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Verfahren und Vorrichtung für die elektrolytisehe Herstellung von Metaliniedersehlägen.
Die Erfindung bezieht sich auf die schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Metallniederschlägen, insbesondere von Kupfer auf elektrolytischem Wege zur Erzielung eines Produktes von einer hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften neuartigen Beschaffenheit, derart, dass der Metallniederschlag sofort ohne weitere Behandlung für die Herstellung verschiedener. im folgenden noch anzufi. ihrender Industrieerzeugnisse geeignet ist. Das erhaltene Metall ist von aussergewöhnlicher Reinheit, Dichte und Härte ; so z. B. wird bei Kupfer eine Härtezahl von 130 nach der Brinellskala oder darüber und eine Zugfestigkeit von 5500 leg je c/ erreicht.
Das Verfahren führt zu gleichmässiger Struktur infolge des Umstandes, dass die metallischen Kristalle, zu einem grossen Teil wenigstens, zertrümmert werden ; alle noch verbleibenden Kristalle liegen gleichgerichtet, was auch zur gleichmässigen Struktur beiträgt. Das Metall kann als Blech, Band oder Draht oder in Zylindern oder Röhren von beliebigem Durchmesser erhalten werden.
Die Kathode für den elektrolytischen Niederschlag des Metalls besteht in bekannter Weise aus einem Kern, der mit solcher Geschwindigkeit umläuft, das genügende Wirbelbildung im Elektrolyten entsteht, um die Schicht des erschöpften Elektrolyten in der Nachbarschaft des Kerns zu zerstören ; erfindungsgemäss sind frei drehbare, einer begrenzten Bewegung in der Umfangsrichtung des Dornes fähige Walzen oder Rollen angeordnet und drücken auf das auf den Kern niedergeschlagene Metall. Die Walzen sind in einem Gestell od. dgl. gelagert, das in Richtung parallel zur Achse des Dornes hin und her bewegt wird, wobei die Anordnung vorzugsweise so getroffen ist. dass die Walzen nur während der Bewegung in einer Richtung wirksam sind.
Die oben erwähnten Eigenschaften des Metallniederschlages können durch Änderung des Druckes auf die Walzen oder Rollen oder der Zahl der Hin-und Hergänge in der Zeiteinheit oder durch Änderung dieser beiden Faktoren beeinflusst werden.
Dass die Walzen nur während ihrer axialen Bewegung in einer Richtung wirken, bewirkt gleichmässige Behandlung über die ganze Oberfläche des Kernes und bewirkt weiter, dass der Metallniederschlag derart erfolgt, dass Kristalle, die nicht zertrümmert wurden, im wesentlichen gleichgerichtet liegen und dadurch eine Gleichmässigkeit der metallischen Struktur in bisher unerreichtem Masse hervorrufen. Die Walzen sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie auf den Kern durch ihr eigenes Gewicht drücken : dieser Druck bestimmt in hohem Masse die Dichte und die andern Eigenschaften des Metallniederschlages.
Um den Druck ändern zu können, werden vorzugsweise Walzen von verschiedenem Gewicht verwendet, aber offenbar kann eine solche Änderung auch durch Federdruck oder Gewichtsbelastung auf das die Walzen od. dgl. tragende Gestell erreicht werden.
Im folgenden wird Kupfer als das aus einem geeigneten Elektrolyten, wie Kupfersulfat. niederzuschlagende Metall vorausgesetzt und an erster Stelle wird das Verfahren in seiner Anwendung für die Herstellung von Kupferblech beschrieben. In einem, den Elektrolyten enthaltenden Gefäss wird der drehbare Kern, bzw. eine Trommel so angeordnet, dass die halbe Oberfläche der Trommel unter die Oberfläche des Elektrolyten taucht. Unter der Trommel befindet sich die Anode die aus nebeneinander angeordneten Kupferbarren bestehen kann, so. dass sie einen fortlaufenden halbzylindrischen, dem Umfang der Zylinderfläche der Trommel
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besitzt, die in irgendeiner bekannten Weise zur Vermeidung der Adhäsion des niedergeschlagenen Metalls vorbehandelt ist.
