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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Einrichtung, die bei einem Elektroabscheidungsprozess verwendet wird, und insbesondere eine Elektrodenanordnung zur Verwendung bei einem Elektroabscheidungsprozess. Außerdem betrifft die Erfindung solch einen Elektroabscheidungsprozess.
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HINTERGRUND
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Der Begriff ”Elektroabscheidung” betrifft breit jeglichen Prozess, der elektrischen Strom in einer Lösung oder einem Bad verwendet, um Material an einer Werkstückoberfläche anzuhaften. Bei einem typischen Elektroabscheidungsprozess wird ein elektrisch geladenes Werkstück zusammen mit einer entgegengesetzt geladenen Elektrode in eine Elektrolytlösung getaucht; dies erzeugt einen elektrischen Strom, der durch die Lösung zwischen dem Werkstück und der Elektrode fließt. Die Lösung wird einem elektrochemischen Prozess unterzogen, der zur Folge hat, dass Komponenten der Lösung an einer Werkstückoberfläche anhaften. Als ein letzter Schritt kann das Werkstück aus der Lösung genommen, gespült und dann gehärtet werden. Es sei angemerkt, dass ein Elektroabscheidungsprozess sowohl kathodische als auch anodische Prozesse, wie Elektrobeschichten (E-Beschichten), Elektroplattieren bzw. Galvanisieren, wie auch beliebige andere geeignete Prozesse, um eine Grundierung bzw. einen Primer, Farbe, Filme, metallische Beschichtung, etc. an einer Werkstückoberfläche anzuhaften, aufweisen kann.
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Die
JP 2006 009058 A1 offenbart eine Galvanisiereinrichtung. Die unlösliche Anode ist ein Hohlkörper mit vielen Öffnungen. Das während der Elektrolyse sich bildende Gas sammelt sich in den Öffnungen der Anode und wird durch ihren Hohlkörper abgesaugt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Elektrodenanordnung zur Verwendung in einem Elektroabscheidungsprozess vorgesehen. Die Elektrodenanordnung kann eine Elektrode, die elektrischen Strom mit einer Lösung tauscht, wie auch einen Durchgang aufweisen, der sich mit der Elektrode erstreckt und eine oder mehrere Öffnungen aufweist. Während des Elektroabscheidungsprozesses kann Gas, das zwischen der Lösung und einem Werkstück eingeschlossen ist, durch die Öffnung entweichen und in den Durchgang strömen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Elektroabscheidungsprozess vorgesehen, der die folgenden Schritte umfasst, dass: (a) eine Elektrodenanordnung in Kontakt mit einer Lösung gebracht wird, wobei die Elektrodenanordnung eine Elektrode und einen Durchgang mit zumindest einer Öffnung aufweist; (b) die Öffnung in einem Raum angeordnet wird, der zwischen einer Oberfläche eines Werkstücks und der Lösung ausgebildet ist; (c) Gas von dem Raum durch die Öffnung und den Durchgang entfernt wird; und (d) ein elektrischer Strom vorgesehen wird, der zur Folge hat, dass Komponenten der Lösung an dem Werkstück abgeschieden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
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1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Elektroabscheidungsprozesses ist, bei dem eine Fahrzeugkarosserie in eine Lösung oder ein Bad getaucht wird;
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2 eine Seitenansicht einer beispielhaften Elektrodenanordnung ist, die in einem Elektroabscheidungsprozess ähnlich dem von 1 verwendet werden kann;
