HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
elektrolytischen Behandlung eines metallischen Elementes,
wie das Durchführen von Entzundern, elektrolytischem
Polieren, Passivieren, Färben oder elektrolytischen Überzugsvor
gängen.
Beschreibung des Standes der Technik
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Verschiedene Arten zur Behandlung von Metalloberflächen sind
verwendet worden, wie das Entzundern, das
Oberflächenpolieren, die Passivierung, das Färben und das Überziehen. Jede
dieser Behandlungen kann mechanisch, chemisch oder
elektrochemisch durchgeführt werden. Die cheinischen und
elektrochemischen Verfahren leiden an den folgenden Nachteilen.
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Ein typisches chemisches Verfahren ist das Entzundern durch
Dekapieren. Im allgemeinen wird eine beträchtlich lange
Behandlungszeit für das Entzundern durch Dekapieren benötigt.
Zusätzlich muß ein sehr großes Lösungsaufnahmesystem
errichtet und betrieben werden, mit dem Zweck eine
Verunreinigung zu verhindern, die sonst durch die Verwendung einer
Säurelösung hervorgerufen wird. Es ist zutreffend, daß in
den letzten Jahren Dekapieren mit einer Dekapierpaste
verwendet worden ist, aber dieses Verfahren verlangt noch
beträchtliche Behandlungszeit und neigt dazu, ein
ungleichmäßiges Dekapieren über der Oberfläche des Metalls
hervorzurufen.
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Ein typisches Beispiel von elektro-chemischer Behandlung ist
das Entzundern durch elektrolytische Säurereinigung. Dieses
Verfahren verkürzt beträchtlich die Behandlungszeit,
benötigt aber ein Behandlungssystem, das ausschließlich für
diesen Zweck Verwendet wird.
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FR-A-1 48 1593 offenbart eine Vorrichtung mit einer
einzelnen, zylindrischen Walze, wobei eine Bürste vorgesehen ist.
GEGEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Metalloberfläche
glatt mit einem hohen Behandlungswirkungsgrad und mit hoher
Behandlungsqualität behandeln kann, wobei kein übergroßes
Lösungsaufnahmesystem und keine ungeeignet lange
Behandlungszeit benötigt werden und im allgemeinen die oben
genannten Schwierigkeiten beim Stand der Technik überwunden
werden.
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Die vorstehende und andere Zielsetzungen der Erfindung
werden durch diese Erfindung erreicht, die in beispielhafter
Weise und nicht in der Art einer Begrenzung in den folgenden
Zeichnungen gezeigt ist:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform einer elektrolytischen Vorrichtung zum
Behandeln eines metallischen Elementes;
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Fig. 2a, 2b und 2c
zeigen als Beispiele gewisse Muster, in denen
Kissen auf der äußeren Oberfläche einer zylindrischen
Elektrode angeordnet sind;
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Beispiels einer
elektrolytischen Behandlungsvorrichtung, die beide
Seiten eines metallischen Elementes behandeln
kann;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels
einer elektrolytischen Behandlungsvorrichtung, die
beide Seiten eines metallischen Elementes
behandeln kann;
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Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer
elektrolytischen Behandlungsvorrichtung, die nur eine
oder beide Seiten eines metallischen Elementes
behandeln kann;
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Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht der
Vorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, wobei
insbesondere die zylindrische Elektrode, die Kissen und
ein PaStendichtungselement dargestellt sind;
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Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die längs der Linie VII-
VII der Fig. 5 genommen ist;
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Fig. 8a ist eine Vorderaufsicht einer elektrolytischen
Behandlungsvorrichtung der Erfindung, die fünf Paare
von zylindrischen Elektroden aufweist, wobei
insbesondere die zylindrische Elektrode und eine
Elektrodenantriebseinheit dargestellt sind;
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Fig. 8b ist eine Seitenansicht der in Fig. 8a gezeigten
Vorrichtung;
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Fig. 9a ist ein Schema, das eine Einrichtung zum Zuführen
einer Paste zu den zylindrischen Elektroden der
Vorrichtung, die in den Fig. 8a und 8b gezeigt
ist, sowie zu einem metallischen Element zeigt,
das behandelt werden soll;
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Fig. 9b ist ein Diagramm, das die elektrische
Stromversorgungseinrichtung zeigt;
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Fig. 10 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der
Vorrichtung, die in den Fig. 8a und 8b gezeigt ist,
wobei insbesondere die zylindrische Elektrode, die
Pastenzuführöf fnung und ein Abschnitt eines zu
behandelnden, metallischen Elementes dargestellt
sind;
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Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform der elektrischen Behandlungsvorrichtung;
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Fig. 12 ist eine Seitenschnittansicht einer zylindrisches
Elektrode und der Antriebswelle der zylindrisches
Elektrode, die in Fig. 11 gezeigt sind; und
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Fig. 13 ist eine Querschnittansicht, die längs der Linie
X-X der Fig. 12 genommen ist, wobei insbesondere
die zylindrische Elektrode, die Antriebswelle für
die zylindrische Elektrode, Kissen und ein
metallisches Element dargestellt sind, das behandelt
werden soll.