Es sind Einrichtungen zur raschen Drehung der Trommel mit der genannten Geschwindigkeit vorgesehen, die nicht so hoch ist, dass nennenswerte Mengen der Flüssigkeit über die Trommel gehoben werden, jedoch genügt ; um in dem Elektrolyten zur Zerstörung der Kathodenschicht die nötige Wirbelang hervorzurufen.
Aufruhend auf dem Teil der Trommel. der nicht in den Elektrolyten taucht, sind drehbare Rollen aus Metall oder Glas oder anderem geeigneten Material angeordnet. Für den
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lösung nicht angegriffen wird, ein sehr geeignetes Material. Die Walzen oder Scheiben sind so angeordnet, dass sie einen verhältnismässig hohen Druck auf die'Flächeneinheit der sehr
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ist es vorteilhaft, eine dünne Schicht von Kupfer niederzuschlagen, bevor man die Walzen. Rollen oder Scheiben aufliegen lässt. Die Walzen oder Rollen drehen sich frei und werden durch Reibung an der Oberfläche der Trommel mitgenommen und sind auch einer begrenzten Bewegung in der Umfangsrichtung der Trommel fähig ; sie werden daher als"Schwingwalzen bezeichnet.
Ferner sind sie derart angeordnet und gelagert, dass sie in Berührung mit der Trommel in Richtung parallel zu ihrer Achse transversal verschoben werden können. Die Transversalbewegung der Walzen ist eine hin und her gehende Bewegung, sie soll jedoch unter Berührung mit der Trommel nur in einer Richtung erfolgen ; der Rückgang soll erfindunggemäss ohne Berührung vor sich gehen. Diese Walzen oder Rollen bezwecken erstens noch eine weitere Sicherung dafür, dass die Eletrolytschicht an der Trommel zerstört wird. und zweitens gleichzeitig durch ihr Abrollen unter Druck und die Scheuerwirkung infolge der Transversalbewegung die Erzielung eines Kupferniederschlages von ausserordentlicher Dielite.
Die verdichtende Wirkung der Walzen oder Rollen trägt auch dazu bei, Knoten oder rauhe Stellen, die das niedergeschlagene Kupfer zu bilden sucht, zu beseitigen, mit dem Ergebnis. dass letzteres durchwegs eine ungewöhnlich ebene und glatte Oberfläche aufweist.
Es können eine oder mehrere Reihen von Walzen oder Rollen angeordnet sein, um auf die Trommel zu drücken. Bei langen dünnen Kernen (Dornen) mit Neigung zur Durchbiegung ist es zweckmässig, eine Reihe von Walzen oder Rollen unterhalb des Domes und zwei Reihen oberhalb anzuordnen.
Um die Ablagerung von Metallabscheidungen an den Rändern der Trommel, die das Abstreifen der Bleche oder Röhren erschweren, das Isoliermaterial rasch zerstören, die Drehgeschwindigkeit beeinträchtigen und den Erfolg des Verfahrens verringern, zu vermeiden. werden Sekundärelektroden an beiden Enden der Trommel angeordnet. Diese Sekundärelektroden sind halbkreisförmige Scheiben aus Blei oder andern trägen elektrischen Leitern oder aus Holz.
Vulkanit oder anderm Isoliermaterial oder aus einer Verbindung von isolierendem und leitendem, gegen den Elektrolyten widerstandsfähigem Material, die in unmittelbarer Nähe des Kernes angeordnet und vorzugsweise mit einem Flansch zum Übergreifen über einen Teil der Niederschlagfläche versehen sind. Die Wirkung dieser Sekundärelektroden besteht dann, dass sie die Menge des Niederschlages an den äusseren Enden des Domes herabsetzen und statt ein Aufstauen des Materials an den Enden befürchten zu müssen, kann der Niederschlag so geregelt werden, dass die Enden genau so glatt und die Dicke des Metallniederschlages genau dieselbe wie an andern Teilen des Domes ist, oder es kann die Anordnung so getroffen werden, dass der Niederschlag gegen die Enden leicht abfällt.
