsvolumens innerhalb der Galvanisiervorrichtung und durch die bestimmt angeordneten Werkstücke erforderlich. Typischerweise erfordert die galvanische Metallabscheidung auf einem Gleitlager mit einem Innendurchmesser von 25 cm und einer Lagerflächenlänge von

2 66 cm bei einer Stromdichte von etwa 0,86 Ampere/cm (800 Ampere pro Quadratfuß), daß pro Minute 6 623 L Lösung zwischen der Anode und dem Werkstück umgewälzt werden. Es treten jedoch Schwierigkeiten auf, wenn solch große Mengen einer stark korrodierenden Galvanisierlösung durch ein solch kleines Volumen gepumpt werden. Der zur Bewegung der Galvanisierlösung erforderliche hohe Pumpendruck bedingt seinerseits wieder aufwendige Festhaltevorrichtungen, um das zu galvanisierende Lager sicher an seinem Platz zu halten. Auch diese Festhaltevorrichtungen sind wieder schwierig zu be- und entladen. Weiterhin erhöht dieser hohe Pumpendruck wieder die Schwierigkeiten beim Einbringen und Herausnehmen der Werkstücke, und es besteht Gefahr, daß Luft in die Galvanisier lösung eingeschleppt wird.

Die· bekannten, für das Arbeiten bei hohen Stromdichten vorgesehenen Vorrichtungen bzw. Zellen zur galvanischen Metallabscheidung verwenden typischerweise entweder eine feste und lösliche Anode oder eine feste und unlösliche Anode. Die Hauptschwierigkeit mit einer festen Anode besteht beim Arbeiten unter hohen Stromdichten darin, daß diese Anoden schnell aufgelöst werden. Zum Beispiel werden zur galvanischen Metallabscheidung auf dem oben erwähnten Gleitlager (Innendurchmesser 25 cm, Länge der Lagerfläche 66 cm) bei der genannten Stromdichte von 0,86 Ampere/cm pro Stunde von der Anode etwa 17 kg Blei/Zinn-Legierung aufgelöst. Dies ist das Äquivalent zu einer Standardanode mit einem Durchmesser von etwa 5 cm.

Die prinzipielle Schwierigkeit bei unlöslichen Anoden besteht darin, daß diese die Galvanisierlösung verschlechtern. Die unlöslichen Anoden setzen Sauerstoff frei, der seinerseits einige der Bestandteile der Galvanisierlösung zerstört. Darüberhinaus sind unlösliche Anoden tatsächlich nicht völlig

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unlöslich, sondern es werden in geringem Anteil verunreinigende Metalle gelöst, die daraufhin in der Galvanisierlösung verteilt werden.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese oben erwähnten Schwierigkeiten und weitere Probleme und schafft ein mit hohen Stromdichten arbeitendes System zur galvanischen Metallabscheidung, das für Produktionszwecke gut geeignet ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Galvanisierzelle bzw. Galvanisiervorrichtung für die galvanische Metallabscheidung bei hohen Stromdichten bereitgestellt. Zu dieser Vorrichtung gehört eine Anodenstruktur mit einer Quelle des abzuscheidenden Metalles und mit einer elektrisch leitenden Anodenstromzuführung, um an die Anodenstruktur ein positives elektrisches Potential anzulegen» Weiterhin gehört zu dieser Vorrichtung wenigstens ein Rührflügel, der benachbart zur Anodenstruktur angeordnet ist und von einer Rotationseinrichtung rund um die Anodenstruktur gedreht wird. Weiterhin gehört zu der Vorrichtung eine Anordnungsvorrichtung, welche die zu galvanisierenden Werkstücke in einer festen physikalischen Beziehung bezüglich der Anodenstruktur hält. Schließlich ist eine elektrisch leitende Kathodenstromzufuhrung vorhanden, um an die zu beschichtenden Werkstücke negatives Potential anzulegen.

