EP0254190B1 - Verfahren und Schaltungsanordnungen zur elektrolytischen Einfärbung anodisierter Aluminiumoberflächen - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnungen zur elektrolytischen Einfärbung anodisierter Aluminiumoberflächen Download PDFInfo
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- EP0254190B1 EP0254190B1 EP87110189A EP87110189A EP0254190B1 EP 0254190 B1 EP0254190 B1 EP 0254190B1 EP 87110189 A EP87110189 A EP 87110189A EP 87110189 A EP87110189 A EP 87110189A EP 0254190 B1 EP0254190 B1 EP 0254190B1
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
- C25D11/20—Electrolytic after-treatment
- C25D11/22—Electrolytic after-treatment for colouring layers
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- Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
- Y10S204/09—Wave forms
Definitions
- the invention relates to a method for the electrolytic coloring of previously anodized objects made of aluminum or aluminum alloys in a dye bath containing at least one metal salt coloring the aluminum oxide layer by applying an asymmetrical one, dividing the two current paths originating from an AC voltage source by rectification and being separately controllable Half-wave trains composed and essentially sinusoidal AC voltage to the dye bath.
- the invention also relates to a circuit arrangement for carrying out the method.
- DE-OS 19 02 983 discloses a process for producing a colored, protective coating on objects made of aluminum or aluminum alloys, in which an alternating current is passed through a dye bath.
- the AC voltage applied to the dye bath made asymmetrical by modulation, that is, superimposition with a second voltage.
- This is associated with a high level of technical complexity, in particular a second voltage source is always necessary.
- dark shades are obtained only after a relatively long treatment time and through the successive treatment with first a symmetrical and then an asymmetrical alternating voltage.
- Modulation also means that the amplitude or frequency of an oscillation changes with time, so that a sinusoidal AC voltage of constant frequency is not readily available.
- an AC voltage or an AC current is referred to as asymmetrical if its time profile is periodic in any shape, but the half waves in one direction differ in terms of their profile and their mean intensity from the half waves in the other direction.
- EP-0056478 describes a method in which the aluminum parts to be colored are first subjected to alternating current in a bath without coloring metal salts and then in another bath containing the metal parts coloring metal salts with an alternating voltage.
- the disadvantage of this method is the division of the dyeing process into two parts and the again very high technical outlay, as well as the amount of the voltage used, from 55 to 85 volts. With this process, too, relatively long coloring times are required in order to achieve deep dark shades.
- DE-AS 1 930 288 and US Pat. No. 3,669,856 disclose a method and circuit arrangements for coloring aluminum alloys by applying an asymmetrical AC voltage or a combination of symmetrical and asymmetrical AC voltage is known.
- an asymmetrical alternating voltage present in the dye bath the positive and negative half-waves of which can be regulated separately, is generated in that a path of the power supply to the dye bath is divided into two parallel branches, each with the opposite direction Rectifier and in each case a variable resistor connected in series with the rectifier or with a voltage-controlled rectifier, in particular thyristor, which is oppositely directed and controllable in itself, is split.
- a dye bath is characterized by an alinear current-voltage curve, this also influences the voltage drop across a resistor connected in series, so that a voltage in front of a resistor has a sinusoidal curve behind the resistor, and thus parallel to the dye bath, no sinusoidal curve has more. Likewise, no sinusoidal voltage curve can be maintained in the dyebath by regulation with thyristors.
- the object of the invention is to provide a solution with which the dyeing process is accelerated, ensuring a uniform coloring and the particularly large-scale implementation can be carried out with simple technical means, and which the application and maintenance of an asymmetrical, essentially sinusoidal AC voltage with separately controllable positive and negative half wave to the dye bath.