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3 eine Seitenansicht einer anderen beispielhaften Elektrodenanordnung ist, die in einem Elektroabscheidungsprozess ähnlich dem von 1 verwendet werden kann; und
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4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines beispielhaften freien Endes der Elektrodenanordnung von 2, gezeigt bei Pfeil 4, ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die hier beschriebene Elektrodenanordnung kann in einem Elektroabscheidungsprozess verwendet werden, um die Verteilung und die Anhaftung von Material an einer Werkstückoberfläche zu verbessern. Ein Faktor, der verhindern kann, dass Material optimal an einem Werkstück abgeschieden wird, betrifft Gas, das zwischen dem Werkstück und der Lösung eingeschlossen ist. Das eingeschlossene Gas verhindert, dass Abschnitte der Werkstückoberfläche in Kontakt mit der Lösung kommen; dies verhindert seinerseits, dass diese Bereiche der Werkstückoberfläche mit Farbe versehen, plattiert bzw. galvanisiert, beschichtet, etc. werden. Die nachfolgend beschriebene Elektrodenanordnung umfasst einen Durchgang, der das eingeschlossene Gas entfernt, um die Größe der Werkstückoberfläche zu steigern, die in Kontakt mit der Lösung kommt. Obwohl die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit einer beispielhaften Kraftfahrzeuganwendung unter Verwendung eines Elektrobeschichtungs- bzw. Elektrotauch- oder E-Beschichtungs- bzw. E-Tauch-Prozesses vorgesehen ist, sei angemerkt, dass die Elektrodenanordnung auch bei anderen, in der Technik bekannten Elektroabscheidungsprozessen verwendet werden kann.
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Bezug nehmend auf 1 ist ein beispielhaftes Elektroabscheidungssystem 8 gezeigt, das üblicherweise in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet wird, um eine Grundierung oder Farbe an der Oberfläche eines Werkstücks 10, wie einer Kraftfahrzeugkarosserie, anzuhaften. Gemäß dieser bestimmten Ausführungsform trägt ein automatisierter Werkstückhalter 12 ein Werkstück 10 in eine Elektrolytlösung oder ein Elektrolytbad 14, so dass die Karosserie sowohl physikalisch gehalten als auch elektrisch geladen ist. Auch sind eine oder mehrere stationäre Elektroden 16 in der Lösung 14 angeordnet und führen eine elektrische Ladung, die der des Werkstücks 10 entgegengesetzt ist (bei einigen Ausführungsformen kann ein Metallgefäß oder -behälter, der die Lösung 14 enthält, auch als eine stationäre Elektrode dienen und eine dem Werkstück 10 entgegengesetzte elektrische Ladung führen). Dies erzeugt einen Potentialabfall über die Lösung 14, der einen Fluss von elektrischem Strom durch die Lösung und eine Abscheidung von ionischem Material in der Lösung an dem Werkstück 10 zur Folge hat. Wenn sich Lufttaschen zwischen dem Werkstück 10 und der Lösung 14 bilden, kann dies die Abscheidung von Material in dem entsprechenden Bereich des Werkstückes hemmen und ein unzufriedenstellendes Ergebnis zur Folge haben. Ein Weg, um dieses Problem von Lufttaschen zu berücksichtigen, ist die Verwendung einer Elektrodenanordnung 20, die in 1 im Inneren der Fahrzeugkarosserie schematisch gezeigt und nachfolgend beschrieben ist. Es sei angemerkt, dass diese Darstellung einfach eine schematische Darstellung einer beispielhaften Elektrodenanordnung 20 ist, und dass die Elektrodenanordnung an einer beliebigen Stelle in Bezug auf das Werkstück positioniert sein kann.