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Die Beschreibung die folgt, beabsichtigt nicht, den Bereich
der Erfindung zu begrenzen oder einzuschränken, und
besondere Ausdrücke werden zur Unterstützung der Klarheit bei der
Beschreibung der besonderen Ausführungsformen verwendet, die
zur Darstellung in den Zeichnungen ausgewählt worden sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein
Beispiel einer elektrolytischen Behandlungsvorrichtung gezeigt
ist, wobei eine zylindrische Elektrode 1 so angebracht ist,
daß sie von einem Motor 2 drehangetrieben wird. Die
zylindrische Elektrode 1 ist so ausgerichtet, daß sich ihre Achse
in einer vorbestimmten Richtung in bezug auf die Oberfläche
eines metallischen Elementes 3, das behandelt werden soll,
erstreckt, beispielsweise quer zu dem metallischen Element 3
angeordnet.
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Die zylindrische Elektrode 1 ist vorzugsweise aus rostfreiem
Stahl hergestellt, obgleich andere geeignete, elektrisch
leitende Materialien verwendet werden können.
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Ein Kissen 4 ist auf der Oberfläche des Walzenbereiches der
zylindrischen Elektrode 1 so vorgesehen, daß das Kissen 4
die Oberfläche des metallischen Elementes 3 berührt, das
gemäß der Drehung der zylindrischen Elektrode 1 behandelt
werden soll.
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Das Kissen 4 ist vorzugsweise aus einem Material gemacht,
das mit einer Flüssigkeit imprägniert werden kann. Wenn die
Vorrichtung zum Zwecke des Entzunderns verwendet wird, ist
das Kissen 4 vorzugsweise aus einem vergleichsweise harten
Material gemacht, so daß es Oxidschuppen von der
Metalloberfläche abkratzen kann, und kann ein elektrischisolie
rendes, gewobenes oder gestricktes Gewebe aus Polyesterfa
ser, Glasfaser, Aluminiumnydoxidfaser oder ähnliches
umfassen, das mit einem Poliermittel imprägniert ist.
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Wenn die Vorrichtung zum Überziehen des metallischen
Elementes 3 verwendet wird, wird das Kissen 4 vorzugsweise aus
einem vergleichsweise weichen Material gemacht,
beispielsweise Nylonfasern, um Gasblasen zu entfernen, die an der
Oberfläche des metallischen Elementes 3 erzeugt werden,
wodurch die verlangte, elektrische Leitfähigkeit ohne
Be-Schädigung der Oberfläche des metallischen Elementes 3
sichergestellt wird. Ein einzelnes Kissen 4 kann in einer
spiralförmigen Form auf der zylindrischen Elektrode 1
vorgesehen sein, wie es in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist, oder
Kissenabschnitte können an der Oberfläche der zylindrischen
Elektrode 1 angebracht werden, so daß sie sich unterbrochen
oder kontinuierlich in der axialen Richtung erstrecken, wie
es in Fig. 2b und 2c gezeigt ist. Ein Pastenspender 6 (Fig.
1), der eine Mehrzahl von Pastenzuführöffnungen 5 zum
Zuführen einer elektrischleitenden Paste P zu der Oberfläche
der zylindrischen Elektrode 1 hat, ist oberhalb der
zylindrischen Elektrode 1 vorgesehen.
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Das Zuführsystem für die leitende Paste enthält ein Rohr 9,
durch das die leitende Paste P von einem Pastenbehälter 7 zu
dem Pastenspender 6 mittels einer Pumpe 8 zugeführt wird.
Die Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnen ein Nebenrohr bzw.
ein Steuerventil.
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Wenn die zylindrische Elektrode 1 durch den Motor 2 gedreht
wird, während die leitende Paste P auf die zylindrische
Elektrode 1 durch die Zuführöffnungen des Pastenspenders 6
zugeführt wird, wird der Spalt zwischen der zylindrischen
Elektrode 1 und dem Material 3, das behandelt werden soll,
beschickt und von der elektrischleitenden Paste P
eingenommen.
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Die Paste P kann Schwefelsäure oder einen Elektrolyt
enthalten, wenn sie für allgemeines Entzundern oder zur
Passivierung von rostfreiem Stahl verwendet wird. Wenn die
Vorrichtung zum Zweck eines Überziehens verwendet wird, kann
eine Paste, die Metallionen, beispielsweise Zn&spplus;&spplus;, Cu&spplus;&spplus; oder
Ni&spplus;&spplus;, enthält, als die Paste P verwendet werden. Jedenfalls
besitzt die Paste vorzugsweise ein geringes Maß an
Klebrigkeit.
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Elektrische Drähte sind von einer Gleichstromversorgung 12
mit einer Kohlenstof fbürste 13 auf der zylindrischen
Elektrode
1 und auch mit dem zu behandelnden Material 3
verbunden.
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In dem Fall des Entzunderns oder des Passivierens eines
rostfreien Stahlelementes ist die Plus (+) und Minus (-)
Seite der Stromversorgung mit dem Material 3 bzw. der
zylindrischen Elektrode 1 verbunden, wohingegen im Fall des
Überziehens die zylindrische Elektrode 1 und das Material 3
mit der Plus (+) bzw. der Minus (-) Seite der
Stromversorgung verbunden sind.