Nach einem - stärker eingeschränkten - Gesichtspunkt der Erfindung weist die Anodenstruktur eine rohrförmige Außenwand auf, die porös ist, so daß eine Wanderung der abzuscheidenden Ionen und der Galvanisierlösung möglich ist. Zwischen der Anodenstruktur - Außenwand und der Innenwand der zu beschichtenden Werkstücke ist ein Abscheidungsraum ausgebildet. Infolge der Rotation der oder des Rührflügel fs) wird Galvanisierlösung durch diesen Abscheidungsraum zirkuliert.

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Ein grundlegender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß ein relativ kleines Volumen der Galvanisierlösung zwischen der Anodenstruktur und den Werkstücken bewegt wird. Dies vermindert den erforderlichen Druck und die weiteren Probleme, die unausweislich bei einem hohen Pumpendruck hinsichtlich des Rührens der Lösung und des Einbringens der Werkstücke auftreten.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß höhere Produktionsgeschwindigkeiten ermöglicht werden, indem das Einbringen und das Herausnehmen der Werkstücke erleichtert istj und der Anodenwechsel wegfällt.

Noch ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Wartungsaufwand verringert ist.

Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Figuren erläutert; die letzteren zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, einefür den Betrieb bei hohen Stromdichten be.-stimmte Galvanisiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, die Anodenstruktur und die Werkstück-Haltevorrichtung der Galvanisiervorrichtung gemäß Fig.l.

Die mit den Figuren erläuterte, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dient lediglich zu deren Erläuterung; keinesfalls soll die Erfindung auf diese bevorzugte Ausführungsform eingeschränkt sein.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gehört zu der Galvanisiervorrichtung ein Behälter oder Tank A für die Galvanisierlösung. Innerhalb dieses Behälters A ist lösbar eine Werkstück-Halte- und -Anordnungs-Struktur B angeordnet, welche eine Anzahl von Werkstücken C zu halten vermag und die in angemessener Nähe zur Anodenstruktur D hält. Kurz gesagt pumpt eine erste Pumpe 10 die Galvanisierlösung aus dem Behälter A in einen dünnen, ringförmigen Abscheidungsraum 12 zwischen den Werkstücken C und der Anodenstruktur D. Eine zweite Pumpe 14 saugt eine relativ kleine, kontrollierte Menge der Galvanisierlösung aus dem Abscheidungsraum 12 durch die Anodenstruktur D und führt diesen Lösungsanteil wieder in den Behälter A zurück. Die restliche, von der Pumpe 10 in den Abscheidungsraum 12 gedrückte Galvanisierlösung kehrt über einen Rückführspalt 16 am oberen Ende des Abscheidungsraumes 12 wieder in den Behälter A zurück. Auf diese Weise wird die Galvanisierlösung kontinuierlich durch den Abscheidungsraum 12 zwischen der Anodenstruktur D und den zu beschichtenden Werkstücken C zirkuliert. Zur Erhöhung der Bewegung der Galvanisierlösung relativ zu den Werkstücken C dient ein Motor 20, der seinerseits eine Welle 22 antreibt, welche mit der Anodenstruktur D verbunden ist. Eine noch stärkere Bewegung der Galvaniserlösung wird durch einen oder mehrere Rührflügel 24 erreicht, welche an der Anodenstruktur D in der Weise angebracht sind, daß sie durch den Abscheidungsraum 12 hindurch rotieren. Die Pumpen 10 und 14 und die Rotation der Anodenstruktur zusammen mit den daran angebrachten Rührflügeln 24 tragen jeweils zur Bewegung der Galvanisierlösung relativ zu den Werkstücken mit ausreichender Geschwindigkeit bei, so. daß eine gleichmäßige Abscheidung bei den ausgewählten hohen Stromdichten erhalten

wird. In Abhängigkeit von der gewählten Stromdichte kann entweder die Tätigkeit der Pumpen oder die Rotation allein ausreichen, oder beide können erforderlich sein.

