Die Erfindung betrifft eine galvanische Beschichtungsanlage und ein Verfahren zu deren Betrieb zur Beschichtung einer Oberfläche eines über eine Mehrzahl von über dessen Umfang verteilten, nach außen klemmenden Befestigungselementen als Arbeitselektrode geschalteten hohlzylindrischen Werkstücks mittels einer auf die jeweilige zu erstellende Schicht abgestimmten, in einem Vorratsbehälter vorgehaltenen Arbeitslösung mit einer Beschichtungssubstanz vorgegebener Konzentration und Beschaltung des Werkstücks gegen eine Gegenelektrode über eine vorgegebene Beschichtungsdauer, wobei mittels einer durch Umwälzen der Arbeitslösung über zumindest eine Zuleitung und zumindest eine Ableitung an der Oberfläche eine vorgegebene Strömung der Arbeitslösung zur Einstellung derselben Konzentration der Beschichtungssubstanz wie im Volumen der Arbeitslösung eingestellt ist.
Zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken wird in einer Wanne ein Elektrolyt vorgelegt und zwischen einer Gegenelektrode und einem Werkstück eine Spannung angelegt, so dass sich je nach Zusammensetzung des Elektrolyts, der angelegten Spannung und den elektrochemischen Eigenschaften des Werkstücks infolge des zwischen Gegenelektrode und dem Werkstück fließenden Stroms an dem Werkstück eine Schicht abscheidet. Hierbei kann ein an sich für die Beschichtung eines entsprechenden Werkstücks ungeeigneter Stoff beschichtet werden, indem zuerst eine oder mehrere Vermittlerschichten aufgebracht und/oder konditionierende Verfahrensschritte vorgesehen werden. Zwischen zwei Beschichtungsschritten werden dabei entsprechende Spülvorgänge des Werkstücks vorgenommen. Beispielsweise kann auf einem Werkstück aus Aluminium eine stabile Kupferschicht aufgebracht werden, indem zuvor eine Nickelschicht aufgebracht wird. Dazwischen sind entsprechende Reinigungs- und Konditionierschritte vorgesehen. Um einen Beschichtungsvorgang mit mehreren Beschichtungsschritten seriell durchführen zu können, wird in Reihe oder - wie beispielsweise aus der
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Aufgabe der Erfindung ist daher, eine galvanische Beschichtungsanlage und ein Verfahren zu deren Betrieb vorzuschlagen, die eine effizientere und schnellere Beschichtung hohlzylindrischer Werkstücke ermöglichen und weniger Industrieabfall verursachen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und die Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 3 gelöst. Die von diesen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands und des Verfahrens wieder.
Die vorgeschlagene galvanische Beschichtungsanlage dient der Beschichtung einer Oberfläche eines als Arbeitselektrode geschalteten Werkstücks beliebiger Gestalt. Die Beschichtung erfolgt mittels eines oder mehrerer Beschichtungsvorgänge und gegebenenfalls vor-, zwischen- oder nachgeschalteter Konditionierungs-, Reinigungsvorgänge und/oder dergleichen mittels einer auf die jeweilige zu erstellende Schicht und den Beschichtungsprozess abgestimmten Arbeitslösung. Die Arbeitslösung wird bevorzugt in einem von den chemischen Eigenschaften und dessen physikalischen Eigenschaften wie Temperatur, Dichte und Volumen abgestimmten Vorratsbehälter, beispielsweise aus Polypropylen (PP), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder dergleichen vorgehalten. Weitere Vorratsbehälter können der Bereithaltung der Konditionierungs- und Reinigungslösung dienen.