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Die Qualität der Oberflächenbehandlung wird durch den
Wirkungsgrad des Zuführens des elektrischen Stromes beeinf lußt,
so daß es wichtig ist, die Elektrode sauber zu halten. Es
wird deshalb bevorzugt, einen Elektrodenreiniger vorzusehen,
wie den Reiniger 14 in Fig. 1.
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Der Elektrodenreiniger 14 kann eine bürstenartige Form haben
und sollte ausgezeichnete Säurebeständigkeits- und
Abnutzungsbeständigkeitseigenschaften haben.
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Es wird nun eine Beschreibung des Falles gegeben, wo die
elektrolytische Behandlungsvorrichtung verwendet wird, um
beide Oberflächen des metallischen Elementes 3 zu behandeln.
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Bezug nehmend auf Fig. 3 weist die elektrolytische
Behandlungsvorrichtung eine obere Einheit A, die die gleiche
Konstruktion wie die Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist,
hat und mit der oberen Oberfläche des zu behandelnden
Materials 3 in Berührung gehalten wird, und auch eine untere
Einheit B auf, die die gleiche Konstruktion wie die obere
Einheit A hat und in Berührung mit der unteren Oberfläche
des Materials 3 gehalten wird. Das Bezugszeichen 15
bezeichnet ein Gehäuse, das die zylindrische Elektrode 1
überdeckt.
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Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung hat Pastenabdichtungs
elemente 16, die an dem Einlaß und Auslaß des zu
behandelnden, metallischen Elementes 3 vorgesehen sind, um zu
verhindern, daß leitende Paste P durch den Zwischenraum
zwischen den Wänden des Gehäuses 15 und des Materials 3, das
behandelt werden soll, entweicht. Die Pastenabdichtungsele
mente 16 können aus dem gleichen Material wie das Kissen 4
gemacht werden.
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Fig. 4, das das Merkmal des abhängigen Anspruches 1 umfaßt,
zeigt ein anderes Beispiel des Zuführsystems für die
leitende Paste. Bei diesem System ist ein Paar von
Pastenspendern 6 vorgesehen, um die Paste P Bereichen nahe der zu
behandelnden Oberflächen zuzuführen, das heißt zu den
Bereichen nahe beider zylindrischer Elektroden 1 und der
benachbarten, zu behandelnden Oberflächen. Somit sind die
Pastenspender 6 an der Einlaßseite des Gehäuses 15 vorgesehen,
wobei ihre Zuführöffnungen 5 in Richtung zu dem Auslaß des
Materials 3 gerichtet sind. Jedes Gehäuse 15 hat eine im
wesentlichen zylindrische Form. Ein Pastenabdichtungselement
16 ist zwischen dem Gehäuse 15 und dem zu behandelnden
Material 3 angeordnet. Ein Elektroden-Reiniger-Dichtungs-Element
17 ist an dem Auslaß für das metallische Material 3 in
Berührung mit der oberen Oberfläche des metallischen Materials
3 vorgesehen. Ein ähnliches
Elektroden-Reiniger-Dichtungselement 17 ist am Einlaß für das metallische Material 3 in
Berührung mit der unteren Oberfläche des metallischen
Materials 3 vorgesehen. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine
Pastenaustragsöffnung, die in dem Boden des unteren Gehäuses
15 vorgesehen ist.
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Diese Anordnung ermöglicht, daß die Gesamthöhe der
elektrolytischen Behandlungsvorrichtung verringert ist. Die
leitende Paste P wird in blattähnlicher Form durch die
Zuführöffnung 5 zugeführt, die sich in einer flachen Form über die
gesamte axiale Länge der zylindrischen Elektrode 1 öffnet,
so daß ein hoher Überziehungswirkungsgrad bei ziemlich
verringerter Menge an Paste P erreicht werden kann.
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Die zylindrische Elektrode 1 der elektrolytischen
Behandlungsvorrichtung kann von einer geeigneten
Bewegungseinrichtung, wie einem Wagen, getragen werden, oder alternativ
können Mittel vorgesehen werden, um das gerade behandelte,
metallische Material 3 zu bewegen. Ein solche Bewegungsein
richtung ermöglicht, daß elektrolytisches Säurereinigen,
Überziehen, Passivieren und andere elektrolytische
Behandlungen automatisch durchgeführt werden.
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Fig. 5 zeigt eine elektrolytische Behandlungsvorrichtung,
die ermöglicht, daß eine von beiden Seiten, nur die obere
Seite oder nur die untere Seite des Materials 3, behandelt
wird.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung wir die Zuführung
der elektrischleitenden Paste P zu der zylindrischen
Elektrode 1, zu dem zu behandelnden, metallischen Material 3 und
zu dem Kissen 4 in der folgenden Weise durchgeführt. Die
Paste P wird nämlich durch eine Pumpe durch ein Rohr 9 und
ein Steuerventil 11 zugeführt, so daß sie zu der unteren,
zylindrischen Elektrode 1 entlang deren axialer Richtung
zugeführt wird, so daß der untere Pastenspender 6 mit der
Paste P gefüllt wird. Nachdem eine elektrolytische
Behandlung in dem unteren Pastenspender 6 durchgeführt worden ist,
wird die leitende Paste P in den Pastenspender 6 auf der
anderen Seite des Materials 3 eingeführt, das heißt zu dem
oberen Pastenspender 6 durch ein Rohr 9 und ein Steuerventil
11, so daß eine weitere elektrolytische Behandlung auf der
oberen Seite des metallischen Materials 3 durchgeführt wird.