Zur nachstehenden weiteren Erläuterung wird insbesondere auf Fig. 2 und darüberhinaus weiterhin auf Fig. 1 Bezug genommen. Danach gehört zu der Werkstückhalte- und -anordnungsvorrichtung B ein unteres Tragegestell 40, das seinerseits eine untere Laufbuchse 42 abstützt, mit welcher das untere Ende der Anodenstruktur D drehbar gehalten wird. Die untere Laufbuchse 42 weist einen ersten Durchflußkanal 44 für die Galvanisierlösung auf, welcher den Behälter A mit dem Abscheidungsraum 12 verbindet. Mit diesem Durchflußkanal 44 steht ein ringförmiger Verteilungsring 46 in Verbindung, über welchen die Lösung gleichmäßig in den Abscheidungsraum 12 rund um dessen Umfang eingeführt wird. Nahe am oberen Abschnitt der unteren Laufbuchse 42 befindet sich ein erster Werkstück-Anordnungsring 48, um die Werkstücke abzustützen.

Vertikal ausgerichtete Tragelemente sind zwischen dem unteren Traggestell 40 und einem oberen Traggestell 50 angeordnet und mit diesen verbunden. An diesen vertikal ausgerichteten Tragelementen sind eine Anzahl Arme 52 schwenkbar angebracht. Diese Arme 52 sind schwenkbar zwischen einer ersten Stellung, in der sie Kupfer-Kathodenstäbe 54 gegen die Werkstücke C drücken, um diese in einer zweckmäßigen Stellung zu halten, und weiterhin schwenkbar in eine zweite Stellung, in welcher die Kathodenstäbe 54 von den Werkstücken entfernt angeordnet sind, so daß die Werkstücke herausgenommen werden können. Über die Kathodenstäbe 54 wird ein negatives Potential an die Werkstücke angelegt, so daß die letzteren Metallionen anziehen. Die Anzahl und physikalische Ausbildung der Arme 52 und Kathodenstäbe 54 kann mit der Größe und Natur der zu beschichtenden Werkstücke verschieden sein. Am oberen Traggestell 50 ist eine obere Lauf-

buchse 56 befestigt, welche den Rückführspalt 16 zwischen dieser Laufbuchse 56 und der Anodenstruktur D begrenzt. Unterhalb dieser oberen Laufbuchse 56 befindet sich ein zweiter Werkstück-Anordnungsring 58. Die Werkstück-Anordnungsringe und 58 sind dahingehend ausgewählt, daß sie im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die zu beschichtenden Werkstücke aufweisen und eine entsprechende Höhe, so daß die Werkstücke und die Anordnungsringe 48 und 58 zusammen völlig den Zwischenraum zwischen der unteren Laufbuchse 42 und der oberen Laufbuchse 56 ausfüllen. Auf diese Weise bildet der ringförmige Abscheidungsraum 12 einen abgeschlossenen Bereich mit lediglich beschränktem Zugang.

Im Zusammenhang mit der hier erörterten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen als Werkstücke Gleitlager, wie etwa die Hauptlager, die Kurbelstangenlager oder die Flanschlager für verschiedene Typen von Motoren. Diese Gleitlager sind halb-zylinderförmige Lager solcher Ausbildung, daß jeweils zwei davon so benachbart zueinander anordenbar sind, daß sie ein zylindrisches Lager bilden. Häufig sind diese Lager rund um die Hauptantriebswelle des Motors angeordnet. Für solche Anwendungen ist es wünschenswert, daß die innere Gleitfläche dieser Lager mit einer Bleilegierung beschichtet ist. Für die Anwendung bei üblichen Kraftfahrzeugen ist die Gleitoberfläche der Gleitlager mit einer 0,025 mm dicken Schicht aus Bleilegierung beschichtet. Für Hochleistungsmotoren liegt die Dicke der Bleilegierungsschicht häufig in der Größenordnung von 0,0127 mm, während für schwer belastbare Lokomotivmotoren sie häufiger bei etwa 0„05 bis 0,1 mm liegt. Beschichtungslegierung ist häufig eine Blei/Zinn-Legierung, die eine ausreichende Menge Zinn enthält, um die durch die Motorenöle verursachte Bleikorrosion zu unterbinden. Obwohl bei der erläuterten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als zu beschichtende Werkstücke Gleitlager für Motoren

dienen, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Grundlagen der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Werkstücken anwendbar sind.