Die Arbeitslösung enthält die Beschichtungssubstanz in vorgegebener Konzentration. Unter Beschichtungssubstanz sind beispielsweise Metallsalze, Substrate, die eine Beschichtung durch Oxidation der Oberfläche bewirken, beispielsweise eine Eloxierung oder dergleichen zu verstehen. Das Werkstück wird als Arbeitselektrode gegen eine Gegenelektrode, bevorzugt eine chemisch inerte Gegenelektrode aus Edelstahl, Titan oder dergleichen geschaltet, so dass der gesamte Stoffumsatz der Beschichtung aus der Arbeitslösung gewonnen wird. Je nach Art der Ausbildung der Beschichtung - kathodisch oder anodisch - wird die Arbeitselektrode als Kathode oder Anode und die Gegenelektrode entsprechend als Anode oder Kathode beschaltet. In besonders vorteilhafter Weise ist der Arbeitsbehälter selbst, eine stromleitend ausgebildete Innenwanne, ein anderer mit der Arbeitslösung in elektrolytischem Kontakt stehender Teil des Arbeitsbehälters oder dergleichen als Gegenelektrode ausgebildet. Desweiteren können Gegenelektroden beispielsweise in einen Arbeitsbehälter, eine Zu- oder Ableitung integriert sein.
Zur Erzielung einer bevorzugt kompletten Beschichtung ist eine vorgegebene Beschichtungsdauer vorgesehen, die abhängig von der vorgesehenen Schichtdicke, der Vollständigkeit der Beschichtung, der Fläche des zu beschichtenden Werkstücks und dergleichen von Hand oder abhängig von elektrischen Größen automatisiert eingestellt wird.
Zur Erzielung schneller Beschichtungszeiten, einer vollständigen und qualitativ hochwertigen Beschichtung und einem zu vernachlässigenden elektrolytischen Abfall wie beispielsweise Elektrodenschlamm ist ein Umwälzen der Arbeitslösung derart vorgesehen, dass über zumindest eine Zuleitung und zumindest eine Ableitung an der zu beschichteten Oberfläche eine vorgegebene Strömung der Arbeitslösung eingestellt ist, die zur Angleichung derselben Konzentration der Beschichtungssubstanz an der zu beschichtenden Oberfläche wie im Volumen wie Hauptmasse der Arbeitslösung (bulk) führt. Dies bedeutet, dass der an der Oberfläche durch Beschichtung entstehende Gradient der Konzentration von der Oberfläche in ein mittleres Volumen der Arbeitslösung im Wesentlichen durch die eingestellte Strömung abgebaut wird. Durch den Abbau des Gradienten steht der Oberfläche eine effektive Konzentration der Beschichtungssubstanz zur Verfügung und die Reaktionsprodukte der Beschichtung werden durch die vorgeschlagene Anströmung der Oberfläche effektiv abgeführt, so dass die Beschichtungsgeschwindigkeit steigt, und die Beschichtung qualitativ hochwertig ausgebildet wird. Die Umwälzung der Arbeitslösung erfolgt in einem verkürzten Kreislauf unter Ausschluss des Vorratsbehälters.
Hierbei kann durch die Umwälzung je nach zu beschichtendem Werkstück beziehungsweise dessen zu beschichtender Oberfläche eine laminare oder eine turbulente Strömung an der Oberfläche erzeugt werden. Dabei kann eine Heranführung der Arbeitslösung an die Oberfläche in einem zu der Oberfläche spitzen Winkel, bevorzugt kleiner 30°, besonders bevorzugt 15° zur Oberfläche vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können die Zuleitungen der Arbeitslösung in einem entsprechend spitzen Winkel in einer gegenüber der Oberfläche beabstandeten Wandung eines Arbeitsbehälters vorgesehen sein. Dies kann insbesondere in einem runden Arbeitsbehälter zu einer im Wesentlichen tangentialen Beschleunigung des Arbeitsvolumens führen, so dass die beabstandete Oberfläche mit hoher Relativgeschwindigkeit und damit der Strömung zur Einstellung derselben Konzentration an Beschichtungssubstanz wie im Volumen der Arbeitslösung angeströmt ist.