Anderseits kann durch Herstellung der Sekundär-
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dicker gehalten werden.
Um das Abnehmen des Melallniederschlages vom Kern zu erleichtern, wird auf der metallischen Oberfläche des letzteren eine Schicht von Oxyd oder Sulfid gebildet, oder es kann darauf eine dünne Bleischicht, hochglanzpoliert mit Graphit oder einem ändern geeigneten Poliermittel, aufgebracht werden.
Zur Vermeidung kleiner Löcher oder anderer Fehler in dem Metallniederschlag. die von Mitteln zum Erleichtern des Abstreifen oder von andern Ursachen herrühren können, ist es wünschenswert, nach dem Niederschlagen für verhältnismässig kurze Zeit noch vor der Anwendung der Schwingwalzen eine rasch umlaufende Bürste über die Oberfläche des Kernes laufen zu lassen, wodurch der dünne Niederschlag geebnet wird und weiterer Niederschlag frei von Blasen und Fehlern ist.
Vorzugsweise wird der Kern mit-einer querlaufenden Rinne oder mit einer Einlage von Material von höherem spezifischem Widerstand als dem der übrigen Oberfläche des Kernes versehen mit dem Ergebnis. dass der Niederschlag örtlich dünner ist oder ganz fehlt, wodurch
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oder Dorn eingeleitet werden kann.
Auf diese Weise hergestelltes Metallblech ist so homogen und glatt, dass es mit Vorteil für Druckplatten oder Platten von Sprechmaschinen oder für andere Zwecke dienen. kann, für welche elektrolytisch mit Anwendung anderer Glättvorrichtungen niedergeschlagenes Kupfer gewöhnlich nicht geeignet ist. Das beschriebene Verfahren der Herstellung von Niederschlägen lässt sich auch für Röhren oder Zylinder anwenden.
Es hat sich als möglich erwiesen, bei der Vorrichtung nach der Erfindung wirtschaftlich mit höherer Stromdichte zu arbeiten, als sie bisher in der Praxis erreichbar war ; eine solche Stromdichte ist unter Anwendung von wesentlich niedrigeren als den bisher verwendeten Spannungen infolge der wirksamen Depolarisation und der fortgesetzten Erneuerung der Kathodensehicht durch das Umlaufen der drehbaren Kathode bei der obengenannten Drehzahl zu erreichen.
Die mechanische Ausbildung der erforderlichen Einrichtung zur Durchführung der Erfindung kann verschiedene Formen annehmen. Bei einer als zweckmässig erprobten Form der Einrichtung ist die Trommel von Zapfen in Lagern ausserhalb des NiederschlagsgefÅasses getragen. Da ein beträchtlicher Strom von dem Dorn oder der Trommel durch diese Lager geht. ist Wasserkühlung für diese und Schmierung durch Graphit oder ein anderes elektrisch leitendes Schmiermittel vorgesehen. Abweichend davon kann der Strom der Trommel auch durch Bürsten und Schleifringe zu-bzw. von ihr abgeführt werden.
Ein geeignetes Mittel für den Antrieb der Walzen und Scheiben ist eine umsteuerbare Schraubenspindel bekannter Art. doch können wie im folgenden ausgeführt. auch andere Mittel dazu dienen.
Die Erfindung wird im einzelnen an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar :
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schlag von Metall auf einer Trommel von verhältnismässig grossem Durchmesser mit Rücksicht auf das nachfolgende Abstreifen in Form eines Bleches, Fig. 4 und 5 zwei Formen von Schwingwalzen oder Rollen zum Andrücken an die Trommel im Schnitt. Fig. 6 und 7 zeigen eine abweichende Vorrichtung zur Erzeugung der transversalen Hin-und Herbewegung der Walzen oder Rollen ; Fig. 8 und 9 zeigen im Schnitt und Schema Einrichtungen für die Herstellung von Rohren.
