DE3317132C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der elek­ trischen Stromdichteverteilung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere die galvanische Bear­ beitung von Gegenständen, auch Ware genannt, in einem elektrisch leitenden Bad. Die Bearbeitung betrifft beispielsweise ein galvanisches Metallisieren oder ein galvanisches Ätzen und/oder Beizen. Insbesondere bei Gegen­ ständen mit gekrümmter Oberfläche ist es besonders wichtig, die Stromdichteverteilung innerhalb des Bades und insbesondere auf der Oberfläche der Ware zu kennen, da ansonsten eine fehlerhafte Bearbeitung möglich ist. So kann beispielsweise eine galvanisch aufgebrachte Metalli­ sierung in störender Weise ungleichmäßig dick sein. Soll beispielsweise bei einem Gegenstand die Oberfläche ledig­ lich dünn vergoldet werden (Hauchvergoldung), so führen unerwünschte Dickenschwankungen zu unerwünschten wirt­ schaftlichen Verlusten. Beispielhafte Ätz- und/oder Beiz­ vorgänge können fehlerhaft sein, so daß eine vorgesehene nachfolgende Bearbeitung erschwert wird oder sogar unmög­ lich wird. Zur Vermeidung derartiger Fehler ist es nahe­ liegend, die Ware in bestimmten Zeitabständen aus dem Bad zu entfernen und den Bearbeitungsvorgang zu kontrollieren, z. B. durch eine mechanische Messung der aufzubringenden Schichtdicke. Es ist möglich, aus einer derartigen Messung die elektrische Stromdichteverteilung innerhalb des Bades und/oder auf der Oberfläche der Ware zu bestimmen. Derartige Bearbeitungsverfahren sind unwirtschaftlich, da sie insbesondere zeitaufwendig sind sowie hochqualifiziertes Fachpersonal benötigen.

Außerdem sind Stromdichtemesser bekannt, bei denen die Meßsonde unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche parallel zur Oberfläche der im Elektrolyten befindlichen Werkstück geführt wird, ohne dabei die Werkstücke zu berühren (Taschenbuch für Galvanotechnik, 12. Ausgabe 1970; Langbein- Pfauhauser-Werk AG, Neuss/Rhein; Kapitel 4.421).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das insbesondere an einer gekrümmten Oberfläche eines Gegenstandes eine Messung der Stromdichte­ verteilung innerhalb des Bades und während der Bearbei­ tung ermöglicht, so daß Korrekturen der Stromdichteverteilung während der Bearbeitung ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale. Ausge­ staltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß für jede Meß­ fläche lediglich eine einadrige Zuleitung genötigt wird, die Messung im wesentlichen unabhängig von der Badtemperatur ist, daß keine fortlaufende elektrische Eichung der Meßstellen und/oder Meßfläche erforderlich ist und daß nicht benötigte (inaktive) Meßflächen auf ein beliebiges elektrisches Potential legbar sind, vorzugsweise auf das Potential der Oberfläche der Ware.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert. Bei einer äußerst gleichmäßigen galvanischen Metallisierung einer gekrümmten Oberfläche eines Gegenstandes (Ware) ist es erforderlich, daß auf allen Punkten der Oberfläche die gleiche elektrische Strom­ dichte vorhanden ist. Diese Stromdichteverteilung wird dadurch gemessen, daß auf der Oberfläche elektrisch iso­ lierte Meßflächen angebracht werden, deren Flächeninhalt bekannt ist. Als Meßfläche wird z. B. eine kreisförmige Metallfolie mit einem Flächeninhalt von 5 mm² verwendet, die vorzugsweise aus dem gleichen Material besteht wie die zu metallisierende Oberfläche. Die Meßfläche wird unter Zwischenlage einer elektrisch isolierenden Folie auf die Oberfläche geklebt. Dadurch ist es möglich, auch an gekrümmten Oberflächenbereichen Meßflächen anzubringen. Bei einer zu metallisierenden Oberfläche, die sich bereits auf einem elektrisch isolierenden Trägermaterial befindet, ist es alternativ möglich, die Meßfläche(n) aus der Oberfläche herauszuarbeiten, z. B. durch Fräsen und/oder Ätzen. An derartigen Meßflächen wird ein erstes Ende einer elektrischen Zuleitung befestigt, z. B. durch Punktschweißen oder Löten, die einen elektrisch isolierenden Mantel besitzt. Zur Messung des durch die Meßfläche fließenden elektrischen Stromes wird das zweite Ende der Zuleitung z. B. mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers verbunden, dessen elektrischer Ausgang über ein Rückkopp­ lungsnetzwerk mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers ist über eine weitere Zuleitung mit der zu metalli­ sierenden Oberfläche verbunden. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich, die Stromstärke und/oder die Stromdichte am Ort der Meßfläche zu messen, ohne daß eine störende elektrische Potentialdifferenz zwischen der Meß­ fläche und der Oberfläche auftritt. Mögliche störende Potentialdifferenzen, z. B. der durch die Zuleitungen bewirkte Spannungsabfall, sind kompensierbar, z. B. durch die sogenannte Offseteinstellung des Operationsverstärkers. Die auf der Oberfläche vorhandenen Meßflächen werden beispielsweise über einen Umschalter mit dem invertierenden Eingang verbunden. Es ist zweckmäßig, nicht benötigte (inaktive) Meßflächen unmittelbar elektrisch leitend mit der Oberfläche zu verbinden, um Störungen der Stromdichtever­ teilung zu vermeiden. Wird diese Verbindung an dem zweiten Ende der ersten Zuleitung vorgenommen, so bewirkt deren elektrischer Widerstand eine möglicherweise störende Potentialdifferenz die jedoch durch Zwischenschalten einer geeigneten elektrischen Spannungsquelle kompensierbar ist.