Nach Abschluß dieser elektrolytischen Behandlung wird die
leitende Paste P in den Pastenbehälter 7 zurückgeführt.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung wird jede
zylindrische
Elektrode 1 durch einen Motor 2 angetrieben, während
die leitende Paste P durch die Pumpe 8 durch das Rohr 9
zugeführt wird, so daß der Spalt zwischen der zylindrischen
Elektrode 1 und der benachbarten Oberfläche des Materials 3
mit der Paste p gefüllt wird. Eine Gleichstromversorgung 12
wird verwendet, um elektrische Energie den beiden
zylindrischen Elektroden 1 durch entsprechende Kohlebürsten 13 und
auch dem zu behandelnden Material 3 zuzuführen.
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Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht, die die zylindrische
Elektrode 1, das Kissen 4 und ein Pastenabdichtungselement
16a zeigt, während Fig. 7 eine Schnittansicht ist, die längs
der Linie VII-VII der Fig. 5 genommen ist.
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Vorzugsweise sind Elektrodenreiniger 14 vorgesehen, wie es
in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, um die Elektroden
sauberzuhalten.
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Pastenabdichtungselemente 16a und 16b sind vorgesehen, um zu
verhindern, daß Paste P an den Enden des Materials 3 oder
durch die Spalte zwischen dem Gehäuse 15 und dem Material 3
entweicht. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich,
automatisch verschiedene elektrolytische Behandlungen an
rostfreien Stahlelementen oder mit rostfreiem Stahl überzogenen
Elementen durchzuführen, wie elektrolytisches Säurereinigen,
Passivieren und elektrolytisches Überziehen.
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Die Fig. 8a und 8b zeigen eine Abwandlung der
elektrolytischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, bei der eine
Mehrzahl von zylindrischen Elektroden angeordnet ist, zu
einer Oberfläche des zu behandelnden Metalls zu weisen.
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Bei dieser elektrolytischen Behandlungsvorrichtung, wie sie
in den Fig. 8a und 8b gezeigt ist, sind fünf zylindrische
Elektroden 1 auf jeder Seite des Materials 3 angeordnet und
werden durch einen Motor 2 über eine geeignete
Antriebsenergieübertragungsvorrichtung
21 angetrieben, wie eine Kette
und Kettenräder. Das metallische Material 3, das behandelt
werden soll, und die elektrolytische Behandlungsvorrichtung
einschließlich der zylindrischen Elektrode 1 und anderer
Bauteile werden relativ zueinander bewegt. Das Bezugszeichen
22 bezeichnet den Antriebsschaft von jeder zylindrischen
Elektrode.
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Fig. 9a ist ein Schema, das ein Pastenzuführsystem zum
Versorgen der zylindrischen Elektroden 1 der Fig. 8a und 8b mit
einer leitenden Paste zeigt, während Fig. 9b ein Schema ist,
das die Verkabelung einer elektrischen Stromversorgung mit
dem Material 3 das behandelt werden soll, und den
zylindrischen Elektroden 1 zeigt.
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Fig. 10 ist eine vergrößerte Ansicht, die zylindrische
Elektroden 1 und zugeordnete Pastenzuführöffnungen zeigt.
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Die Zufuhr von Pasten P zu dem Spalt zwischen den
zylindrischen Elektroden 1 und dem Material 3, das behandelt werden
soll, wird durch eine Pumpe 8a ausgeführt, wie es in Fig. 9a
gezeigt ist. Da ein Steuerventil 11 in jedem der
Pastenzuführrohre 9 vorgesehen ist, ist es möglich, eine stabile
Pastenzufuhr bereitzustellen. Die Paste P wird nach der
elektrolytischen Behandlung in den Pastenbehälter 7 mittels
einer Pumpe 8b zurückgeführt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet
Öffnungen zum Zuführen der Paste.
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Eine Gleichstromversorgung 12 liefert elektrische Energie zu
den zylindrischen Elektroden 1 auf der oberen und unteren
Seite des zu behandelnden Materials 3 über parallele
Leitungen 23, die Elektrodenantriebsschäfte 22 und Kohlebürsten
13. Das Material 3 wird direkt mit Elektrizität von der
Stromversorgung 12 über eine parallele Leitung 23 versorgt.
Es ist von Bedeutung, die Elektroden auch bei der in den
Fig. 8a, 8b, 9a und 9b gezeigten Anordnung sauberzuhalten,
weil die Qualität der Oberflächenbehandlung stark durch den
Stromwirkungsgrad beeinflußt wird. Es wird deshalb
bevorzugt, daß ein Elektrodenreiniger 14 in Berührung mit jeder
zylindrischen Elektrode 1 vorgesehen ist, wie es in Fig. 10
gezeigt ist.