Zufolge Fig. 1-3 ist die Trommel 1 in einem Trog 2 od. dgl., der vorzugsweise mit Blei ausgefüttert ist, mittels einer Welle 3 in mittels der durch mit Gewinde versehenen Trägern 6 gehenden Schrauben 5 einstellbaren Lagern 4 gelagert. Die Lager 4 sind, wie ersichtlich, vorzugsweise oben offen, um ein rasches Entfernen und Wiedereinsetzen der Trommel 1 zu ermöglichen und mit Rücksicht darauf, dass der Strom der Trommel durch die Lager zugeführt wird, werden sie mit Graphit oder einem andern elektrisch leitenden Schmiermittel geschmiert und mit Rücksicht auf die Grösse des zuzuleitenden Stromes durch Kanäle 7, die durch Röhren 8 mit einer Wasserleitung verbunden sind, gekühlt.
Zur Herabsetzung des Lagerdruckes kann die Trommel hohl und wasserdicht abgeschlossen sein, so dass ein Teil ihres Gewichtes durch den Auftrieb im Elektrolyten, dessen Spiegel zweckmässig dort liegt, wo er in Fig. 2 eingezeichnet ist, ausgeglichen wird. Die Trommel wird mittels einer Riemenscheibe 9 oder eines gleichwertigen Antriebsgliedes von einer Vor- gelegeweUe 10 aus angetrieben, die auch zum Antrieb einer Daumenwelle 12 durch ein Schneckengetriebe 11 dient, deren Zweck noch erklärt wird. Die Anode 13, bestehend aus einem Kupfergussstück oder Blech oder, wie aus Fig.
2 ersichtlich, aus einer Anzahl von Kupferbarren in Form eines Teiles eines Zylindermantels, der den unteren Teil der Trommel, welche die Kathode bildet, umgibt, wird in dieser Stellung durch Tragbleche 14 oder ähnliche Teile getragen, die auf dem Rande des Troges 2 aufliegen. In unmittelbarer Nähe der Enden der Trommel sind Sekundärelektroden 15, vorzugsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, angenähert halbkreisförmig und, wie gezeichnet, mit einwärtsgerichteten Flanschen aus Blei oder anderem indifferenten Material, die zwischen dem Rand der Trommel und der Anode 13 hervorragen, vorgesehen.
Die Sekund relektroden werden von Stangen oder ähnlichen Teilen 16, die in Lagern 4 mittels Einstellmutter 17 befestigt sind. getragen ; derart kann der Abstand jeder Sekundärelektrode vom Ende der Trommel zwecks Erzielung verschiedener Beeinflussung der Dicke des Niederschlages, wie oben beschrieben, geändert werden. Es ist ersichtlich, dass die von Lagern 4 getragenen Sekundärelektroden an jeder Vertikalverstellung der Trommel 1 gegenüber der Anode 13 teilnehmen, die in Anwendung gebracht werden kann, um die gewünschte Stromdichte zu erzielen oder für den Verbrauch der Anode 13 Ausgleich zu schaffen.
Die Schwingwalzen oder Rollen 18, die auf die Trommel drücken, werden von einer auf zwei Stangen 20 gelagerten Spindel 19 getragen, die auf einer Schwingachse 21 schwingen
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auf Ständern 25 ruhen, so dass sie axial frei verschiebbar ist, um die gewünschte transversale Längsbewegung der Walzen oder Scheiben 18 längs der Trommel 1 zu erzielen. Zur Erzeugung
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Lenker 30 mit der Schwingachse 21 in Verbindung steht.
So bewirkt die Drehung der Daumemvelle 26 die Längsbewegung der Walzen oder Rollen 18 mit gleichbleibender Geschwindigkeit längs der Trommel 1 von links nach rechts, wie in Fig. 1 dargestellt, und nach Erreichen des rechten Endes der Trommel kann der Hebel, 38 zusammen mit den angeschlossenen Teilen rasch unter der Wirkung eines Gewichtes 31 zurückgezogen werden. das mit der Schwingachse 21 durch ein Seil 3. 2 od. dgl. über die Rolle 33 verbunden ist. Unzulässige Stosswirkung infolge rascher Bewegung des Hebels. der Schwingachse und der Walzen kann durch einen vorgesehenen Federpuffer 34 verhindert werden.