Erfindungsgemäß ist mittels zumindest zweier, gegeneinander gerichteter Zuleitungen eine turbulente, bevorzugt dreidimensionale Verwirbelung der Arbeitslösung vorgesehen. Hierbei können die Zuleitungen so gegeneinander gerichtet sein, dass eine turbulente Strömung in einem beispielsweise in dem Arbeitsbehälter aufgenommenen Arbeitslösungsvolumen in dem Maße erzeugt wird, dass an der Oberfläche eine ausreichende Anströmung vorhanden ist, um die sich die durch elektrochemische Umsetzung verringernde Konzentration des Beschichtungssubstrats an der zu beschichtenden Oberfläche konstant und der Konzentration des Mittels der Arbeitslösungsvolumens entsprechend auszugleichen. Beispielsweise kann bei einem ringförmigen Werkstück mit beidseitig zu beschichtender Oberfläche vorgesehen sein, an beiden Seiten des Werkstücks eine Zuleitung zur spitzwinkeligen Einströmung der Arbeitslösung auszubilden, wobei die beiden Teilströme der beiden Seiten des Werkstücks gegenläufig ausgebildet sind, so dass insgesamt eine turbulente Strömung bei einem Aufeinandertreffen der Teilströme, beispielsweise oberhalb und unterhalb des Hohlzylinders des Werkstücks in dem Arbeitsbehälter ausgebildet wird. Efindungsgemäß ist in einem das Werkstück aufnehmenden Arbeitsbehälter zwischen unterschiedlichen Positionen, bevorzugt unterschiedlichen hydrostatischen Höhen eine Verbindungsleitung vorgesehen. Hierdurch erfolgt neben einer Ausbildung von Turbulenzen in einer Ebene eine Übertragung der Turbulenzen auf die hydrostatische Höhe des Arbeitsbehälters, so dass eine besondere effiziente dreidimensionale turbulente Anströmung der Außen- und Innenoberfläche des hohlzylindrischen Werkstücks ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bildet zur Beschichtung einer innerhalb des Werkstücks vorgesehenen Oberfläche das Werkstück den Arbeitsbehälter selbst. Zur Erzeugung einer Anströmung der Oberfläche zur Verringerung oder Eliminierung des Konzentrationsgradienten zwischen Oberfläche und Volumen der Arbeitslösung ist eine die notwendige Anströmung der Oberfläche eingestellte Umwälzung der Arbeitslösung vorgesehen. Hierbei ist das Werkstück ebenfalls als Arbeitselektrode ausgebildet. Die Gegenelektrode kann in den Innenraum des Werkstücks eingebracht oder außen, beispielsweise an der Zu- und/oder Ableitung an gegenüber dem Werkstück isolierten Anschlussstücken oder dergleichen angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine galvanische Beschichtungsanlage in der Weise vorgesehen sein, dass zur Beschichtung einer vorgegebenen Oberfläche des Werkstücks ein die Oberfläche bedeckender und nach außen abdichtender Arbeitsbehälter mit zumindest einer Zuleitung und zumindest einer Ableitung vorgesehen ist.
Die galvanische Beschichtungsanlage kann zur Automatisierung des Beschichtungsprozesses mehrerer nacheinander zu beschichtender Werkstücke mit einer Werkstückwechseleinrichtung und zumindest einer, zumindest einen vorgegebenen Teil der Oberfläche beschichtenden Beschichtungseinrichtung mit einem den vorgegebenen Teil beinhaltenden Arbeitsbehälter und zumindest einer Zuleitung und zumindest einer Ableitung versehen sein. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Werkstücke von der Werkstückwechseleinrichtung zu- und abgeführt werden. Je nach Ausbildung und Anzahl der einfach oder mehrfach zu beschichtenden Oberflächen eines Werkstücks können mehrere Beschichtungseinrichtungen für eine oder mehrere außerhalb und/oder innerhalb des Werkstücks vorgesehene Oberflächen eingerichtet werden. Hierbei können beispielsweise mehrere Werkstücke zugleich beschichtet werden und/oder mehrere Beschichtungen an einer oder mehreren Oberflächen ausgebildet werden. Vorteilhaft kann hierbei ein Karussellsystem sein, bei dem kreisförmig Werkstücke zugeführt und abgeführt werden, so dass ein kontinuierlicher Beschichtungstakt eingerichtet werden kann. Die vorgeschlagenen Arbeitsbehälter beispielsweise in Form von an die Oberfläche eines Werkstücks angelegten Hauben können dabei automatisiert an die Oberflächen oder Werkstücke angelegt werden. Bei stehenden Arbeitsbehältern können die Werkstücke nacheinander in den Arbeitsbehälter getaucht werden. Dabei kann ein einziger Arbeitsbehälter vorgesehen sein, bei dem während mehrerer Beschichtungsschritte und/oder Reinigungs- und/oder Konditionierungsritte die jeweilige Arbeitslösung gewechselt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer galvanische Beschichtungsanlage sind zwischen einem Vorratsbehälter und dem Arbeitsbehälter zumindest zwei an unterschiedlichen geometrischen Positionen des Arbeitsbehälters angeordnete Zuleitungen und zumindest eine Ableitung vorgesehen, wobei zur Befüllung des Arbeitsvolumens an den Zuleitungen ein Volumenstrom vom Vorratsbehälter in Richtung Arbeitsbehälter, zur Entleerung des Arbeitsvolumens ein Volumenstrom vom Arbeitsbehälter zum Vorratsbehälter und während der Beschichtungsdauer zwei Zuleitungen mit oder ohne Einschaltung des Vorratsbehälters in einen Kreislauf mit unterschiedlichen Richtungen in den Arbeitsbehälter einströmender Volumenströme geschaltet sind. Mittels der beiden in Richtung des Arbeitsbehälters geschalteten Volumenströme wird eine besonders schnelle Befüllung des Arbeitsbehälters erzielt, während durch Umschaltung der Volumenströme ein besonders schnelles Entleeren des Arbeitsbehälters möglich ist. Während der Beschichtungsdauer kann durch Verschließen der Ableitungen und Umwälzen der Arbeitslösung mittels der gegeneinander geschalteten Volumenströme eine besonders gute Umwälzung der Arbeitslösung in dem Arbeitsbehälter erzielt werden. Soll die Konzentration der Beschichtungssubstanz, eine erhöhte Temperatur der Arbeitslösung und dergleichen in effizienter Weise aufrecht erhalten werden, kann der Vorratsbehälter in den Kreislauf der Zuleitungen eingeschaltet werden. Hierbei können jeder Zuleitung eine bezogen auf einen Volumenstrom bidirektional beschaltbare Pumpe und zwischen Zuleitungen und Ableitungen Schaltventile vorgesehen sein, die die entsprechenden Volumenströmungen und deren Wechsel ermöglichen.
In bevorzugter Weise kann ein einziger Arbeitsbehälter vorgesehen werden, bei dem die Badflüssigkeiten wie Arbeitslösungen - soweit notwendig - von Bearbeitungsschritt zu Bearbeitungsschritt gewechselt werden. Infolge dieses Wechsels des kinematischen Ablaufs kann mittels nur eines einzigen Arbeitsbehälters und im Wesentlichen frei zu diesem anordenbaren Vorratsbehältern wesentlicher Raumbedarf eingespart werden, zumindest aber aufgrund der von der vereinfachten Transporteinrichtung nicht mehr kinematisch vorgegebenen Anordnung abgewichen werden, so dass insgesamt eine günstigere Staffelung der erforderlichen Volumina ermöglicht wird. Weiterhin können durch die Einsparung von gegenüber Vorratsbehältern teuren Arbeitsbehältern Kosten gespart werden. Der Arbeitsbehälter kann Röhren- oder Becherform aufweisen. In besonders vorteilhafter Weise können bei einem Umbau einer konventionellen galvanischen Beschichtungsanlage mit mehreren Arbeitsbehältern diese als Vorratsbehälter weiterverwendet werden und beispielsweise geodätisch über diesen raumsparend angeordnet werden. Weiterhin können vorhandene Elektrolyte in der Regel weiterverwendet werden.