Zur weiteren Erläuterung wird erneut auf Fig. 2 Bezug genommen. Zu der Anodenstruktur D gehört ein poröser Anodenkorb 60 mit einer rohrförmigen Wand, die in ausreichendem Ausmaß porös ist, so daß die Metallionen durch diese Wand hindurchtreten können. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist diese rohrförmige Wand eine Vielzahl von gebohrten Löchern mit einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 3 bis 6,3 mm auf. Diese Löcher sind in regelmäßigen Abständen rund um den Umfang und längs der Länge angeordnet und machen etwa 25 bis 35 % des Oberflächenbereiches aus. Nach einer alternativen Ausführungsform kann der Anodenkorb aus einem porösen Material bestehen oder Schlitze oder Öffnungen anderer Abmessungen, Größe und Form aufweisen. Innerhalb des Anodenkorbes 60 befindet sich eine poröse Auskleidung 62. Diese Auskleidung 62 hilft mit zu verhindern,daß kleine Teilchen des Anodenmetalles durch die öffnung im Anodenkorb 60 hindurch gelangen. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß bei einer solchen Ausführungsform, wo die Öffnungen, Löcher oder Durchbrechungen in dem Anodenkorb ausreichend klein sind, die Auskleidung 62 auch weggelassen werden kann. Die Auskleidung 62 besteht aus einem Material, das von der Galvanisierlösung nicht korrosiv angegriffen wird; zu geeigneten Materialien gehört ein "DYNEL"-Tuch, obwohl auch verschiedene andere gewebte und ungewebte Schichtstoffe aus Kunststoff und Nicht-Kunststoff-Materialien in Betracht kommen können. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Anodenkorb 60 aus chloriertem Polyvinylchlorid, obwohl auch hierfür andere Kunststoffe, nicht-leitfähige Materialien und sogar metallische Materialien in Betracht kommen können, wenn die letzteren in der Galvanisier-Umgebung weniger reaktiv sind, als das verwendete, abzuscheidende Metall.

Am unteren Ende des Anodenkorbes 60 befindet sich ein Sieb 64 oberhalb eines unteren Endstückes 66, in dem sich Durchlässe 68 befinden, welche in Verbindung mit einem zweiten Durchflußkanal 70 in der unteren Laufbuchse 42 füx die Galvanisierlösung stehen. Auf diese Weise kann die Pumpe 14 die Galvanisierlösung durch die Öffnungen im Anodenkorb, ferner durch die poröse Auskleidung 62 hindurch in das Innere des Anodenkorbes 60 saugen. Aus dem Innenraum des Anodenkorbes 60 wird die Galvanisierlösung daraufhin durch das Sieb 64, die Durchlässe 68 und den zweiten Durchflußkanal zur Pumpe 40 und zum Behälter A gesaugt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist innerhalb der Anodenstruktur eine Anzahl Stücke 80 des abzuscheidenden Metalles angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei diesen Stücken 80 um Blei/Zinn-Schrot oder -Pellets. In dem Ausmaß, in dem der Galvanisiervorgang fortschreitet, werden die Bleiionen und Zinnionen aus dem Schrot in die Elektrolytlösung gelöst und auf den Werkstücken abgeschieden. Im Verlauf ihrer Auflösung werden die Schrotstückchen 80 immer kleiner, sinken nach unten und setzen sich am Boden der Anodenstruktur D ab. Wenn der Füllgrad an Schrot klein geworden ist, wird zusätzlicher Schrot in eine obere Trichteranordnung 84 gegossen, wodurch der Schrot durch entsprechende Zuführöffnungen 86 hindurch in die Galvanisierlösung gelangt, ohne den Galvanisiervorgang zu unterbrechen. Dieser Schrot kann fortlaufend oder handbetätigt in regelmäßigen Intervallen zugesetzt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Anodenstruktur um einen deutlichen Abstand über die Oberseite des allerobersten Werkstückes hinaus und bildet dort einen "Schrotkopf". In diesem Fall wird durch Auflösung des Schrotes die Kopfgröße reduziert, es ist jedoch stets Schrot benachbart zu sämtlichen Werkstücken vorhanden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird für den Kopf ein ausreichendes

Volumen gewählt, so daß unter üblichen Galvanisierbedingungen ungefähr 1 Stunde erforderlich ist, um diesen Schrotkopf aufzubrauchen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Stab 22 ein Kupferstab, um dem Blei/Zinn-Schrot 80 in der Anodenstruktur D ein positives elektrisches Potential zuzuführen. Der leitfähige Stab 22 ist mit dem Anodenkorb 60 verbunden, so daß der Stab 22 und der Anodenkorb 60 gemeinsam rotieren. Wahlweise kann der Stab 22 mit einem Metall beschichtet sein, das gegenüber der besonderen Galvanisierlösung beständig ist.