Damit heim Rück- gang die Walzen oder Rollen 18 ausser Berührung mit der Trommel J'sind. werden sie
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schlossenen Hebel 36 mit einem Kreuzgelenkanschluss 39, mit einer Stange 40 in Tragarmen 41. die um die Schwingachse 21 schwingen, angehoben, wobei die Stange 40 auf der oberen Seite auf dem rückwärtigen Ende der Stange 20 aufliegt. Der Daumen 35 ist, wie dargestellt. derart ausgebildet, dass während einer kurzen Zeit während einer Umdrehung der Hebel 36'
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zeitig mit dem Rückwärtsgang der Walzen oder Scheiben in der Längsrichtung erfolgt.
Wie dargestellt, wird der Trog. 3 von Isolatoren 42 getragen und es sind geeignete, nicht abgebildete Einrichtungen für den Stromanschluss der Lager 4 und der Anode 13 vorgesehen.
Damit die Walzen, Rollen oder Scheiben 18 einzeln nicht nur bei der Drehung, sondern auch bei der Bewegung in der Umfangsrichtung der Trommel frei sind, kann man die in den Fig. 4 und 5 beispielsweise dargestellte Bauart anwenden. Zufolge Fig. 4 besitzt jede Walze lof eine mittlere Öffnung 43 von grösserem Durchmesser als die Welle 19, die Walzen sind dabei vorteilhaft durch Distanzstücke 44 getrennt. Bei der in Fig. 5 dargestellten Bauart ist die Welle 19 von einer frei drehbaren Büchse 45 umgeben und die Zwischenräume in den Öffnungen 43 der Scheiben 18 gegen die Büchse sind mit Gummischwamm ausgefüllt. wodurch jede Walze die gewünschte Bewegungfreiheit erhält.
Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten abweichenden Bauart der Einrichtung für die
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Auf jeder Seite der Schwingachse 21 und parallel zu ihr sind Schraubenspindeln 47 und 48 vorgesehen, die entweder, wie im folgenden beschrieben, in entgegengesetzter Richtung gedreht werden oder mit entgegengesetztem Gewinde versehen sind. Die Stangen 20 tragen Halbmuttern 49 und 50, die abwechselnd mit den Spindeln 47 und 48 zusammenwirken können, wobei der Eingriff der einen oder andern Halbmutter mit ihrer Spindel durch die Lage eines Schwinggewichtes 51 bestimmt wird, das zwischen Zapfen 32 zwischen den Stangen hinund herschwingen kann.
Die Spindel 47 ist jene, durch welche die wirksame Längsbewegung der Walzen j ! 8 bewirkt wird ; die Spindel 48 dient für den Rückgang ; infolgedessen ist es erwünscht, dass die letztere rascher umläuft als die erste. Die Spindel 48 kann von der Vor-
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Kette 53 über eine aufgesetzte Scheibe 54 angetrieben werden. Eine zweite Scheibe 55 auf dieser Spindel dient mittels eines gekreuzten Seiles oder Riemens zum Antrieb einer Scheibe grösseren Durchmessers auf der Spindel 47.
Um an den Enden die Umkehr für Vorwärts- und Rückwärtslauf zu bewirken, sind feste Daumenplatten 58 vorgesehen, die an dem schwingbaren Arm, an dem das Gewicht 51 befestigt ist, angreifen, und dies dadurch aus der Anlage an dem einen der beiden Zapfen 52 zum Anliegen an dem andern Zapfen kippen und derart die Stangen 20 schwingen und die Halbmutter ausser Einriff mit der einen Sehraubenspindel und die andere in Eingriff mit der andern Spindel bringen. Die Stangen 20 tragen mit Vorteil ein Gegengewicht 59, so dass der Druck der Walzen oder Scheiben 18 auf die Trommel 1 zur Gänze oder nur bis zu einem gewissen Grad durch das Gewicht der Walzen selbst gegeben ist.