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Nun ist in 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 20 gezeigt, die in einem Elektroabscheidungsprozess verwendet werden kann, um eine Lösung 14 elektrisch zu laden und Gas von unerwünschten Lufttaschen zu entfernen. Gemäß dieser bestimmten Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung 20 mit dem Werkstückhalter 12 derart gekoppelt, dass die Elektrodenanordnung mit dem Werkstückhalter verfahren wird und daher in Bezug auf das Werkstück 10 stationär ist. Bei einer derartigen Anordnung sollten Schritte unternommen werden, um sicherzustellen, dass die Elektrodenanordnung 20 und das Werkstück 10 nicht in physikalischen Kontakt treten und somit elektrisch voneinander isoliert bleiben, wie erläutert ist. Die Elektrodenanordnung 20 ist bevorzugt an einem Bereich positioniert, an dem es wahrscheinlich ist, dass sich eingeschlossenes Gas ansammelt, wie unterhalb eines flachen, konkaven oder anderweitig konturierten Teils des Werkstücks 10. Beispielsweise kann die Elektrodenanordnung 20 unterhalb von Abschnitten des Daches, der Motorhaube, der Heckklappe bzw. dem Kofferraumdeckel, der Tür, der Stoßstange angeordnet sein, um einige Möglichkeiten zu nennen. Gemäß der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung 20 eine Elektrode 22, einen Durchgang 24, eine Hülse 26 und eine Pumpe 28. Es sei angemerkt, dass die hier gezeigte Ausführungsform nur beispielhaft ist, und dass andere Ausführungsformen, einschließlich denen mit mehr oder weniger oder anderen Komponenten, verwendet werden können.
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Die Elektrode 22 ist ein längliches stromführendes Element, das mit einer Energiequelle gekoppelt ist, so dass sie elektrischen Strom mit der Lösung 14 während eines Elektroabscheidungsprozesses tauschen kann. Die Elektrode 22 kann abhängig von der jeweiligen Elektroabscheidungseinstellung entweder als eine Anode (in 2 gezeigt) oder als eine Kathode geladen sein und ist bevorzugt derart ausgebildet, um eine optimale Menge an elektrischem Strom in der Lösung 14 aufzubringen. Die Elektrode 22 kann aus einem beliebigen geeigneten leitenden oder halbleitenden Material ausgebildet sein, das in der Technik bekannt ist (beispielsweise kann ein Typ von rostfreiem Stahl, der in der Lösung 14 nicht korrodiert oder sich nicht löst, verwendet werden). Eine an die Elektrode 22 angelegte Elektrizität kann durch ein Potentiometer 32 oder irgendeine andere spannungs- und/oder strombegrenzende Vorrichtung eingestellt oder anderweitig gesteuert werden. Gemäß der hier gezeigten Ausführungsform besitzt die Elektrode 22 einen länglichen Körper 34, der an einer Basis 30 beginnt, durch verschiedene Biegungen und Kniestücke verläuft und an einem distalen oder freien Ende 36 endet. Dies ist selbstverständlich nur eine beispielhafte und schematische Darstellung, da die Elektrode 22 stattdessen leicht mit einer anderen Konfiguration ausgebildet sein könnte.
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Ein Durchgang 24 erstreckt sich mit der Elektrode 22 und umfasst zumindest eine Öffnung 38 für Gas, das zwischen dem Werkstück 10 und der Lösung 14 eingeschlossen ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform der 2 und 4 ist der Durchgang 24 in einem Inneren der Elektrode 22 definiert und erstreckt sich zwischen einer Öffnung 38 und einer Pumpe 28. Es sei angemerkt, dass sich der Durchgang 24 über seine gesamte Länge in der Elektrode 22 erstrecken kann, sich dieser nur über einen Abschnitt seiner Länge innerhalb der Elektrode erstrecken kann oder sich dieser gemäß einer anderen geeigneten Konfiguration erstrecken kann. Beispielsweise kann der Durchgang 24 an einer Öffnung 38 beginnen, sich in dem Inneren der Elektrode 22 über eine gewisse Distanz erstrecken und dann das Innere der Elektrode verlassen und sich beispielsweise als ein separates Rohr 18, ein separater Schlauch oder ein anderes Mittel zum Fördern von Fluid fortsetzen. Bei einer Ausführungsform besitzt der Durchgang 24 einen gleichförmigen Innendurchmesser von etwa 1 bis 4 mm, wobei jedoch Konfigurationen mit ungleichförmigen Durchmessern und anderen Abmessungen genauso gut verwendet werden können. Bei einigen Situationen kann ein hülsenartiger Einsatz in der Elektrode 22 angeordnet werden, so dass der Durchgang nicht in direkter Verbindung mit dem Inneren der Elektrode steht. Wenn beispielsweise die Gase oder andere Fluide, die durch den Durchgang 24 evakuiert werden, einen gewissen Typ von Korrosion an dem Inneren der Elektrode 22 bewirken, kann dies geeignet sein.