Die mit dem Arbeitsbehälter in Verbindung stehenden Vorratsbehälter enthalten die für einen Bearbeitungsschritt notwendigen, jeweils das betreffende Medium im Badbehälter bildenden Arbeitslösungen, beispielsweise eine Elektrolytlösung, eine Spüllösung oder ein Spülmedium, eine Konditionierlösung oder dergleichen. Unter Elektrolytlösung ist hierbei eine elektrisch leitfähige Lösung mit einer vorgegebenen Konzentration einer elektroaktiven Komponente und einer Gegenkomponente zu verstehen, so dass unter Einhaltung des Elektroneutralitätsgesetzes an dem Werkstück unter Bildung einer Schicht ein Entladungsvorgang und an der Gegenelektrode in gleichem Umfang ein Ladungsumtausch entgegengesetzter Ladung auftritt. Die elektroaktive Komponente kann ein Metallion, beispielsweise ein Kupferkation, ein Nickelkation, beispielsweise hydratisiert und/oder mittels Liganden komplexgebunden, ein mittels funktioneller Gruppen geladenes organisches Ion, beispielsweise eine Harzkomponente oder dergleichen sein. Je nach Ladung kann ein Kation kathodisch reduziert werden, wobei als Gegenreaktion an der Gegenelektrode beispielsweise Wasser zu Sauerstoff oxidiert wird. In selteneren Fällen kann in anodischer Schaltung des Werkstücks ein negativ geladenes Substrat an dem Werkstück durch Oxidation schichtbildend niedergeschlagen werden, wobei beispielsweise an der Gegenelektrode Wasser zu Wasserstoff reduziert wird. Die Beschichtungsvorgänge können durch Gleichstrom, Strompulse und dergleichen erfolgen. Nachfolgende Konditionierschritte wie Elektropolieren, Glätten und dergleichen können unter Zuschaltung eines Wechselanteils bei gleichem oder geändertem Elektrolyt erfolgen. Die Gegenelektrode ist bevorzugt aus chemisch inaktivem Material, beispielsweise in bevorzugter Weise aus Edelstahl, aus Titan oder mit Titan beschichtet, aus Edelmetall oder edelmetallbeschichtet ausgebildet. Um eine gleichmäßige Beschichtung zu erzielen, kann weiterhin die Form der Gegenelektrode der äußeren Form des Werkstücks unter Einhaltung eines vorgegebenen Abstands nachgebildet sein.
Eine Spüllösung oder ein Spülmedium kann im einfachsten Fall Wasser oder beispielsweise ein Gemisch von Wasser mit organischen Lösungsmitteln, eine neutralisierende Lösung, eine ein Metall komplexierende Lösung oder dergleichen sein. Dabei muss Wasser für sich nicht in einem Vorratsbehälter vorgehalten werden sondern kann mittels eines separaten steuerbaren Anschlusses dem Arbeitsbehälter zugeleitet werden.
Der Arbeitsbehälter ist aus inertem Material, beispielsweise Edelstahl oder entsprechend beschichtetem Stahl, beispielsweise kunststoffbeschichtetem Stahl, aus Kunststoff mit einer entsprechenden Tragekonstruktion oder dergleichen gebildet. Zur Verbesserung der Beschichtungsqualität kann der Arbeitsbehälter beispielsweise aufgeheizt bevorzugt thermostatisiert ausgebildet sein. Weiter kann der Arbeitsbehälter verschließbar ausgebildet sein. Die Vorratsbehälter sind alle aus demselben für die Inhalte inerten Material beispielsweise Edelstahl oder Kunststoff mit entsprechender Tragestruktur ausgebildet. Alternativ kann ein Vorratsbehälter für den entsprechenden Inhalt abgestimmt, beispielsweise aus entsprechendem inertem Material gebildet oder mit diesem beschichtet sein