Bei der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Einrichtung werden zwei Trommeln verwendet, jede mit einem zugehörigen Satz von Schwingwalzen 18 auf einem gemeinsamen Rahmen 60, der auf einer Schwingachse 21 liegt und auf dem Rückgang durch eine Stange 40, wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, gekippt werden kann. Da jedoch bei der Herstellung
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von Röhren die Länge der Trommeln 1 sehr bedeutend sein kann. so könnte infolge des Druckes der Walzen 18 Durchbiegung eintreten. Infolgedessen wird ein zusätzlicher Satz von Schwingwalzen 61 auf der Unterseite der Trommeln vorgesehen, um ihnen bis zu einem gewissen Grade eine Unterstützung zu geben.
Der Walzen satz 61 wird von einer Stange 62
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od. dgl. versehen ist, wodurch der Aufwärtsdruck einer Feder 64 zur Unterstütung der Stange 62 und der Walzen 61 aufgenommen wird. Damit die Walzen 18 auf dem Rückgang von ihren zugehörigen Trommeln durch Kippen des Rahmens 60 abgehoben werden können, müssen die Walzen 61 offenbar unter Aufhebung der Berührung mit den Trommeln 1 gesenkt werden und dies wird selbsttätig erreicht durch einen Bund 65 auf der Stange 62 mit einer geneigten
Fläche 66, die mit einer auf der Stange 62 lose sitzenden Büchse 67 zusammenwirkt und derart gegen ein festes Widerlager 68 drückt, dass die Drehung der Büchse 67 das Herab- drücken der Walzen 61 herbeiführt.
Die Büchse 67 ist mit einer auswärts vorspringenden
Stange 69 versehen. die bei dem wirksamen Hingang der Walzen 18 und 61 die in Fig. 9 voll ausgezogen gezeichnete Stellung gegenüber dem Rahmen 60 einnimmt. Bei Annäherung an das Ende des wirksamen Hingangs läuft die Stange 69 gegen einen Anschlagzapfen 70 und dadurch wird, infolge der fortgesetzten Längsbewegung des Rahmens 60, die Stange 69 zurückgehalten und in die strichliert gezeichnete Stellung gebracht, dreht dabei die Büchse 67 und drückt die Walzen 61 nieder.
Die Stange 40 bewirkt dann ein Kippen des Rahmens 60 und der Umsteuermechanismus kommt zur Wirkung und veranlasst den Rücklauf, worauf die
Stange 69, bei Annäherung an das Ende dieses Weges, auf einen andern, nicht dargestellten Anschlagzapfen trifft, der sie in ihre ursprüngliche vollausgezogene Stellung zurückführt und dadurch die Feder 64, die Walzen 61 bis zum Anliegen mit den Trommeln 1 heben lässt, u. zw. im selben Augenblick, wo die Stange 40 zur Wirkung kommt, um die Walzen 18 auf die Trommeln drücken zu lassen.
Obwohl das Verfahren und die Vorrichtung in ihrer Anwendung auf die Herstellung von Kupferblech,-röhren,-band oder-draht beschrieben sind, sind sie auch anwendbar für andere Metallniederschläge wie Zink, Nickel, Kobalt oder Silber, entweder ans ihren Verbindungen oder durch Überführung von einer Anode aus dem betreffenden Metall.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrischen Herstellung diinner und dichter Metallniederschläge auf rotierenden Kathodentrommeln mit Anwendung von Glättvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättung des Metallniederschlages auf der Kathodentrommel durch einen oder mehrere Sätze von drehbar angeordneten Walzen. Rollen oder Scheiben bewirkt wird, die durch ihr Eigengewicht auf den Metallniederschlag drücken und unter Vollführung einer Rollbewegung entlang der Kathodentrommel geführt werden.