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Die Öffnung 38 steht mit dem Durchgang 24 derart in Verbindung, dass das zwischen der Lösung 14 und dem Werkstück 10 eingeschlossene Gas durch die Öffnung entweichen und in dem Durchgang strömen kann. Die Öffnung 38 kann an einer Anzahl verschiedener Stellen angeordnet sein und kann eine Anzahl verschiedener Konfigurationen besitzen. Bei der in den 2 und 4 gezeigten Ausführungsform ist die Öffnung 38 eine einfache kreisförmige Durchbrechung und ist an einem distalen oder freien Ende 36 angeordnet; wobei dies jedoch nur eine mögliche Anordnung darstellt. Beispielsweise kann die Öffnung an einer Position, die von dem freien Ende 36 beabstandet ist, angeordnet sein, wie an der Seite des länglichen Körpers 34 oder an einer anderen Stelle. Es ist auch möglich, dass der Durchgang 34 mehrere Öffnungen entweder zusätzlich zu oder anstelle der beispielhaften Öffnung 38 aufweist. Die Öffnung 38 kann dieselbe Form besitzen, wie der Durchgang 34, oder sie kann eine andere Form und/oder Größe aufweisen. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann eine nichtleitende Düse oder ein nichtleitender Anschluss an das freie Ende 36 angepasst sein, um einen Eintritt von eingeschlossenem Gas zu unterstützen und zu helfen, einen direkten Kontakt zwischen dem Werkstück 10 und der Elektrode 22 zu verhindern, da dies während des Elektroabscheidungsprozesses einen Kurzschluss bewirken würde.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Durchgang außerhalb der Elektrode angeordnet und erstreckt sich entlang zumindest eines Abschnitts der Elektrodenlänge. Beispielsweise kann der Durchgang durch ein separates Rohr oder einen separaten Schlauch, das/der entlang der Seite der Elektrode 22 verläuft, begrenzt oder festgelegt sein. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Elektrode 22 ein massives Stück aus leitendem Material sein, und der Durchgang kann sich in einem Rohr erstrecken, das an die Seite der Elektrode mittels Befestigungseinrichtungen, Klammern, Spannelemente, etc. angebracht oder gesichert ist. Massive und mit Löchern versehene Rohre stellen nur zwei Möglichkeiten dar.
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Eine Hülse 26 umgibt zumindest einen Abschnitt der Elektrode 22 und isoliert die Elektrode von dem Werkstück 10, erlaubt jedoch dennoch einen Austausch von elektrischem Strom zwischen der Elektrode und der Lösung. Die Hülse 26 kann aus einem porösen isolierenden Material hergestellt sein, das für Gas und Flüssigkeit durchlässig ist, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Schwamm, ein Maschenmaterial, ein Kunststoffgeflecht bzw. -gewebe oder ein Schaum. Immer noch Bezug nehmend auf die 2 und 4 bedeckt die Hülse 26 einen gesamten Außenabschnitt der Elektrode 22, der mit der Lösung 14 in Kontakt kommt. Bei einem anderen Beispiel kann die Hülse 26 nicht kontinuierlich sein, so dass sie nur Abschnitte der Elektrode 22, die entlang der Elektrode beabstandet sind, bedeckt, und andere Teile der Elektrode der Lösung 14 ausgesetzt sind. Das verwendete Hülsenmaterial, die Dicke der Hülse, die Länge der Hülse wie auch andere Konstruktionsbetrachtungen können spezifisch gewählt werden, um die von der Elektrode 22 auf die Lösung 14 aufgebrachte Stromdichte zu beeinflussen. Abhängig von der Konsistenz der Lösung 14 kann die Hülse 26 verhindern helfen, dass sich eine Beschichtung oder ein Film an der Elektrode 22 selbst bildet. Wie in 4 am besten gezeigt ist, besitzt die Hülse 26 ein freies Ende 40, das axial über das äußerste Ende des Durchganges 24 hinaus vorragt. Auf diese Weise verhindert, wenn das Ende der Elektrodenanordnung 20 in Kontakt mit dem Werkstück 10 kommt, das freie Ende 40 einen direkten Kontakt zwischen dem Werkstück und der Elektrode 22 und verhindert somit einen Kurzschluss.