Zum Beschicken des Arbeitsbehälters mit dem jeweils für einen Behandlungsschritt notwendigen Inhalt eines der Vorratsbehälter ist der entsprechende Vorratsbehälter jeweils mittels zumindest einer Zuleitung mit dem Arbeitsbehälter verbunden und weist zumindest eine Ableitung auf. Die Zufuhr und Rückführung der Arbeitslösungen erfolgt mittels Leitungen und entsprechender Pumpen und Ventile. Bei einer geodätischen Anordnung der Vorratsbehälter über dem Arbeitsbehälter können die Arbeitslösungen durch den dabei entstehenden hydrostatischen Druck dem Arbeitsbehälter zugeführt werden. Um eine Rückführung der Arbeitslösungen zu gewährleisten, ist in bevorzugter Weise der Abfluss mittels einer Rückführleitung mit dem Vorratsbehälter verbunden und gegebenenfalls eine Pumpe zum Ausgleich hydrostatischer Füllstände vorgesehen. Desgleichen sind entsprechend schaltbare Ventile vorgesehen, die ein gezieltes Befüllen und Entleeren des Arbeitsbehälters mit den unterschiedlichen Inhalten der Vorratsbehälter sowie gegebenenfalls ein Spülen mit Wasser erlauben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können durch die Behandlung wie Beschichtung veränderte Gehalte von Substanzen insbesondere verbrauchte Substanzen der Elektrolyten mittels entsprechender Detektionseinrichtungen erfasst und mittels entsprechender Zuführeinrichtung wieder komplettiert werden. Beispielsweise können pH-Werte erfasst und veränderte pH-Werten mittels entsprechender Säuren oder Basen wieder eingestellt werden. Weiterhin können beschichtungsaktive Substanzen, beispielsweise der Kupfer- oder Nickelgehalt eines Elektrolyts mittels einer Detektionseinrichtung erfasst und verbrauchte Mengen beispielsweise mittels hochkonzentrierter gelöster Salze dieser mittels der Zuführeinrichtung nachgeführt werden. Desweiteren können in den Zuleitungen und Ableitungen, in den Vorratsbehältern oder am Ausgang des Arbeitsbehälters Filtereinrichtungen vorgesehen sein, so dass in unerwarteter Weise gebildete Rückstände laufend gefiltert werden können und einer Schlammbildung vorgebeugt werden kann.
Das vorgeschlagene Verfahren dient dem Betrieb der vorgeschlagenen galvanischen Beschichtungsanlage und enthält eine Prozesssteuerung zumindest zur Steuerung der Zu- und Abflüsse von Arbeitslösungen in einen Arbeitsbehälter, der Steuerung der Beschichtungsdauer und der Steuerung der Umwälzung der Arbeitslösung an der Oberfläche. Zusätzlich können mittels der Prozesssteuerung die Steuerung einer Werkstückwechseleinrichtung zur Zu- und Abführung der Werkstücke und gegebenenfalls deren Umlagerung bei einem mehrstufigen Beschichtungsprozess erfolgen. Hierbei hat sich zur Steuerung der Beschichtungsdauer als besonders vorteilhaft erwiesen, bei Erzeugung einer Beschichtung mit gegenüber einer elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche vor der Beschichtung geringeren Leitfähigkeit eine erfolgende Beschichtung zu beenden, wenn eine vorgegebene elektrische Größe zwischen Arbeitselektrode und Gegenelektrode einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einer Beschichtung eines Werkstücks aus Aluminium oder dessen Legierungen und Aufbringen einer Eloxal-Beschichtung die Beschichtung abgebrochen wird, wenn beispielsweise der Beschichtungsstrom auf einen vorgegebenen Wert abgefallen, eine Beschichtungsspannung auf einen vorgegebenen Wert angestiegen, eine vorgegebene Strommenge verbraucht oder ein anderer Grenzwert einer elektrischen Größe erreicht ist. Aufgrund der vorgeschlagenen effizienten Umwälzung wird dabei eine vollständige Beschichtung durch Konzentration des Beschichtungsstroms auf gegenüber der isolierenden Eloxal-Beschichtung höher leitenden, noch nicht beschichteten Oberflächenteile erzielt, so dass eine vollständige Beschichtung eintritt, bevor der vorgesehene Grenzwert der ausgewählten elektrischen Größe erreicht wird.