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Um das Entweichen von Paste P durch die Spalte zwischen den
Gehäusen 15 und dem gerade behandelten Material 3 zu
vermeiden, sind Pastenabdichtungselemente 16 an der oberen und
unteren Seite des gerade behandelten Materials 3 am Einlaß
und Auslaß der Vorrichtung vorgesehen.
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Eine Beschreibung wird nun von einer anderen Abänderung der
elektrolytischen Behandlungsvorrichtung gegeben, bei der die
elektrolytische Behandlungspaste vom Inneren der
zylindrischen Elektrode durch das Kissen zugeführt wird.
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Eine solche Abänderung ist in Fig. 11 gezeigt. Diese
Vorrichtung ist konstruiert, damit die Oberfläche eines
Materials 3 mit einer Paste P behandelt wird. Die Vorrichtung
ist im wesentlichen aus einer hohlen, zylindrischen
Elektrode 1, einem Elektrodenantriebsschaft 22 zum Antreiben der
zylindrischen Elektrode 1, einer Pumpe 8 zum Zuführen der
Paste P in den Innenraum der zylindrischen Elektrode 1,
einem Kissen 4, das die zylindrische Elektrode 1 bedeckt und
ermöglicht, daß fließbare, leitende Paste aus dem Inneren
der zylindrischen Elektrode 1 hindurchdringen kann, so daß
die Paste P veranlaßt wird, aus der Oberfläche davon
auszutreten, einem Kissenantriebssystem 26 zum Bewirken einer
relativen Drehung zwischen dem Kissen 4 und der
zylindrischen Elektrode 1 und einer Gleichstromversorgung 12
gebildet, um Elektrizität der zylindrischen Elektrode 1 durch die
Paste P, die aus dem Kissen ausgeschieden wird, und auch zu
dem zu behandelnden, metallischen Material 3 zuzuführen.
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Da sich die zylindrische Elektrode 1 und das Kissen 4
relativ zueinander drehen, ist es möglich, stets die Oberfläche
der Elektrode sauberzuhalten, so daß ein hoher
Stromwirkungsgrad und demgemäß eine hohe Qualität der Oberfläche
nach dem Behandeln sichergestellt wird.
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Die relative Drehung, die oben erwähnt worden ist, kann
durchgeführt werden, indem beide Elemente in derselben
Richtung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder in
entgegengesetzte Richtungen gedreht werden, oder selbst durch
Drehen nur einer von ihnen, während das andere stationär
bleibt. Somit kann die relative Bewegung auf verschiedene
Weise durchgeführt werden, indem verschiedene
Drehgeschwindigkeiten in derselben oder entgegengesetzten Richtung
verwendet werden.
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Ein Pastenzuführsystem 25 enthält einen Pastenbehälter 7,
eine Pumpe 8 und ein Rohr 9. Die Paste P wird durch die
Pumpe 8 von dem Behälter 7 zu dem Inneren der zylindrischen
Elektrode 1 durch das Rohr 9 unter einer Steuerung, die
durch ein Steuerventil 11 durchgeführt wird, und weiter
durch das Innere des Elektrodenantriebsschaftes 22
zugeführt.
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Das Pastenzuführsystem 25 hat auch ein Umgehungsrohr 10 und
ein steuerventil 11, so daß irgendwelche übermäßige Paste P,
die von der Pumpe 8 zugeführt wird, in den Pastenbehälter 7
durch das Umgehungsrohr 10 zurückgeführt wird.
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Die leitende Paste P, die durch das Pastenzuführsystem 25
zugeführt wird, wird somit in den Raum in der zylindrischen
Elektrode 1 durch den Elektrodenantriebsschaft 22 zugeführt,
so daß das Innere der zylindrischen Elektrode 1 gefüllt
wird.
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Wie es in Fig. 12 gezeigt ist, erstreckt sich der
Elektrodenantriebsschaft
22 durch die zylindrische Elektrode 1 über
die Endwände 28 der zylindrischen Elektrode 1 hinaus und
wird von dem Gehäuse 15 und einem Nebengehäuse 20 gehalten,
so daß das Drehmoment von dem Elektrodenantriebssystem 24,
das einen Motor und eine Untersetzung umfaßt, auf die
zylindrische Elektrode 1 übertragen wird, wodurch der
zylindrische Elektrodenschaft in Richtung des Pfeils a gedreht wird.
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Der Elektrodenantriebsschaft 22 ist hohl und das Rohr 9 ist
mit dem hohlen Abschnitt dieses Antriebsschaftes verbunden,
so daß die Paste sicher in den Raum innerhalb der
zylindrischen Elektrode 1 eingeführt wird.
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Die zylindrische Elektrode 1 hat eine Mehrzahl von
Pastenauslaßöffnungen 31, die in ihrer zylindrischen Wand gebildet
sind. Die Paste P fließt aus der zylindrischen Elektrode 1
durch diese Pastenauslaßöffnungen 31 aus, um das Kissen 4 zu
imprägnieren.