- this object is achieved according to the invention in that the two current paths emanating from the voltage source are first divided into two parallel main branches, in each of which, in succession, first a controllable transformer, then a second transformer and finally direction-dependent converter valves, in particular a so-called one-way circuit with decoupling diodes, and then the main strands are again brought together to form two current paths which form the AC voltage source of the dye bath, the transformers and converter valves arranged in parallel in the two main strands and corresponding to one another each having the same electrotechnical characteristic data.
- the invention achieves a significantly reduced dyeing time while maintaining a sufficient intensity of deep scattering, which is particularly necessary in industrial dyeing baths.
- the depth scatter is ensured by the applied alternating current and can also be specifically adjusted by varying the amplitude in the positive and negative half-wave of the sinusoidal alternating voltage of essentially the same frequency. Characterized in that the amplitude level of the positive and the negative half-wave of the AC voltage can be changed independently of one another in the electrical engineering devices , it is possible to specifically influence the desired coloring of the aluminum object and the depth scatter by specifically regulating the positive or negative half-wave of the alternating voltage, which is always essentially sinusoidal.
- the use of the regulating transformers eliminates the deviation from the sinusoidal curve of the coloring voltage, which is known from resistance-controlled current sources, since the internal resistance of the transformers is very low and does not change as a result of control interventions.
- the dyeing times are significantly reduced by the method according to the invention.
- a dark brown shade can be achieved in just 2 minutes and an anthracite shade in 4 minutes.
- the dye bath is subjected to an alternating voltage of 9 to 30 volts and current densities between 0.2 and 1.2 A / dm 2 during coloring, the amplitude of the negative half-wave being greater than that of the positive and the value for the negative peak voltage is more negative than _9 volts, as the invention also provides.
- the invention expediently provides in a further embodiment that the dyeing time is kept essentially constant and that the different colors of the aluminum object which are possible due to the dye bath are generated only by adjusting the amplitude of the positive and negative half-waves.
- the DC pretreatment is carried out with a rectifier circuit, the currents with a residual ripple of 120%, preferably 50%, in particular 5%, on loads with purely ohmic resistance behavior and a resulting residual ripple of preferably less than 15% generated.
- the invention further provides that the direct current and / or alternating current treatment is carried out in a dye bath containing only a metal salt.
- the invention provides a circuit arrangement which is characterized by an AC voltage source, the two current paths of which are divided into two parallel strands, the variable transformers and main transformers which are arranged therein and which correspond to one another in their characteristics are in series switched and in the current paths of the respective string, directionally dependent converter valves, in particular diodes, are arranged in opposite directions, in which case the two parallel strands are brought together to form an AC voltage source.
- the circuit arrangement makes it possible to set and regulate the amplitude level of the positive and negative half-wave of an AC voltage separately and independently of one another, but essentially maintaining the overall sinusoidal curve shape of the AC voltage.
- This is the ratio of the amplitude of the positive half-wave to the amplitude of the negative half-wave by changing or setting the positive half-wave while maintaining the set negative half-wave or by changing or setting the negative half-wave while maintaining the set positive half-wave or by changing or setting both Half waves can be influenced.
- This of course also has an influence on the current density, but it is important, and it should be expressly stated here again, that the sinusoidal voltage curve is essentially maintained in the circuit arrangements according to the invention.
- the current paths 2, 3 lead to a branching, where they branch into two parallel strands 4 and 5, consisting of the individual current paths 6, 7 and 8 and 9 can be divided.
- the current paths are variable transformers 10 and 11, main transformers 12 and 13 and then in the current paths of the respective line diodes 14, 15 and 16, 17 arranged in opposite directions to each other.
- the diodes 14 to 17 form a so-called one-way circuit with decoupling diodes. Then the two parallel strands 4 and 5 are branched back into two current paths 2 a and 3 a.
- the dye bath has an alternating voltage between 10 and 30 volts and a current density, measured with moving iron instrument, supplied between 0.2 and 1.2 A / dm2.
- Fig. 2 shows another circuit arrangement.