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Die Pumpe 28 steht mit dem Durchgang 24 in Verbindung und zieht Gas und/oder Lösung durch die Öffnung 38 und den Durchgang. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, dass die Pumpe 28 sowohl eingeschlossenes Gas als auch Lösung 14 in den Durchgang 24 saugt, da dies eine Rückführwirkung für die Lösung besitzen und die Bildung stagnierender Ansammlungen von Farbe oder anderer Lösung verhindern kann. Wenn die Pumpe 28 derart ausgebildet ist, um sowohl eingeschlossenes Gas als auch Lösung aufzusaugen, sollte die Pumpe dann einen gewissen Typ von Ausgang besitzen, der mit der Lösung 14 in Verbindung steht, so dass die flüssige Lösung zurück an das Bad geliefert werden kann. Diese Rezirkulation hilft, die Lösung 14 in dem Lösungsbad 14 bewegt zu halten und kann den Elektroabscheidungsprozess verbessern. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Pumpe 28 weggelassen werden und der Durchgang 24 kann zu einem offenen Bereich, Behälter oder dergleichen führen. Wenn beispielsweise die relative Druckdifferenz zwischen dem eingeschlossenen Gas und der entsprechenden Atmosphäre, zu der der Durchgang führt, groß genug ist, muss es nicht notwendig sein, die eingeschlossene Luft mit einer Pumpe aktiv zu evakuieren. In diesen Fällen besitzt das eingeschlossene Gas einen größeren Druck als den der Atmosphäre und wird ohne Unterstützung einer Pumpe durch den Durchgang 24 getrieben.
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Im Betrieb entfernt die Elektrodenanordnung 20 eingeschlossene Luft von einem darunterliegenden Werkstück 10, um den Elektroabscheidungsprozess zu verbessern und eine gleichförmigere und angestrebte Beschichtung an dem Werkstück zu erhalten. Die Entfernung der eingeschlossenen Luft kann gleichzeitig damit durchgeführt werden, dass die Elektrode 22 mit einer elektrischen Ladung versehen wird, oder die beiden Schritte können nacheinander ausgeführt werden. Wenn das Werkstück 10 in die Lösung 14 eingetaucht wird, kann Gas, wie Luft, in einem Raum 42, der zwischen dem Werkstück und der Lösung gebildet ist, eingeschlossen werden oder sich anderweitig ansammeln. Die Öffnung 38 ist bevorzugt an dem höchsten Punkt innerhalb des Raumes 42, wo sich Gas natürlicherweise ansammeln kann, positioniert; dies ist jedoch nicht notwendig. In einigen Fällen kann das freie Ende 40 der Hülse 26 sogar mit der Unterseite des Werkstückes 10 in Kontakt stehen, um sicherzustellen helfen, dass die Öffnung an dem höchstmöglichen Punkt positioniert ist, um im Wesentlichen das gesamte Gas zu entfernen. Bei Aktivierung saugt die Pumpe 28 Gas aus dem Raum 42, bis das Gas im Wesentlichen entfernt ist und die Lösung 14 den Hohlraum füllt. Anschließend kann eine elektrische Ladung an die Elektrode 22 angelegt werden, so dass die umgebende Lösung elektrifiziert wird und ein elektrischer Strom gebildet wird. Komponenten der Lösung 14 werden dann an dem Werkstück 10, das mit einer entgegengesetzten Ladung versehen ist, abgeschieden und dauerhaft daran angehaftet. In der Abwesenheit des eingeschlossenen Gases kann die Lösung 14 nun mit Abschnitten des Werkstückes 10 in Kontakt treten, an denen dies zuvor nicht der Fall war, und eine Beschichtung wird gleichmäßiger aufgebracht.