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Eine Mehrzahl von Öf fnungen 29, damit die Paste P durch sie
hindurch fließen kann, ist in der zylindrischen Wand des
Abschnittes des Elektrodenantriebsschaftes 22 innerhalb der
zylindrischen Elektrode 1 so gebildet, daß die dem
Elektrodenantriebsschaft 22 zugeführte Paste P in den Raum
innerhalb der zylindrischen Elektrode 1 eingeführt wird.
Irgendeine geeignete Anordnung der Öffnungen 29, das heißt die
Form, die Anzahl und Lage, kann verwendet werden,
vorausgesetzt, daß sie ermöglicht, daß die elektrischleitende Paste
P in angemessener Weise und vollständig das Innere der
zylindrischen Elektrode 1 füllt, so daß die Paste P
gleichförmig der gesamten Fläche des Kissens 4 zugeführt wird. Das
gleiche gilt auch für die Anordnung der Auslaßöffnungen 31.
Es kann nämlich irgendeine Form, Anzahl und Lage der
AuslaßÖffnungen verwendet werden, vorausgesetzt, daß das Kissen 4
gleichförmig mit der Paste P imprägniert wird.
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Bei dieser elektrolytischen Behandlungsvorrichtung ist es
wesentlich, daß eine relative Drehung zwischen dem Kissen 4
und der zylindrischen Elektrode 1 hervorgerufen wird. Somit
kann die Anordnung derart sein, daß nur das Kissen 4
gedreht, während die zylindrische Elektrode 1 stationär
gehalten wird. In einem solchen Fall ist es nicht immer
notwendig, daß der Elektrodenantriebsschaft 22 verwendet wird.
Der Elektrodenantriebsschaft 22 und die zylindrische
Elektrode 1 werden vorzugsweise aus einem Material, wie
rostfreiem Stahl, gemacht, das eine ausreichend hohe
Korrosionsbeständigkeit gegenüber der säurehaltigen Paste hat.
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Das Kissen 4 ist ein zylindrisches Element, das die
zylindrische Elektrode 1 so überdeckt, daß es mit der leitenden
Paste P imprägniert wird, die durch die Auslaßöffnungen 31
zugeführt wird, und daß eine Berührung mit dem zu
behandelnden Material 3 gemacht wird. Bei der dargestellten
Anordnung dreht sich das Kissen 4 in einer Richtung, wie b
(Fig. 11), das heißt in der zu der Drehrichtung der
zylindrischen Elektrode l entgegengesetzten Richtung, um eine
relative Drehung in bezug auf die zylindrische Elektrode 1
zu erhalten.
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So sind bei der beschriebenen, elektrolytischen
Behandlungsvorrichtung die zylindrische Elektrode 1, der
Elektrodenantriebsschaft 22, das Kissen 4 und das Material 3, das
behandelt werden soll, in der Weise angeordnet, wie es durch
die Querschnittsansicht gemäß Fig. 13 gezeigt ist. Die Paste
P wird in das Innere der zylindrischen Elektrode 1 durch die
Öffnungen 29 des Antriebsschaftes und durch die
Auslaßöffnungen 31 so eingeführt, daß das Kissen 4 imprägniert wird.
Die das Kissen 4 imprägnierende und durch das Kissen 4
hindurchfließende Paste tritt dann aus der Oberfläche des
Kissen 4 aus, so daß das zu behandelnde Material 3 berührt
wird. Infolgedessen wird Elektrizität von der
Gleichstromversorgung 12 der zylindrischen Elektrode 1 und durch die
Paste P dem Material 3 zugeführt, das behandelt werden soll,
da ein geschlossener Kreis durch die Paste P gebildet wird,
wodurch die Oberfläche des metallischen Materials 3
elektrolytisch behandelt wird.
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Das Kissen 4 ist zu einer relativen Drehung in bezug auf die
zylindrische Elektrode 1 fähig. Das Kissen 4 wird deshalb
vorzugsweise mit einem Kernmaterial versehen, das aus einem
oder verschiedenen Materialien, wie ein Kunststoff, Metall
oder ähnliches gemacht ist, um seine Drehung zu erleichtern.
Es gibt keine Begrenzung bezüglich des Materials oder der
Konstruktion des Kernelementes, vorausgesetzt daß es das
Imprägnieren mit der Paste P nicht behindert. Beispielsweise
kann das Kernelement eine netzartige Struktur, eine
gitterförmige Struktur oder eine Spiralstruktur haben.
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Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Kissen 4
durch ein Kissenantriebssystem 26 in der zu der Drehrichtung
der zylindrischen Elektrode entgegengesetzten Richtung
gedreht, das heißt in der durch den Pfeil b (Fig. 11)
angezeigten Richtung.
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Das Kissenantriebssystem 26 hat einen Riemen 27, der von
einem Motor angetrieben wird, und einen Kissenantriebsschaft
30 zum Übertragen des Drehmomentes des Riemens 27 auf das
Kissen 4. Bei der dargestellten, elektrolytischen
Behandlungsvorrichtung wird das Kissen 4 veranlaßt, sich relativ
zu der zylindrischen Elektrode 1 durch das
Kissenantriebssystem 26 zu drehen, so daß die Oberfläche der zylindrischen
Elektrode stets sauber gehalten wird, so daß eine hohe
Qualität der elektrolytischen Oberflächenbehandlung
sichergestellt wird.