- an asymmetrical diode bridge 23 is arranged in the current path 22 starting from the voltage source denoted by 21.
- the diode bridge 23 is formed from diodes 24 of the same type, three diodes 24 connected in series being arranged in the branches 31 that are permeable to the positive half-wave of the alternating current, and one diode each in the branches 30 that are permeable to the negative half-wave.
- a DC voltage source 25 is connected in series with the diode bridge 23 in such a way that each half-wave of the AC voltage is connected in series with the DC voltage source.
- the diode bridge 23 is connected to the aluminum part 27 located in the dye bath 26 by a current path 22 a.
- a counterelectrode 29, likewise located in the dye bath 26, is connected to the voltage source 21 via the current path 28.
- the dye bath 26 contains only coloring metal salt in this embodiment. According to Example 1, the tin sulfate.
- FIG. 3 and 4 show possible voltage curve profiles that can be generated with a circuit arrangement according to FIG. 1, the short horizontal curve profiles in the transition region from negative to positive half-wave being caused by the diode threshold voltage of the diode used in each case.
- FIG. 5 shows an example of a voltage curve profile as it is obtained with a circuit arrangement according to FIG. 2.
- V means voltage
- t time
- O zero position.
- the voltage curve profile according to Figure 5 is achieved, for example, by setting the DC voltage source 25 so that just a small bridge current is flowing, so that there is a direct superimposition of the voltage source 25 outgoing DC voltage comes without the switching thresholds of the diodes 24 distorting the sinusoidal AC voltage.
- the heterodyne voltage can be set in steps that correspond to the diode threshold voltage, for example 0.3 volts for germanium and 0.6 volt steps for silicon. Some coloring examples are listed below, which were carried out with a circuit arrangement according to FIG. 2.
- the aluminum parts to be colored were initially made in the usual way, i.e. anodized in a sulfuric acid bath with concentrations of 150 to 250 g / l, at a voltage of 12 and 18 volts, a treatment time of 15 to 60 minutes and a current density of 1 to 2 A / dm2.
- the method according to the invention and the device for carrying it out can be used both in so-called single-stage dyeing processes, i.e. the current / voltage curve and / or the dye bath remain essentially unchanged during the entire dyeing process, as well as in so-called multi-stage dyeing processes, i.e. the current / voltage curve and / or the dye bath are changed at least once during the dyeing process, are used.
- the diodes shown in Figure 1 do not necessarily have to be arranged in pairs in opposite directions. It is also possible, for example, to provide a diode in only one of the corresponding current paths of each strand and to arrange the remaining ones in opposite directions to one another.
- the diodes 15 and 17 can optionally be dispensed with and only the diodes 14 and 16 arranged in opposite directions as shown in FIG. 1 can be installed. It is also possible, if appropriate, to provide more than one diode in series connection in each path of the strands. Of course, thyristors can also be used instead of diodes.
- the DC pretreatment is carried out with a rectifier circuit, which generates a residual ripple of 120% for a one-way circuit, 50% for a double-path circuit and 5% for a three-phase bridge circuit on loads with purely ohmic resistance behavior. Since the dyebath capacitance acts as a capacitor in the application, a resultant ripple of approx. 15% results in full wave rectification.
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Description
- Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur elektrolytischen Einfärbung von im voraus anodisierten Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem zumindest ein die Aluminiumoxidschicht färbendes Metallsalz enthaltenden Färbebad unter Anlegung einer unsymmetrischen, unter Aufteilung der von einer Wechselspannungsquelle ausgehenden zwei Strompfade durch Gleichrichtung gewonnenen und aus getrennt regelbaren Halbwellenzügen zusammengesetzten sowie im wesentlichen sinusförmigen Wechselspannung an das Färbebad.
- Ferner richtet sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
- Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen haben heute vielfach als optische Elemente Einzug in die Konstruktionstechnik und Architektur gehalten. Beispielsweise werden derartige Aluminiumteile häufig als Fassadenelemente von Gebäuden verwendet. Hierzu ist es notwendig, diese Elemente mit einem schützenden Überzug zu versehen und diesen auch farblich gestalten zu können.
