DE3325316A1

DE3325316A1 - Verfahren und vorrichtung zum metallbeschichten, insbesondere zum verkupfern von zylindrischen koerpern

Info

Publication number: DE3325316A1
Application number: DE19833325316
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr. 8173 Bad Heilbrunn Ettl; Elmar 8031 Gilching Schopf
Original assignee: Maschinenfabrik Kaspar Walter GmbH and Co KG; Kaspar Walter GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Kaspar Walter GmbH and Co KG; Kaspar Walter GmbH and Co KG
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1985-01-31

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Metallbeschichten, insbesondere zum Verkupfern von relativ großen zylindrischen Körpern wie Druckzylindern und dergleichen, durch Schnellgalvanisieren.
Bei der Metallisierung,insbesondere Verkupferung, wird die metallische Schicht ganz überwiegend durch Elektrolyse aufgebracht. Der Elektrolyt enthält z. B. Kupfersulfat und Schwefelsäure mit verschiedenen organischen Zusätzen.
Bis heute beträgt die bei der Verkupferung von großen Körpern, insbesondere von Druckzylindern, erreichbare Stromdichte für eine einwandfreie Verkupferung z. B. etwa 20 bis 30 A/dm2. Um die Verkupferungszeit möglichst niedrig zu halten, wurden solche Zylinder vollständig in den Elektrolyt eingetaucht, d. h. 100 %-tauchend verkupfert. Bei diesem Verfahren ist ein vergleichsweise hoher apparativer Aufwand erforderlich, und insbesondere die Abdichtung der Verkupferungsanlage im Bereich der Zylinderachsstumpfe stellt ein besonderes Problem dar.
Ein weiterer Nachteil ist, daß bei stark unterschiedlichen Zylinderlängen mit räumlich sperrigen und schweren Verlängerungen gearbeitet werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem vergleichsweise einfachen Verfahren und einer kostengünstig herstellbaren Vorrichtung eine rasche Metallisierung, insbesondere Verkupferung, von großen zylindrischen Körpern wie Druckzylindern, zu erreichen, ohne den zu metallisierenden Gegenstand vollständig in den Elektrolyten eintauchen zu müssen. Dabei sollen bei gleicher Schichtdicke Metallisierzungszeiten errecht werden, die kürzer oder höchstens so lange sind wie die bisher mit einer Volltauchung erreichbaren. Außerdem soll eine einfache An- passung an unterschiedlich große Zylinderlängen ermöglicht werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist verfahrensmäßig im Patentanspruch 1 angegeben; eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist die im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale auf.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahren sieht der Erfindungsgedanke vor, zwischen der nur teilweise in den Elektrolyt eintauchenden Zylinderoberfläche und einem auf Anodenpotential geschalteten Kupferreservoir eine aktive unlösliche Beschleunigungsanode oder Beschleunigeranode in möglichst geringem Abstand zur Kathode, d. h. zur Zylinderoberfläche, anzuordnen.
Vorzugsweise ist die Beschleunigungsanode gitterförmig; sie ist in ihrer Länge auf die Länge des Zylinders angepaßt und relativ schmal und gekrümmt, so daß sie nur einen relativ kleinen Oberflächensektor des eintauchenden Bereichs des Zylinders abdeckt. Vorzugsweise wird der Zylinder mit relativ hoher Umfangsgeschwindigkeit angetriebein, und durch die gitterförmige Struktur der Beschleunigungsanode wird die durch den drehenden Zylinder erzeugte Laminarströmung in eine gewünschte turbulente Strömung verändert. Dadurch werden ungewöhnlich hohe Stromdichten von beispielsweise 100 A/dm2 und mehr ermöglicht.
Um eine Metallverarmung und einen Wärmestau zwischen der Beschleunigungsanode und der Kathode, d. h. der Oberfläche des Zylinders zu vermeiden, ist es außerdem von Vorteil, den Elektrolyt mit hoher Austauschgeschwindigkeit durch die Elektrolysekammer zu pumpen.