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens wird die beschriebene galvanische Beschichtungsanlage derart betrieben, dass in dem einzigen Arbeitsbehälter nacheinander die für einen Beschichtungsvorgang notwendigen, in einem Vorratsbehälter vorgehaltenen Elektrolyten vorgelegt, jeweils ein Beschichtungsvorgang in dem entsprechenden Elektrolyten durchgeführt, dieser anschließend wieder entfernt wird und gegebenenfalls zwischen zwei Elektrolytvorlagen ein Spülvorgang vorgesehen wird. Hierzu werden von einer Steuereinheit bevorzugt vollständig automatisiert die entsprechenden Inhalte der Vorratsbehälter in vorgegebener Menge durch Schaltung von beispielsweise an Ein- und Ausgängen der Vorratsbehälter und/oder dem Arbeitsbehälter vorgesehenen Ventilen, Steuerung einer oder mehrerer Pumpen vorgelegt, gegebenenfalls eine vorgegebene Badtemperatur eingestellt, die vorgeschlagene Umwälzung des Inhalts des Arbeitsbehälters an den Elektroden wie Gegenelektrode und Werkstück eingestellt, eine vorgegebene Spannung, beispielsweise abhängig von einem Beschichtungs- oder Konditionierungsvorgang eine Gleichspannung, Spannungsrampen, -zyklen und dergleichen für eine vorbestimmte Zeit angelegt und der Inhalt des Arbeitsbehälters in den entsprechenden Vorratsbehälter rückgepumpt oder verworfen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann der Elektrolyt während eines Beschichtungsvorgangs laufend zwischen dem Arbeitsbehälter und dem Vorratsbehälter ausgetauscht werden. Hierdurch werden beispielsweise eine Verarmung des Elektrolyts, eine Veränderung des pH-Werts durch Sauerstoffentwicklung und andere Einflüsse während der Beschichtung zumindest verringert. Außerdem tritt durch den sich einstellenden Fluss eine Konvektion ein, so dass gegebenenfalls auf ein Rührwerk verzichtet werden kann. Dieser Verfahrensschritt kann auch für aus Vorratsbehältern nachgeführten Spül- und Konditionierlösungen vorteilhaft sein.
Im Weiteren kann in einem vorteilhaften Verfahren durch die Steuereinheit oder manuell zumindest ein Gehalt von an der Beschichtung beteiligten Stoffen des Elektrolyten laufend kontrolliert und bei Unterschreiten eines Grenzwerts ergänzt werden, indem über entsprechende Zuführeinrichtungen verbrauchte Stoffe nachdosiert werden.
Das Verfahren kann weiterhin vereinfacht werden, indem nicht in einem Vorratsbehälter vorgehaltenes Wasser als Spüllösung verwendet wird, wobei in ein vorgesehenes Leitungssystem von außen Wasser zu- und abgeführt wird. Hierzu können entsprechend von einer Steuereinheit gesteuerte Ventile vorgesehen sein. Das unter Vorspannung stehende Wasser kann einem Leitungsdruck entsprechen oder von einer Pumpe vorgespannt sein.
Die Erfindung wird anhand der in den
Die
Im eingetauchten Zustand des Werkstücks 4 bilden die Wände 8, 9 des mit Arbeitslösung, je nach Prozessschritt beispielsweise mit Elektrolyt, Spülflüssigkeit, Konditionierflüssigkeit, Reinigungsflüssigkeit und dergleichen gefüllten Arbeitsbehälters 2 an dessen Innen- und Außenumfang die Gegenelektrode 10. Der Arbeitsbehälter 2 ist zur Ausbildung geringer und den Flächen der Oberfläche 11 des Werkstücks 4 entsprechender Flächen der Gegenelektrode 10 und zur Minimierung des Arbeitslösungsvolumens 3 an die Kontur des Werkstücks 4 angepasst. Während des Beschichtungsprozesses mit seinen Prozessschritten Reinigen, Konditionieren, Beschichten ist der Arbeitsbehälter 2 mit dem Deckel 12 verschlossen. Eine Absaugung von während der Beschichtung entstehender Gase kann vorgesehen sein.
Der Arbeitsbehälter 2 besitzt eine Mehrzahl von Zuleitungen für jede zuzuführende Arbeitslösung, von denen der Übersicht halber in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur die Zuleitungen 13, 14 zur Zufuhr der als Elektrolyt ausgebildeten Arbeitslösung dargestellt sind. Die übrigen Zuleitungen sind entsprechend den Zuleitungen 13, 14 über den Umfang angeordnet. Die Zuleitung 13 tritt in einem spitzen Winkel von bevorzugt 15° am Außenumfang in den Arbeitsbehälter 2, während die Zuleitung 14 am Innenumfang des Arbeitsbehälters 2 in einem spitzen Winkel von 15° in den Arbeitsbehälter 2 eintritt, allerdings in entgegengesetzter Richtung, also unter Berücksichtigung der Position gegenüber der Zuleitung 13 mit einem Winkel von -15°.