Um die Strömung der Galvanisierlösung vor der Oberfläche der zu beschichtenden Werkstücke zu steigern, ist eine Anzahl Rührflügel 24 vorhanden, die mit der Oberfläche des Anodenkorbes 60 verbunden sind, und durch den Abscheidungsraum 12 hindurch rotieren, wenn sich die Anodenstruktur D dreht. Jeder Rührflügel 24 ist lösbar mit einer Rührflügelhalterung 92 verbunden, wozu Stellschrauben 94 oder andere lösbare Befestigungsmittel dienen. Dadurch ist es möglich, die Rührflügel 24 zu verändern oder gegen andere Rührflügel auszutauschen, die in besonderer Weise an die zu beschichtenden Werkstücke angepaßt sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Rührflügel 24 aus einem starren Stoffteil und sind so angeordnet, daß sie eng benachbart vor den zu beschichtenden Gleitflächen vorbei rotieren, ohne diese jedoch zu berühren. Nach einer alternativen Ausführungsform können die Rührflügel 24 an der zu beschichtenden Oberfläche der Lager entlangstreichen; sofern die Rührflügel 24 und die zu beschichtenden Oberflächen einander berühren sollen, bestehen die Rührflügel 24 vorzugsweise aus einem etwas biegsamen und nachgiebigem Material, etwa in der Form eines Scheibenwischers oder einer Bürste. Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß die Rührflügel 24 - wie dargestellt - linear ausgebildet sind. Vielmehr können die Rührflügel spiralig rund um den Anoden-

korb 60 angeordnet sein, oder unter einem bestimmten Winkel angeordnet sein, oder intermittierend angeordnet sein, oder in einer sonstigen, an spezielle Bedingungen angepaßten Weise angeordnet sein. Wahlweise ist es auch möglich, daß die Rührflügel 24 unabhängig von dem Anodenkorb 60 rotieren.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, übertragen eine Anzahl elektrisch leitender Bürsten 100 das positive Potential auf den leitfähigen Stab 22, wenn dieser rotiert. Zu einer Anheb- und Absenk-Vorrichtung gehört ein Kabel 102, dessen eines Ende mit der Anordnungseinrichtung B und dessen anderes Ende mit einem Gegengewicht 104 verbunden ist. Ein Motor 106 dient dazu, das Kabel 102 nach Bedarf zu verschieben, um die Anordnungseinrichtung B, die Werkstücke C und die Anodenstruktur D in die Galvanisierlösung hinein abzusenken oder aus dieser heraus anzuheben. Wahlweise kann der Behälter A an der Stelle 108 mit einem (nicht dargestellten) Vorratstank verbunden sein, um die Menge der verfügbaren Galvanisierlösung zu erhöhen.

Betrachtet man die besonderen Betriebsparameter, so verändert sich die Durchflußgeschwindigkeit der Galvanisierlösung durch den Abscheidungsraum 12 in Abhängigkeit von den Galvanisierbedingungen. Der relativ hohe elektrische Widerstand des Stromes, der zwischen dem Blei/Zinn-Schrot 80 im Anodenkorb 60 und den Werkstücken C fließt, bewirkt eine Widerstandsheizung. Diese Widerstandsheizung kann einen Temperaturanstieg von mehreren Grad zwischen dem Temperaturwert, wenn die Galvanisierlösung zum ersten Mal in den Abscheidungsraum 12 an dessen Boden eintritt, und dem weiteren Temperaturwert, wenn die Galvanisierlösung den Abscheidungsraum 12 an dessen Oberseite durch den Spalt 16 verläßt, bewirken. Da andererseits die Galvanisiergeschwindigkeit und die Legierungszusammensetzung von der Temperatur abhängt, würde eine deutliche Differenz der Tempe-