- So ist aus der DE-OS 19 02 983 ein Verfahren zur Herstellung eines gefärbten, schützenden Überzuges auf Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bekannt, bei dem ein Wechselstrom durch ein Färbebad geleitet wird. Bei diesem Verfahren wird die an das Färbebad angelegte Wechselspannung durch Modulation, das heißt Überlagerung mit einer zweiten Spannung, unsymmetrisch gemacht. Dies ist mit einem hohen technischen Aufwand verbunden, insbesondere ist immer eine zweite Spannungsquelle notwendig. Darüber hinaus werden dunkle Farbtöne nur nach einer relativ langen Behandlungszeit und durch die aufeinander folgende Behandlung mit zunächst einer symmetrischen und dann einer unsymmetrischen Wechselspannung erhalten. Auch bedeutet Modulation, daß sich die Amplitude oder die Frequenz einer Schwingung mit der Zeit ändert, so daß nicht ohne weiteres eine sinusförmige Wechselspannung von konstanter Frequenz vorliegt.
- Als unsymmetrisch werden hier und im folgenden eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom bezeichnet, wenn zwar ihr zeitlicher Verlauf bei beliebiger Form periodisch ist, aber die Halbwellen der einen Richtung sich ihrem Verlauf und ihrem Intensitätsmittelwert nach von den Halbwellen der anderen Richtung unterscheiden.
- In der EP-0056478 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die zu färbenden Aluminiumteile zunächst in einem Bad ohne färbende Metallsalze mit Wechselstrom und anschließend in einem anderen, die Aluminiumteile färbende Metallsalze enthaltenden Bad mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Zweiteilung des Färbevorganges und des wieder recht hohen technischen Aufwandes sowie in der Höhe der verwendeten Spannung von 55 bis 85 Volt. Auch bei diesem Verfahren werden relativ lange Einfärbezeiten benötigt, um tief dunkle Farbtöne zu erreichen.
- Aus der DE-AS 1 930 288 und der US-PS 3 669 856 sind ein Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Färbung von Aluminiumlegierungen durch Anlegung einer unsymmetrischen Wechselspannung oder einer Kombination von symmetrischer und unsymmetrischer Wechselspannung bekannt. Hierbei wird auf der Sekundärseite eines an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Transformators eine asymmetrische, in dem Färbebad anliegende Wechselspannung, deren positive und negative Halbwelle getrennt regelbar sind, dadurch erzeugt, daß ein Pfad der Stromzuleitung zum Färbebad in zwei parallele Zweige mit je einem zum anderen entgegengesetzt gerichteten Gleichrichter und je einem mit dem Gleichrichter in Reihe liegenden Regelwiderstand oder mit je einem zum anderen entgegengesetzt gerichteten, für sich regelbaren spannungsgesteuerten Gleichrichter, insbesondere Thyristor, aufgespalten ist. Diese beiden Zweige werden vor dem Färbebad wieder zu einem Pfad vereinigt. Diesem Stand der Technik haftet der Nachteil an, daß die Strompfade erst auf der Sekundärseite des Transformators geteilt und der Strom bzw. Spannungsverlauf auf der Sekundärseite mit Widerständen oder Thyristoren geregelt wird. Bei einer großtechnischen Realisation einer derart widerstandsgeregelten Stromquelle muß aber ein hoher Aufwand zur Kühlung der Regelwiderstände betrieben werden, da sich diese enorm erwärmen. Bei 10. 000 A beträgt die auftretende Verlustleistung ca. 50-100 kW. Des weiteren ist die Verwendung von Regelwiderständen auf der Sekundärseite mit dem Nachteil verbunden, daß durch das hohe spannungsabhängige Lastwechselverhalten des Färbebades, eine Spannungsdeformation eintritt, die einen nicht mehr sinusförmigen Spannungsverlauf im Färbebad zur Folge hat. Da ein Färbebad durch eine alineare Strom-Spannungs-Kurve gekennzeichnet ist, beeinflußt dieses auch den Spannungsabfall an einem in Reihe geschalteten Widerstand, so daß eine vor einem Widerstand einen sinusförmigen Verlauf aufweisende Spannung hinter dem Widerstand, und somit parallel zum Färbebad, keinen sinusförmigen Verlauf mehr aufweist. Ebenso läßt sich durch die Regelung mit Thyristoren kein sinusförmiger Spannungsverlauf im Färbebad aufrechterhalten.
- Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der der Färbevorgang beschleunigt wird, wobei eine gleichmäßige Einfärbung gewährleistet und die insbesondere großtechnische Realisation mit einfachen technischen Mitteln durchführbar ist, und welche die Anlegung und Aufrechterhaltung einer unsymmetrischen, im wesentlichen sinusförmigen Wechselspannung mit getrennt regelbarer positiver und negativer Halbwelle an das Färbebad ermöglicht.
- Beim Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die von der Spannungsquelle ausgehenden zwei Strompfade zunächst in zwei parallele Hauptstränge aufgeteilt werden, in diesen nacheinander jeweils erst einem regelbaren Transformator, dann einem zweiten Transformator und schließlich richtungsabhängigen Stromrichterventilen, insbesondere einer sogenannten Einwegschaltung mit Entkopplungsdioden, zugeführt werden sowie anschließend die Hauptstränge wieder zu zwei, die Wechselspannungsquelle des Färbebades bildende Strompfade zusammengeführt werden, wobei die in den beiden Hauptsträngen parallel angeordneten und einander jeweils entsprechenden Transformatoren und Stromrichterventile gleiche elektrotechnische Kenndaten aufweisen.
- Durch die Erfindung wird eine deutlich verkürzte Färbezeit unter Beibehaltung einer insbesondere in großtechnischen Färbebädern notwendigen Tiefenstreuung ausreichender Intensität erreicht. Die Tiefenstreuung wird durch den aufgebrachten Wechselstrom gewährleistet und ist durch die Variation der Amplitudenhöhe in der positiven und negativen Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung von im wesentlichen gleicher Frequenz auch noch gezielt einstellbar. Dadurch, daß in den elektrotechnischen Einrichtungen die Amplitudenhöhe der positiven und der negativen Halbwelle der Wechselspannung voneinander unabhängig veränderbar gemacht werden, ist es möglich, durch gezielte Regelung der positiven oder negativen Halbwelle der immer im wesentlichen sinusförmig vorliegenden Wechselspannung gezielt die gewünschte Einfärbung des Aluminiumgegenstandes sowie die Tiefenstreuung zu beeinflussen.
- Durch die Verwendung der Regeltransformatoren entfällt die von widerstandgeregelten Stromquellen her bekannte Abweichung vom sinusförmigen Verlauf der Färbespannung, da der Innenwiderstand der Transformatoren sehr gering ist und sich durch Regeleingriffe auch nicht ändert.
- Außerdem werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die Färbezeiten deutlich verkürzt. So läßt sich zum Beispiel ein dunkler Braunton bereits in einer Einfärbezeit von 2 Minuten und ein Anthrazit-Farbton nach einer Einfärbezeit von 4 Minuten erreichen. Darüber hinaus ist es insbesondere für die industrielle Anwendung von Vorteil, daß man bei gleichen Färbezeiten durch entsprechende Variationen der Amplitudenhöhen der positiven und negativen Halbwelle zueinander unterschiedliche Farbtöne in dem Färbebad erhalten kann.
- Ferner gelangen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur relativ geringe Spannungen zur Anwendung, so daß das Verfahren auch mit einfachen technischen Mitteln ohne großen Aufwand realisierbar ist.
- Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn bei der Einfärbung das Färbebad mit einer Wechselspannung von 9 bis 30 Volt und Stromdichten zwischen 0,2 und 1,2 A/dm² beaufschlagt wird, wobei die Amplitudenhöhe der negativen Halbwelle größer als die der positiven und der Wert für die negative Spitzenspannung negativer als _9 Volt ist, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht.
- Zweckmäßigerweise sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, daß die Färbezeit im wesentlichen konstant gehalten wird und die aufgrund des Färbebades möglichen unterschiedlichen Einfärbungen des Aluminiumgegenstandes nur über die Einstellung der Amplitudenhöhe der positiven und negativen Halbwellen erzeugt werden.
- In vorteilhafter Weiterbildung sieht die Erfindung vor, daß die unsymmetrische Wechselspannung im Anschluß an eine im selben Färbebad durchgeführte, nichtfärbende Gleichstromvorbehandlung an das Färbebad angelegt wird. Hierdurch ist eine besonders gleichmäßige Anfärbung des Aluminiumgegenstandes zu erzielen,
- Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Gleichstromvorbehandlung mit einer Gleichrichterschaltung durchgeführt wird, die Ströme mit einer Restwelligkeit von 120%, vorzugsweise 50%, insbesondere 5%, an Lasten mit rein Ohm'schem Widerstandsverhalten und eine resultierende Restwelligkeit von vorzugsweise kleiner als 15% erzeugt.
- In Ausgestaltung sieht die Erfindung ferner vor, daß die Gleichstrom- und/oder Wechselstrombehandlung in einem nur ein Metallsalz enthaltenden Färbebad durchgeführt wird.
- Zur Lösung obiger Aufgabe und Durchführung des Verfahrens sieht die Erfindung eine Schaltungsanordnung vor, die sich auszeichnet durch eine Wechselstromspannungsquelle, deren zwei davon ausgehenden Strompfade in zwei parallele Stränge aufgeteilt sind, die darin angeordneten und in ihren Kenndaten jeweils einander entsprechenden Stelltransformatoren und Haupttransformatoren sind in Reihe geschaltet und in die Strompfade des jeweiligen Stranges sind gegensinnig zueinander ausgerichtete richtungsabhängige Stromrichterventile, insbesondere Dioden, angeordnet, wobei dann die zwei parallelen Stränge zu einer Wechselspannungsquelle zusammengeführt sind.
- Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft durchführbar. Die Schaltungsanordnung ermöglicht es, die Amplitudenhöhe der positiven und negativen Halbwelle einer Wechselspannung getrennt und unabhängig voneinander einzustellen und zu regeln, wobei aber der insgesamt sinusförmige Kurvenverlauf der Wechselspannung im wesentlichen beibehalten wird. Dadurch ist das Verhältnis der Amplitudenhöhe der positiven Halbwelle zur Amplitudenhöhe der negativen Halbwelle durch Ver- oder Einstellung der positiven Halbwelle bei Beibehaltung der eingestellten negativen Halbwelle oder durch Ver- oder Einstellung der negativen Halbwelle bei Beibehaltung der eingestellten positiven Halbwelle oder durch Ver- oder Einstellung beider Halbwellen beeinflußbar. Hierdurch ist natürlich auch die Stromdichte zu beeinflussen, Wichtig ist aber, und das sei hier noch einmal ausdrücklich festgestellt, daß der sinuskurvenförmige Spannungsverlauf bei den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen im wesentlichen aufrechterhalten wird. Es treten bei der An- und Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Schaltungsanordnung bei der im Färbebad anliegenden Wechselspannung weder Modulationen, d.h. sich während des zeitlichen Verlaufs rhythmisch ändernde Amplituden oder Frequenzen, noch besondere Spannungsverläufe wie beispielsweise Sägezahn- oder Rechteckverläufe oder auch unterbrochene Spannungsverläufe auf. Während der Einfärbung bleibt im Färbebad der sinusförmige Verlauf der Wechselspannung erhalten.
- Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
- Fig. 1 eine schematische Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 und in
- Fig. 3 u.4 Beispiele von mit einer Schaltungsanordnung nach Figur 1 erzeugbaren Spannungskurvenverläufen.
- Von einer Wechselspannungsquelle 1 nach Fig. 1, die beispielsweise Spannungspotentiale von 220 Volt, 380 Volt oder 415 Volt liefert, führen die Strompfade 2, 3 zu einer Verzweigung, wo diese in zwei parallele Stränge 4 und 5, bestehend aus den einzelnen Strompfaden 6, 7 sowie 8 und 9 aufgeteilt werden. In diesen beiden parallelen Strängen werden die Strompfade Stelltransformatoren 10 und 11, Haupttransformatoren 12 und 13 und anschließend in den Strompfaden des jeweiligen Stranges gegensinnig zueinander angeordneten Dioden 14, 15 und 16, 17 zugeführt. Die Dioden 14 bis 17 bilden eine sogenannte Einwegschaltung mit Entkopplungsdioden. Danach werden die beiden parallelen Stränge 4 und 5 über Verzweigungen wieder zu zwei Strompfaden 2 a und 3 a aufgelöst. Die beiden Strompfade 2 a und 3 a bilden dann die Spannungsquelle 18 für das elektrolytische Färbebad. Die in den Strängen 4 und 5 angeordneten und jeweils einander zuordenbaren elektrotechnischen Bauteile 10 und 11, 12 und 13 sowie 14, 15 und 16, 17 weisen gleiche elektrotechnische Kenndaten auf, insbesondere muß der Wickelsinn der Stelltransformatoren 10, 11 und der Haupttransformatoren 12, 13 zueinander gleich sein.
- Der Spannungsquelle 1 wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 40 und 70 Hz entnommen. Dem Färbebad wird eine Wechselspannung zwischen 10 und 30 Volt und eine Stromdichte, mit Dreheiseninstrument gemessen, zwischen 0,2 und 1,2 A/dm² zugeführt.
- Fig. 2 zeigt eine andere Schaltungsanordnung. Hier ist in dem von der mit 21 bezeichneten Spannungsquelle ausgehenden Strompfad 22 eine asymmetrische Diodenbrücke 23 angeordnet. Die Diodenbrücke 23 ist aus Dioden 24 des gleichen Types gebildet, wobei in den für die positive Halbwelle des Wechselstromes durchlässigen Zweigen 31 jeweils drei, in Reihe geschaltete Dioden 24 und in den für die negative Halbwelle durchlässigen Zweigen 30 jeweils eine Diode angeordnet sind. Zu der Diodenbrücke 23 ist eine Gleichspannungsquelle 25 derart in Reihe geschaltet, daß jede Halbwelle der Wechselspannung zur Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet ist. Durch einen Strompfad 22 a ist die Diodenbrücke 23 mit dem in dem Färbebad 26 befindlichen Aluminiumteil 27 verbunden. Über den Strompfad 28 ist eine ebenfalls in dem Färbebad 26 befindliche Gegenelektrode 29 mit der Spannungsquelle 21 verbunden. Das Färbebad 26 enthält in diesem Ausführungsbeispiel nur einfärbendes Metallsalz. Gemäß Beispiel 1 ist das Zinnsulfat.