Die Beschleunigungsanode wird in einem definierten geringen Anoden-Kathoden-Ahstand von beispielsweise etwa 5 bis 8 mm an den Zylinder herangebracht und auf diesem Abstand gehalten. Nur wenig über dem Oberkantenniveau der Beschleunigungsanode weist die Elektrolysekammer einen Über lauf auf, um auch hierdurch einen raschen Elektrolytaustausch zu gewährleisten. Der Zylinder taucht also nur teilweise in den Elektrolyten ein und die Zylinderachse liegt oberhalb des Elektrolytspiegels. Damit ist ein aufwendiges Abdichtsystem für die Achsdurchführung überflüssig.
Um dennoch die Zylinderachsen vor Nebel des Elektrolytbads zu schützen, werden diese mit einfachen Abdeckkappen umgeben, welche bei Verwendung von Lagerbrücken, d. h. bei unterschiedlichen Zylinderlängen, auch die Kontaktbürsten und Schleifkohlen schützen.
Die Erfindung und vorteilhafte Finzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Verkupferungsvorrichtung für Zylinder mit erfindungsgemäßen Merkmalen und Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Teilansicht der Verkupferungsvorrichtung nach Fig. 1.
Ein zu verkupfernder Metallzylinder 1 wird auf isolierte Lagerböcke 3 gelegt, welche variabel oder festformatig sein können und taucht in die Verkupferungskammer 10 bis zu einer gewünschten, weiter unten noch näher erläuterten Tiefe einer Verkupferungsvorrichtung 2 ein. Der zu Z Zylinder 1 wird rotierend angetrieben und über die Lagerböcke 3 mit dem negativen Pol einer nicht darqestellt<;n Gleichspannungsquelle kontaktiert.
Unterhalb des aufzukupfernden Zylinders 1 ist erfindungsgemäß eine aktive, unlösliche Beschleunigungsanode 4 angeordnet, die beispielsweise, wie dargestellt, mit Anodenkupfer beispielsweise in Granulat- oder Blockform unterfüttern ist. Die Beschleunigungsanode 4 besteht aus einem beständigen unlöslichen Metall, vorzugsweise aus einer Legierung mit hohem Titan-, Niob- und/oder Tantalanteil. Um einen guten Elektrolytaustausch zu erreichen, ist die Beschleunigungsanode 4 gitterförmig ausgebildet, wodurch gewährleistet ist, daß das darunter befindliche Anodenkupfer beispielsweise auch in Form von sogenannten Anodenschienen ohne Behinderung in Lösung gehen kann. Durch die Gitterstruktur der Beschleunigungsanode 4 wird zugleich eine turbulente Strömung erzeugt, wodurch die gewünschte hohe anwendbare Stromdichte von 100 A/dm2 und mehr erreicht werden kann. Die Beschleunigungsanode 4 kann durch ein Edelmetall, vorzugsweise durch eine Platinbeschichtung, aktiviert sein.
Die gesamte Anode 4, 5 wird zusammen mit der Arbeitswanne 6 der Elektrolysierkammer 10 durch von außenliegende, nicht dargestellte Elemente zum Zylinder 1 bewegt und es wird ein sehr geringer Anoden-Kathoden-Abstand, d. h. ein sehr geringer Abstand zwischen der dem Zylinder zugekehrten Oberfläche der Beschleunigungsanode 4 und der Zylinderoberfläche eingestellt, der im Bereich von 3 bis 12 mm liegt und vorzugsweise ca. 5 bis ca. 8 mm beträgt.
Die Anode 4, 5 ist über unlösliche starre Verbindungsteile 7 mit dm Pluspol der Gleichstromquelle verbunden.
Der Elektrolyt wird gefiltert und durch eine Pumpvorrichtung 9 laufend ausgetauscht. Die Pumpvorrichtung 9 ist an Spritzrohre 8 angeschlossen, welche seitlich von der Beschleunigungsanode 4 in Längserstreckung des Zylinders I am nicht näher dargestellten Anodenträger befestigt sind, so daß der Elektrolyt über die gesamte Zylinderlänge gegen die Zylinderoberfläche gesprüht werden kann. Die Spritzrohre 8 sind schwenkbar1 und die Austrittsöffnungen sind so angeordnet, daß der Zylinder 1 tangential * mit dem filtrierten Elektrolyt bestrichen werden kann.
Wie die Figuren erkennen lassen, taucht der Zylinder 1 nur zu einem geringen Teil in die Elektrolytwanne 6 ein und knapp über der Oberkante der Beschleunigungsanode 4 sind seitliche Überläufe 11 vorgesehen, so daß einerseits ein laufender rascher Elektrolytaustausch erfolgen kann und außerdem jeweils nur ein vergleichsweise geringer Oberflächenbereich des umlaufenden Zylinders 1 in den Elektrolyten eintaucht. Die Zylinderachsstümpfe tauchen nicht ein.
Mit der Erfindung lassen sich Aufkupferungszeiten bei Druckzylindern erreichen, die vergleichbar oder kürzer sind als die Zeiten, die sonst nur bei wesentlich aufwendigeren Verkupferungsanlagen mit Volltauchung erreicht werden können.
*bis senkrecht - Leerseite -