Bei mehreren Meßflächen ist eine Auswertung der gemessenen Stromdichte mit Hilfe eines Mikroprozessors und/oder einer Datenverarbeitungsanlage zweckmäßig. Eine derartige Aus­ wertung erfolgt seriell (zeitmultiplex) und/oder parallel (zeitgleich).

Das beschriebene Meßverfahren ist nicht auf die galvanische Metallisierung beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere Ausführungsbeispiele anwendbar, z. B. zur Überwachung der Formänderung einer Badanode oder zum gleichmäßigen Ätzen (Erodieren) von Gegenständen.

Für die galvanische Bearbeitung, z. B. Metallisieren, Ätzen (Erodieren) oder Beizen, sind selbsttätig (automatisch) arbeitende Bearbeitungsverfahren zweckmäßig. Insbesondere das beschriebene Meßverfahren ermöglicht Bearbeitungsver­ fahren mit einem Steuer- und/oder Regelkreis zur zeitlichen und/oder räumlichen Beeinflussung der Stromdichte. Soll beispielsweise ein Gegenstand (Ware) mit gekrümmter Oberfläche äußerst gleichmäßig metallisiert werden, so ist die dafür erforderliche elektrische Stromdichteverteilung steuer- und/oder regelbar mittels veränderlicher Blenden, die im Bad zwischen der Anode und der Ware angeordnet sind. Derartige Blenden sind beispielsweise elektrisch und/oder pneumatisch steuer- und/oder regelbar nach Maß­ gabe der gemessenen und/oder ausgewerteten Stromdichtever­ teilung. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele derartiger Blenden näher erläutert.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel besteht die Blende aus beweglichen Kugeln unterschiedlicher Größe. Die Größenveränderung kann zum Beispiel manuell und/oder auto­ matisch erfolgen. Durch Öffnungen (Düsen) in den Blenden wird zusätzlich frischer und/oder umgewälzter Elektrolyt in das Bad eingebracht.

Derartige Blenden bestehen beispielsweise aus einem elek­ trisch isolierenden Kunststoff und/oder aus einem leitenden Material, das elektrisch isoliert in das Bad einge­ bracht wird, oder auf ein die Blendenfunktion unter­ stützendes elektrisches Potential gelegt wird.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die Blende aus in das Bad absenkbaren Stäben und/oder aus einer ver­ stellbaren jalousieartigen Anordnung von flächenhaften Körpern. Weiterhin ist es möglich, in dem Bad einen Vor­ hang aus aufsteigenden Gas- und/oder Dampfblasen zu erzeugen, die den elektrischen Widerstand des Elektrolyten der­ art verändern, daß auf der Ware eine möglichst gleich­ mäßige Stromdichteverteilung erreicht wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Messung der elektrischen Stromdichtever­ teilung auf einer Oberfläche, die in einem elektrisch leitenden Bad behandelt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) auf der Oberfläche werden elektrisch leitende Meßflächen erzeugt, die parallel und elektrisch isoliert zu der Oberfläche angeordnet werden
• b) ein zwischen der Meßfläche und der Oberfläche fließender elektrischer Strom wird gemessen
• c) während der Messung des elektrischen Stromes wird zwischen der Meßfläche und der Oberfläche eine elektrische Potentialdifferenz aufrecht­ erhalten, deren absoluter Wert vernachlässigbar ist gegenüber den im Bad und/oder an der Ober­ fläche herrschenden elektrischen Potentialen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche und die Oberfläche elektrisch leitend mit einem rückgekoppelten elektrischen Verstärker verbunden werden, durch dessen Beschaltung die Potentialdifferenz bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Meßfläche und Verstärker über mindestens eine Zuleitung verbunden werden und daß eine an der Zuleitung entstehende elektrische Potentialdifferenz elektrisch kompensiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Meßflächen verwendet werden und daß die zugehörigen elektrischen Signale in einer Auswerteeinheit seriell und/oder parallel verarbeitet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßfläche aus der Oberfläche herausgearbeitet wird und/oder daß minde­ stens eine Meßfläche auf einem elektrischen Isoliermaterial befestigt wird, das auf der Oberfläche angebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßfläche im wesentlichen aus dem gleichen Material besteht wie die Oberfläche.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine inaktive Meß­ fläche unmittelbar mit der Oberfläche elektrisch leitend verbunden wird oder daß die inaktive Meßfläche mit der Oberfläche verbunden wird über mindestens eine Zuleitung sowie eine elektrische Spannungsquelle, durch welche die an der Zuleitung entstehende Potentialdifferenz im wesent­ lichen kompensiert wird.

8. Verfahren zur Bearbeitung einer elektrisch leitenden Oberfläche in einem elektrisch leitenden Bad unter Verwen­ dung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bad mindestens eine ver­ änderliche Blende zur Steuerung und/oder Regelung der im Bad wirkenden Stromdichte angeordnet wird und daß die Blende gesteuert und/oder geregelt wird nach Maßgabe der gemessenen Stromdichteverteilung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch leitende und/oder elektrisch isolierende Körper als Blende zwischen Anode und Ware derart angeordnet werden, daß in den Blenden Öffnungen gebildet werden, durch die ein im Bad enthaltener Elektrolyt und/oder ein Gas und/oder Dampf gepreßt werden.