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In diesem Kontext verbessert die beispielhafte Elektrodenanordnung den Elektroabscheidungsprozess nicht nur dadurch, dass eingeschlossene Luft entfernt wird, sondern sie stellt auch eine Ladung für die Elektrolytlösung in einem Gebiet, das das zu beschichtende Teil umgibt, bereit.
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3 zeigt eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 120, die ähnlich der ersten Ausführungsform ist, mit Ausnahme dessen, dass sie derart ausgebildet ist, um Werkstücke 110 mit einer größeren Konkavität und Kontur zu behandeln. Um dies zu unterstützen, ist ein isolierender Kragen bzw. eine isolierende Schulter 150 an einer Elektrode 122 montiert, so dass diese(r) das Werkstück 110 an einer Elektrodenanordnung 120 stützt bzw. trägt. Anders gesagt passt die Schulter 150 um die Elektrode 122 und eine Hülse 126 herum und ermöglicht, dass das Werkstück 110 an der Elektrodenanordnung 120 getragen werden kann, jedoch auf solche Weise, dass das Werkstück elektrisch von der Elektrode isoliert ist. Es ist möglich, dass die Elektrodenanordnung 120 das Werkstück 110 durch sich selbst mit einer einfachen elektrischen Verbindung zu dem Teil, um es geladen zu halten, trägt, oder die Elektrodenanordnung 120 kann in Kombination mit dem Werkstückhalter 12 verwendet werden, wie dem, der in 1 gezeigt ist. Die Schulter 150 kann aus einem porösen isolierenden Material hergestellt sein, das für Gas und Flüssigkeit durchlässig ist, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Maschengebilde, ein Schwamm oder ein Schaum. Dies verhindert einen Kontakt zwischen der Elektrode 122 und dem Werkstück 110, erlaubt jedoch eine Strömung der fluidischen Lösung 14 durch die Schulter und zu dem Inneren des Werkstückes, an dem sich eingeschlossenes Gas ansammeln kann. Die Schulter 150 muss nicht ringförmig sein und kann stattdessen andere Formen und Ausgestaltungen annehmen, Beispielsweise kann die Schulter 150 einen oder mehrere Ansätze aufweisen, die von der Hülse 126 wegführen und an einem Anschlussende an dem Werkstück 110 angebracht sind.
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Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Abwandlungen an der/den offenbarten Ausführungsform(en) werden dem Fachmann offensichtlich. Beispielsweise können die oben beschriebenen Elektrodenanordnungen zusätzlich zu oder anstelle der herkömmlichen stationären Elektroden verwendet werden, die eine Elektrolytlösung oder ein Elektrolytbad laden. Es ist auch möglich, dass die Elektrodenanordnungen in einer stationären Weise montiert sind; dies bedeutet, die oben beschriebenen Elektrodenanordnungen können an dem Tank montiert sein, so dass sie fixiert bleiben, wenn die Teile befördert werden.
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Die in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten Begriffe ”zum Beispiel”, ”beispielsweise”, ”wie” und ”ähnlich” sowie die Verben ”umfassen”, ”besitzen”, ”aufweisen”, und deren weitere Verbformen sind bei Verwendung in Verbindung mit einer Auflistung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen jeweils im offenen bzw. uneingeschränkten Sinne zu verstehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als Ausschluss anderer zusätzlicher Komponenten oder Gegenstände zu betrachten ist. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet sind, der eine andere Interpretation erfordert.