Claims

MASCHINENFABRIK KASPAR WALTER GMBH & CO. KG Plinganserstraße 22 8000 München 70 Verfahren und Vorrichtung zum Metallbeschichten, insbesondere zum Verkupfern von zylindrischen Körpern Patentansprüche 1. Verfahren zum Metallbeschichten insbesondere zur elektrolytischen Verkupferung von großen, zylindrischen Körpern, wie Druckzylindern, bei dem ein auf Plus-Potential liegendes, im unteren Bereich einer Elektrolytwanne gehaltenes, Elektrolytkupferreservoir in Lösung geht und auf der Oberfläche eines in den Elektrolyt eintauchenden Metallzylinders kathodisch abgeschieden wird, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung einer zwischen dem Elektrolytkupferreservoir und einem Oberflächenbereich des eintauchenden Metallzylinders angeordnete Beschleunigungsanode.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Beschleunigungsanode eine im wesentlichen über die gesamte Zylinderlänge erstreckte und an dic Umfangsmantelkontur des Zylinders angepaßte Metallgitterfläche mit einem Abstand von 3 bis 12 mm, vorzugsweise von 5 bis 8 mm zur Zylinderoberfläche verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Beschleunigungsanode aus einer Legierung mit relativ hohem Anteil an Titan, Niob und/oder Tantal verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tauchtiefe des zu verkupfernden Zylinders über einen Abstand zur Beschleunigungsanode gesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elektrolyt gefiltert und mit hoher Geschwindigkeit zwischen die Beschleunigungsanode und die Zylinderoberfläche eingedrückt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Abscheidung eines beliebigen Metalls aus einem Naßelektrolyt oder einer Salzschmelze.
7. Vorrichtung zum Metallbeschichten insbesondere zur elektrolytischen Verkupferung von großen, zylindrischen Körpern wie Druckzylindern, mit einer Elektrolytwanne, die ein auf Plus-Potential geschaltetes lösliches Elektrolytkupferreservoir vorzugsweise in Form von Granulat oder einzelnen Schienen enthält, das bei Stromdurchfluß im Elektrolyten in Lösung geht und auf der Oberfläche eines in den Elektrolyt eintauchenden und auf Minus-Potential geschalteten Metall zylinders kathodisch abgeschieden wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Anodenkupferreservoir (5) und einem eintauchenden Oberflächenbereich des zu verkupfernden Metall zylinders eine Beschleunigungsanode (4) in geringem Abstand zur Oberfläche des Zylinders (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die aktive Beschleunigungsanode (4) als gitterartige Fläche ausgebildet ist, die eine relativ geringe Breite mit gleichabständiger Anpassung an den Außenumfang des Zylinders aufweist und sich im wesentlichen über die gesamte Zylinderlänge erstreckt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen der Beschleunigungsanode (4) und der Zylinderoberfläche etwa 3 bis 12, vorzugsweise etwa 5 bis 8 mm beträgt.
10 . Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Beschleunigungsanode (4) durch ein Edelmetall, vorzugsweise durch eine Platinbeschichtung, aktiviert ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Beschleunigungsanode (4) aus einer unlöslichen Metal legierung mit hohem Anteil an Titan, Niob und/oder Tantal besteht.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Regelvorrichtung zur Einstellung der Tauchtiefe des Zylinders (1) in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Zylinderoberfläche und der dem Zylinder zugewandten Seite der Beschleunigungsanode (4).
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Filteranlage für den Elektrolyten und durch eine Pumpvorrichtung (9), die an parallel zur Zylinderoberfläche unterhalb der Elektrolytoberfläche verlaufende Spritzrohre (8) angeschlossen ist, über die der Elektrolyt in den Zwischenraum zwischen der Zylinderoberfläche und der Beschleunigungsanode (5) einspritzbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spritzrohre (8) schwenkbar und die Elektrolyt-Austrittsdüsen so angeordnet sind, daß der Zylinder von tangentialer bis senkrechter Richtung mit Elektrolyt angestrahlt werden kann.

1 5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Antriebsvorrichtung für den zu verkupfernden Zylinder.