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Irgendeine Konstruktion des Kissenantriebsschaftes 30 zum
Übertragen der Kraft des Riemens 27 auf das Kissen 4 kann
verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie in geeigneter Weise
die Kraft des Riemens 27 auf das Kissen 4 überträgt.
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Die elektrolytische Behandlungsvorrichtung der beschriebenen
Art kann verschiedene elektrolytische Behandlungen an dem
Material 3 durchführen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung
zum Überziehen verwendet wird, wird der Pastenbehälter 7 mit
einer vorbestimmten Art und Menge an Überziehungspaste P
beladen. Die in den Elektrodenantriebsschaft 22 durch das
Pastenzuführsystem 25 eingebrachte Paste wird dann in das
Innere der zylindrischen Elektrode 1 durch die Öffnungen 29
(siehe Fig. 12) eingeführt und wird dann zu dem Kissen 4
durch die Auslaßöffnungen 31 der zylindrischen Elektrode 1
übertragen, um das Kissen 4 zu imprägnieren und durch es
hindurchzudringen. Die Paste P tritt dann aus der Oberfläche
des Kissens 4 aus, damit sie die Oberfläche des Materials 3
berührt, das behandelt werden soll. Dann wird elektrischer
Strom von der Gleichstromversorgung 12 der zylindrischen
Elektrode 1 und dem zu behandelnden Material 3 über die
Paste P, zugeführt, indem er durch die Paste P so fließt,
daß die zylindrische Elektrode die Plus (+) Seite bildet,
während das Material die Minus (-) Seite bildet, wodurch die
Oberfläche des Materials 3 überzogen wird.
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Die beschriebene, elektrolytische Behandlungsvorrichtung
kann so konstruiert werden, daß das zu behandelnde Material
3 zugeführt wird, während die Vorrichtung einschließlich der
zylindrischen Elektrode 1 ortsfest ist, oder alternativ so,
daß die Vorrichtung bewegt wird, während das Material 3
während der elektrolytischen Behandlung ortsfest gehalten
wird.
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Die Vorteile der Erfindung werden besser aus der folgenden
Beschreibung praktischer Versuche verstanden.
Beispiele 1, 2
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Elektrolytisches Säurereinigen wurde unter den folgenden
Bedingungen ausgeführt, wobei jeweils die in Fig. 3
(Beispiel 1) und Fig. 4 (Beispiel 2) gezeigte Vorrichtung
verwendet wurde.
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Die verwendete, zylindrische Elektrode hatte einen
Durchmesser von 60 mm und eine Länge von 100 mm und wurde bei 100
Umdrehungen pro Minute betrieben. Das verwendete Kissen war
aus Polyesterfaser unter Zusatz eines Poliermittels
hergestellt. Die zylindrische Elektrode und das Kissen waren in
der in Fig. 1 gezeigten Weise zusammengebaut.
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Das zu behandelnde Material war eine Stahlplatte, die ein
heißgewalztes Stahlüberzugsblech nur auf einer Seite aus SUS
304 rostfreiem Stahl (12 mm dick, 100 mm weit und 500 mm
lang, Überzugsschichtdicke 2 Millimeter) hatte.
Säurereinigen wurde unter Verwendung einer Paste mit der unten
gezeigten Zusammensetzung nur auf der Oberfläche des heißgewalzten
Überzugsstahlbleches durchgeführt. Die Bedingungen der
elektrolytischen Säurereinigung und die Ergebnisse bei der
Beurteilung der Ungleichförmigkeit der behandelten Oberfläche
und des Entzunderungszustandes nach der elektrolytischen
Säurereinigung sind in Tabelle 1 gezeigt. Der in der Tabelle
gezeigte Stromwert ist der Wert des elektrischen Stromes
zwischen der zylindrischen Elektrode und dem behandelten
Element. Beurteilungskriterien für jeden beurteilten
Gegenstand sind unter der Tabelle gezeigt.
Zusammensetzung der Paste
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Natriumpolyacrylat 5 Gew.-%
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Schwefelsäure 10 Gew.-%
-
Wasser 85 Gew.-%
(Vergleichsbeispiele 1, 2)
-
Eine Prüfung und Beurteilung wurde in derselben Weise wie
bei den Beispielen 1 und 2 mit der Ausnahme durchgeführt,
daß das Entzundern durch mechanisches Schleifen
(Vergleichsbeispiel 1) und Dekapieren in einer 10%
-Schwefelsäurelösung (Vergleichsbeispiel 2) durchgeführt wurde.