raturen der Galvanisierlösung zwischen der Oberseite und dem Boden des Absehexdungsraumes 12 zu einer ungleichmäßigen Beschichtung der Werkstücke führen. Demzufolge muß die Durchflußgeschwindigkeit durch den Abscheidungsraum 12 und die Pumpenleistung der Pumpe 10 ausreichend groß sein, damit der Temperaturgradient über den Abscheidungsraum 12 innerhalb akzeptabler Toleranzen gehalten wird. Weiterhin soll die Pumpenleistung ausreichend groß sein, damit keine Anreicherungen oder Verarmungen der Elektrolytlösung innerhalb des Abscheidungsraumes 12 auftreten und damit Salzabscheidungen im Anodenkorb 60 vermieden werden.Für einen Abscheidungsraum 12 mit einem Innendurchmesser von 10 cm, einem Außendurchmesser von 19 cm und einer Höhe von 30,5 cm hat sich

bei Anwendung eines Galvanisierstromes von etwa 1,18 A/cm (1 100 Ampere pro Quadratfuß) zur Abscheidung einer Blei/ Zinn-Legierung aus ungeführ 85 % Blei und 15 % Zinn eine Pumpenleistung von etwa 37 oder 75 bis 227 Liter pro Minute als akzeptabel erwiesen, wobei unter den genannten Bedingungen eine Pumpenleistung von etwa 190 L/min bevorzugt wird. Für die Pumpe 14 hat sich eine Pumpenleistung von weniger als 37 L als akzeptabel erwiesen, wobei eine Pumpenleistung von etwa 11 bis 19 L/min bevorzugt wird. Es ist weiterhin festgestellt worden, daß auch das Weglassen der Pumpe 14 oder die Umkehrung ihrer Pumpenrichtung, so daß in den Anodenkorb 60 hineingepumpt wird, befriedigende Ergebnisse ergibt. Jedoch, wenn in den Anodenkorb 60 hineingepumpt wird, können Schmutzteilchen und Verunreinigungen aus der Anodenstruktur D heraus in den Abscheidungsraum 12 geschleppt werden, was unter Umständen die Qualität der galvanischen Abscheidung verringern kann.

Die Erfindung ist anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert worden. Ersichtlich können Modifizierungen und Abänderungen vorgenommen werden. Es ist beabsichtigt, daß die

vorliegende Erfindung auch alle solche Modifizierungen und Abänderungen einschließt, soweit sie sich unter den Gegenstand der Patentansprüche oder deren Äquivalente subsummieren lassen.

Leerseite

Claims

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TISCHER · KERN & BREHM

Albert-Ro»8h«upter-Straa»9 65 ■ D 8000München 70 ■ Telefon (089) 7605520 ■ Telex 05-212284 patad · Telegramme Kernpatenl München

IMPERIAL CLEVITE INC. 16. Juli 1982

540 East 105th Street IC-06

Cleveland, Ohio 44108
U. S. A.

Für hohe Stromdichten geeignete Galvanisiervorrichtung

Patentansprüche;

Galvanisiervorrichtung,
gekennzeichnet durch

eine Anodenstruktur (D) mit einer Quelle des abzuscheidenden Metalles;

wenigstens einen Rührflügel (24), der in einem zur Anodenstruktur (D) benachbarten Abscheidungsraum (12) angeordnet ist;

eine Rotationseinrichtung, um den oder die Rührflügel (24) durch den Abscheidungsraum (12) hindurch rotieren zu lassen; eine elektrisch leitende Anodenstromzuführung (22), um an die Anodenstruktur (D) positives Potential anzulegen; eine Anordnungseinrichtung (B), um die zu beschichtenden Werkstücke (C) in bestimmter fester Anordnung bezüglich

der Anodenstruktur (D) anzuordnen, wobei der Abscheidungsraum (12) gebildet wird; und

eine elektrisch leitende Kathodenstromzuführung (54), um an die zu beschichtenden Werkstücke (C) negatives Potential anzulegen.

2. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Anodenstruktur (D) ein Anodenkorb (60) mit einem hohlen Innenraum zur Aufnahme des abzuscheidenden Metalles gehört, und

dieser Anodenkorb (60) eine rohrförmige, poröse Wand aufweist, durch deren öffnungen die abzuscheidenden Ionen hindurchtreten können.

3. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der oder die Rührflügel (24) mit der rohrförmigen Wand des Anodenkorbes (60) verbunden ist bzw. sind, und die Rotationseinrichtung den Anodenkorb (60) und die Rührflügel (24) gemeinsam in Rotation versetzt.

4. Galvanisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Anzahl Rührflügel (24) am Anodenkorb (60) zur gemeinsamen Rotation mit diesem angebracht ist.

5. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die Rührflügel (24) einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

Galvanisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,-dadurch gekennzeichnet, daß

die Rührflügel (24) lösbar angebracht sind, so daß die Rührflügel gegen solche Rührflügel austauschbar sind, die in besonderer Weise an die zu beschichtenden Werkstücke (C) angepaßt sind.

7. Galvanisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die rohrförmige Viand des Anodenkorbes (60) eine Anzahl größerer Durchlässe aufweist, durch welche die Galvanisierlösung hindurchfließen kann.

8. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

diese Durchlässe ungefähr 25 bis 35 % des Oberflächenbereiches der rohrförmigen Wand ausmachen.

9. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß

innerhalb der rohrförmigen Wand eine poröse Auskleidung (62) vorhanden ist.

10. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die poröse Auskleidung (62) aus einem gewebten Material besteht.

11. Galvanisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anordnungseinrichtung (B) die Werkstücke (C) in der Weise anordnet, daß der Abscheidungsraum (12) zwischen der Anodenstruktur (D) und den Werkstücken (C) gebildet wird.

12. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

ein erster Durchflußkanal (44) vorhanden ist, durch den hindurch Galvanisierlösung in den Abscheidungsraum (12) eintreten kann.

13. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anodenstruktur (D) einen Anodenkorb (60) aufweist, in dem sich pelletisiertes Abscheidungsmetall befindet, der Anodenkorb (60) eine poröse Außenwand aufweist, durch deren Poren oder Öffnungen die Galvanisierlösung hindurchfließen kann, und

ein zweiter Durchflußkanal (70) für die Galvanisierlösung vorhanden ist, der mit dem Innenraum des Abscheidungsraumes (12) in Verbindung steht.

14. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Pumpe (10) vorhanden ist, um die Galvanisierlösung durch den ersten Durchflußkanal (44) hindurch in den Abscheidungsraum (12) zu pumpen, und eine zweite Pumpe (14) vorhanden ist, um Galvanisierlösung durch den zweiten Durchflußkanal (70) hindurch aus dem Innenraum des Anodenkorbes (60) abzuziehen.

15. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

die Pumpenleistung der ersten Pumpe (10) für einen Durchsatz von ungefähr 75 bis 227 L/min ausgelegt ist.

16. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß '

die Pumpenleistung der ersten Pumpe (10) für einen Durchsatz von ungefähr 190 L/min ausgelegt ist.

17. Galvanisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Pumpenleistung der zweiten Pumpe (14) für einen Durchsatz kleiner als 37 L/min ausgelegt ist.

18. Galvanisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anodenstromzuführung ein elektrisch leitender Stab (22) ist; und

zur Rotationseinrichtung ein Motor gehört, um den elektrisch leitenden Stab (22) in Drehung zu setzen, dieser Stab (22) seinerseits in das Innere des Anodenkorbes (60) hineinreicht und dort mit diesem in Verbindung steht, so daß der Anodenkorb (60) gemeinsam mit dem elektrisch leitenden Stab (22) rotiert.

19. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß

Bürsten (100) vorhanden sind, um das positive elektrische Potential auf den elektrisch leitenden Stab (22) zu übertragen, und dieser elektrisch leitende Stab (22) das positive Potential auf das Abscheidungsmetall innerhalb des Ano denkorbes (60) überträgt.

20. Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, ' dadurch gekennzeichnet, daß
der elektrisch leitende Stab (22) aus Kupfer besteht.