An dem Arbeitsbehälter 2 ist eine zentrale Ableitung 15 vorgesehen, welche in die einzelnen Ableitungen 16, 17 zu dem jeweiligen Vorratsbehälter 18 verzweigt. An der Ableitung 15 ist die Steigleitung 19 zur Niveaumessung der Arbeitslösung im Arbeitsbehälter 2 angebracht. Desweiteren ist die Abflussleitung 20 an der Ableitung 15 vorgesehen. Zwischen der unten am Arbeitsbehälter 2 ausgeführten Ableitung 15 und dem Arbeitsbehälter 2 ist die oben in den Arbeitsbehälter 2 eingeführte Verbindungsleitung 21 vorgesehen.
Die Zuleitung 13 und die Ableitung 16 sind der Pumpe 23, die Zuleitung 14 und die Ableitung 17 der Pumpe 24 zugeordnet. Aus dem innen mit einem für die entsprechende Arbeitslösung beständigen Kunststoff ausgekleideten Vorratsbehälter 18 ist die Leitung 25 vorgesehen, die die Arbeitslösung aus dem Vorratsbehälter 18 aus- und wieder einbringt. Hierzu sind mit der Leitung 25 direkte Zuleitungen 26, 27 zu den Pumpen 23, 24 und jeweils vor den Pumpen mündende Leitungen 28, 29 vorgesehen. Die Ableitungen 16, 17 münden jeweils zwischen Pumpen 23, 24 und Vorratsbehälter 18 in den Zuleitungen 26, 27.
Zur Steuerung der Volumenströme der Arbeitsflüssigkeit sind die bevorzugt pneumatisch mittels einer Prozesssteuerung gesteuerten Ventile 30 - 42 wie Absperrventile vorgesehen.
Daraus ergibt sich für einen relevanten Beschichtungsprozess folgender Ablauf: Zum Befüllen des Arbeitsbehälters 2 werden beide Pumpen 23, 24 im Druckbetrieb betrieben und pumpen Arbeitslösung vom Vorratsbehälter 18 in den Arbeitsbehälter 2, bis dieser einen vorgegebenen Füllstand erreicht hat. Hierzu sind die Ventile 30, 34, 35, 36, 38 geöffnet und die Ventile 31, 32, 33, 37, 40, 41 geschlossen. Sobald der vorgegebene Füllstand des Arbeitsbehälters erreicht ist, wird die Arbeitslösung in dem Arbeitsbehälter 2 zur Erzielung einer turbulenten Anströmung der Oberfläche 11 des Werkstücks 4 mittels beider Pumpen 23, 24 im Kreislauf über die Ableitungen 16, 17 umgewälzt. Dabei wird die Pumpe 24 auf Saugbetrieb geschaltet, die Pumpe 23 bleibt auf Druckbetrieb. Die Ventile werden wie folgt umgeschaltet: Die Ventile 30, 33, 34, 37, 38, 40 sind geöffnet und die Ventile 31, 32, 35, 36, 41 sind geschlossen. Hierdurch wird Arbeitslösung von der Pumpe 23 über die Zuleitung 13 in den Arbeitsbehälter 2 gepumpt. Hierdurch entwickelt sich eine turbulente Strömung an der Oberfläche 11. Über die Verbindungsleitung 21 saugt die Pumpe 24 übertretende Arbeitslösung in die Ableitung 17. Über das Ventil 37, die Pumpe 24 und die Ventile 33 und 30 gelangt die Arbeitslösung wieder zur Pumpe 23. Nach abgeschlossener Beschichtung wird die Arbeitslösung wieder abgesaugt, indem beide Pumpen 23, 24 auf Saugbetrieb geschaltet werden und am Arbeitsbehälter 2 die Ventile 39, 40 geöffnet und das Ventil 38 geschlossen werden. Im Pumpenbereich werden die Ventile 31, 32, 33, 37 geöffnet und die Ventile 31, 33, 35, 36 geschlossen, so dass die Arbeitslösung über die Ableitungen 16, 17 und über die Leitungen 28, 29 in den Vorratsbehälter 18 gesaugt wird. In ähnlicher Weise können weitere ähnliche Kreisläufe über die Zuleitung 14 alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein.
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