- Fig. 3 und 4 zeigen mögliche Spannungskurvenverläufe, die mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erzeugt werden können, wobei die kurzen waagerechten Kurvenverläufe im Übergangsbereich von negativer zu positiver Halbwelle durch die Diodenschwellspannung der jeweils verwendeten Diode verursacht werden. Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Spannungskurvenverlaufes, wie er mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 erhalten wird. In diesen Figuren bedeuten V: Spannung, t: Zeit und O: Nulllage. Der Spannungskurvenverlauf nach Abbildung 5 wird beispielsweise dadurch erreicht, daß man die Gleichspannungsquelle 25 so einstellt, daß gerade ein kleiner Brückenstrom fließt, so daß es zu einer direkten Überlagerung der von der Spannungsquelle 25 ausgehenden Gleichspannung kommt, ohne daß die Schaltschwellen der Dioden 24 die sinusförmige Wechselspannung verzerren. Mit dieser Schaltungsanordnung kann die Überlagerungsspannung in Schritten, die der Diodenschwellspannung entsprechen, eingestellt werden, beispielsweise bei Germanium 0,3 Volt, bei Silizium 0,6 Volt Schritte. Nachfolgend sind einige Färbebeispiele aufgeführt, die mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 durchgeführt wurden.
- Die zuvor anodisierten Aluminiumteile werden in einem Färbebad mit 20 g/l Zinnsulfat und 24 g/l Schwefelsäure und einem Stabilisator über eine konstante Behandlungszeit von 4 Minuten mit verschiedenen Überlagerungsspannungen behandelt. Der Effektivwert der Wechselspannung beträgt jeweils 10 Volt. Hierbei werden folgende Färbeergebnisse erzielt:
-
- Die zu färbenden Aluminiumteile wurden hierbei zunächst in üblicher Weise, d.h. in einem Schwefelsäurebad mit Konzentrationen von 150 bis 250 g/l, bei einer Spannung von 12 und 18 Volt, einer Behandlungszeit von 15 bis 60 Minuten und einer Stromdichte von 1 bis 2 A/dm² anodisiert.
- Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zu dessen Durchführung, können sowohl bei sogenannten einstufigen Färbeverfahren, d.h. der Strom-/Spannungsverlauf und/oder das Färbebad bleiben während des gesamten Färbevorganges im wesentlichen unverändert, als auch bei sogenannten mehrstufigen Färbeverfahren, d.h. der Strom-/Spannungsverlauf und/oder das Färbebad werden während des Färbevorganges mindestens einmal verändert, Verwendung finden.
- So ist es natürlich auch möglich, die erfindungsgemäße Wechselspannung dem Färbebad erst dann zuzuführen, nachdem die Aluminiumgegenstände in dem Färbebad zuvor einer Gleichstrombehandlung unterworfen wurden. In der Regel erfolgt die eigentliche Einfärbung des Aluminiumgegenstandes aber erst durch eine Wechselspannungsbeaufschlagung.
- Die in Figur 1 dargestellten Dioden müssen nicht unbedingt paarweise gegensinnig angeordnet sein. Es ist auch möglich, beispielsweise nur in jeweils einem der sich entsprechenden Strompfade jeden Stranges eine Diode vorzusehen und die verbleibenden gegensinnig zueinander anzuordnen. Beispielsweise kann gegebenenfalls auf die Dioden 15 und 17 verzichtet werden und können nur die gegensinnig angeordneten Dioden 14 und 16 entsprechend Fig. 1 installiert sein. Auch ist es möglich, in jedem Pfad der Stränge gegebenenfalls mehr als eine Diode in Reihenschaltung vorzusehen. Selbstverständlich können anstelle von Dioden auch Thyristoren verwendet werden.
- Die Gleichstromvorbehandlung wird mit einer Gleichrichteschaltung durchgeführt, die an Lasten mit rein Ohm'schem Widerstandsverhalten eine Restwelligkeit von 120% bei einer Einwegschaltung, von 50% bei einer Doppelwegschaltung und von 5% bei einer Drehstrombrückenschaltung erzeugt. Da im Anwendungsfall die Färbebadkapazität als Kondensator wirksam ist, ergibt sich bei einer Doppelweggleichrichtung eine resultierende Restwelligkeit von ca. 15%.
Claims (7)
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Family Applications (1)
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