Tabelle 1
Strom (A)
Behandlungslungsgeschwindigkeit (cm/Min)
Ungleichförmigkeit der behandelten Oberfläche
Entzunderungsgrad
Beispiel
Vergleichsbeispiel
Beurteilungskriterien
Ungleichmäßigkeit der behandelten Oberfläche : Keine Ungleichmäßigkeit
Δ: Geringe Ungleichmäßigkeit
: Große Ungleichmäßigkeit
Entzunderungswirkung (visuelle Prüfung) : Vollständig entzundert
: Uber 99%
Δ: 90 - 99%
: unter 90%
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In den Beispielen 1 und 2 wurde eine vollständige
Entzunderung durchgeführt und eine glatte Oberfläche frei von
Ungleichmäßigkeiten wurde auf der behandelten Oberfläche bei
allen Zuständen gebildet, die in Tabelle 1 gezeigt sind.
Andererseits zeigte das Vergleichsbeispiel 1, das durch
Schleifen behandelt worden ist, eine geringe
Ungleichmäßigkeit, während das Vergleichsbeispiel 2, das mit 10%iger
Schwefelsäurelösung dekapiert worden ist, ein nachfolgendes
Bürsten zum Entfernen der Schuppen benötigte. Die
Vergleichsbeispiele 1 und 2 benötigten auch unpraktisch lange
Behandlungszeiten, das heißt 10 Minuten bzw. 90 Minuten, und
eine vollständige Entzunderung konnte selbst nach solch
langen Behandlungszeiten nicht durchgeführt werden.
(Beispiel 3)
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Unter Verwendung der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung wurde
eine Nickelplatierung auf normalem Stahl (SM 50B) 10 mm
dick, 100 mm breit und 500 mm lang durchgeführt.
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Die Paste P wurde hergestellt, indem 10 Gew.-% von
Xanthan-Gummi als ein pastenbildendes Mittel einem Watt-Bad (330 g/l
Nickelsulfat, 45 g/l Nickelchlorid, 38 g/l Borsäure und der
Rest Wasser) hinzugefügt wurde. Die verwendete, zylindrische
Elektrode hatte einen Durchmesser von 60 mm und eine Länge
von 100 mm, während ein Kissen, das aus Nylon mit einer
Dicke von 5 mm hergestellt worden ist, als das Kissen
verwendet wurde.
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Während des Platierens wurde die zylindrische Elektrode mit
30 Umdrehungen pro Minute in der Richtung des Pfeils a der
Fig. 11 gedreht, während das Kissen 4 mit 2 Umdrehungen pro
Minute in der Richtung des Pfeils b der Fig. 11 gedreht
wurde, wodurch eine Beschichtungsgeschwindigkeit von ungefähr
450 mm/Min realisiert wurde. Die Werte des elektrischen
Stromes, der zwischen beiden Elektroden während des
Platierens zugeführt worden ist, sowie die Stromdichte (ein durch
Teilen des Stromes durch die Fläche des Kissens 4, das das
verarbeitete Metall berührt, erhaltener Wert) sind in
Tabelle 2 gezeigt. Der Zustand der Nickelplatierung auf den
derart erhaltenen, nickelüberzogenen Stahlplatten wurde
untersucht und beurteilt, wobei die Ergebnisse in Tabelle 2
zusammen mit dem Beurteilungskriterium der jeweiligen
Beurteilungsgegenstände gezeigt sind.
Tabelle 2
Strom (A)
Stromdichte (mA/cm²)
Zustand des Ni-Überzuges
Beurteilungskriterium
Zustand des Ni-Überzuges
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Ni-Überzugsschichtdicke und Nadellöcher durch mikroskopische
Untersuchung des Querschnittes
-
: Gleichförmige Ni-Überzugsschicht mit minimaler
Anzahl an Nadellöchern
-
: Im wesentlichen gleichförmige Ni-Überzugsschicht
mit wenig Nadellöchern
-
: Dünne und ungleichförmige Ni-Überzugsschicht mit
vielen Nadellöchern
-
Man sieht aus Tabelle 2, daß die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung fähig ist, einen Nickelüberzug ohne
irgendwelche Ungleichmäßigkeit durchzuführen. Insbesondere ist
eine ausgezeichnete Überzugsqualität erhaltbar, wenn die
Überzugsstromdichte im Bereich zwischen 50 und 200 mA/cm²
ist.
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Wie es vollständig beschrieben worden ist, kann die
elektrolytische Behandlungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung bei geringen Kosten und mit hohem Wirkungsgrad
verschiedene Arten elektrolytischer Behandlungen an
metallischen Materialien durchführen, wie Entzundern,
elektrolytisches Säurereinigen, Passivieren, elektrolytisches Polieren,
Färben, Beschichten und so fort.
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Obgleich diese Erfindung unter Bezugnahme auf besondere
Formen der Vorrichtung und des Verfahrens, die beschrieben
worden sind, die zur Darstellung in den Zeichnungen
ausgewählt wurden, erkennt man, daß viele Abänderungen
durchgeführt werden können, unter Einschluß des Ersatzes
äquivalenter Elemente und Verfahrensschritte für die besonders
gezeigten und beschriebenen, der Verwendung gewisser
Merkmale unabhängig von anderen Merkmalen und der Umkehrung von
Teilen oder Drehrichtungen, alles dies ohne von dem Gedanken
und Bereich der Erfindung abzuweichen, die in den
beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.