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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine walzen- oder zylinderförmige Kontaktiereinheit
zur Verwendung in einem Elektrolytbad für die galvanische Herstellung
einer elektrisch leitenden Folie. Die Erfindung betrifft ferner
eine Galvanisiervorrichtung sowie ein Galvanisiersystem zur galvanischen
Herstellung einer elektrisch leitenden Folie. Ferner betrifft die
Erfindung ein Verfahren zur galvanischen Herstellung einer vollflächigen,
elektrisch leitenden Folie sowie eine Metallfolie selbst.
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Dünne, vollflächige Metallfolien
ohne Trägerschicht
werden beispielsweise für
Batterien benötigt. Die
Herstellung solcher Folien, die eine Dicke von ca. 10 μm aufweisen,
erfolgt über
mehrfache Walzprozesse und anschließende Klopfprozesse, um die
gewünschte
Foliendicke zu erzielen. Die mechanischen Verarbeitungsschritte
erlauben es nicht, dünnere
Folien als die oben genannten Werte herzustellen. Ferner zieht der
Herstellungsprozess hohe Werkzeug- und Produktionskosten nach sich.
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Bekannte
Galvanisiervorrichtungen bzw. Galvanisiersysteme werden zum freien
galvanischen Abschneiden einer strukturierten oder auch vollflächigen Schicht
auf einem Substrat aus einem nicht leitfähigen Trägermaterial verwendet. Auf
diese Weise ist es möglich,
Leiterstrukturen oder vollflächige
Leiterschichten herzustellen, die auf dem Trägermaterial aufgebracht sind.
Beispielsweise werden Antennenspulen, Leiterplatten, Chipkartenmodule
oder dergleichen mit solchen Einrichtungen gefertigt. Vollflächige Leiterschichten
dienen in der Regel dazu, eine elektrische Abschirmung bereitzustellen.
Ein Ablösen der
galvanischen Schicht von dem Trägermaterial
ist dabei nicht vorgesehen.
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In
einer bekannten Anwendung, die zur Herstellung spezifischer Leiterzugstrukturen
verwendet wird, wird ein kontinuierlich als Kathode geschalteter Metallzylinder
zumindest teilweise in ein Elektrolytbad eingetaucht und in Drehung
versetzt. In dem Elektrolytbad befindet sich eine Anodenanordnung. An
der sich langsam drehenden Kathode lagert sich eine Metallschicht
ab, die außerhalb
des Elektrolyten auf eine Folie auflaminiert wird, indem die Metallfolie von
der Kathode abgeschält
wird. Nachdem die Metallschicht auflaminiert ist, wird ein Resistlack
aufgebracht, der anschließend
fotolithographisch belichtet wird. Mit einem anschließenden Ätzschritt
werden diejenigen Bereiche der ganzflächigen Metallschicht weggeätzt, die
für eine
Leiterzugstrukturierung nicht mehr benötigt werden. Nach dem Entfernen
des auf der strukturierten Metallschicht verbleibenden Ätzresistlacks
ist eine gewünschte
Leiterstruktur fertig gestellt. Das Verfahren weist zum einen den
Nachteil auf, dass lediglich geringe Durchsatzraten erzielbar sind
und in regelmäßigen Abständen eine
anodische oder mechanische Abreinigung der zylinderförmigen Kathode
erfolgen muss, was Produktions- und Durchsatzzeiten nachteilig beeinflusst.
Zum anderen erlaubt es das Verfahren nicht, eine vollflächige Metallfolie
ohne Trägermaterial
herzustellen. Dies resultiert daraus, dass die von der Kathode abgeschälte Metallfolie
eine solche Dicke aufweist, welche ohne die sie stabilisierende
Folie nicht dauerstabil wäre. Würde die
Anordnung andererseits derart betrieben, dass sich an der langsam
drehenden Kathode eine dickere Metallschicht ablagert, so kann beim
Abschälen
der Metallfolie von der Kathode nicht sichergestellt werden, dass
dies beschädigungsfrei
geschieht.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktiereinheit,
eine Galvanisiervorrichtung sowie ein Galvanisierungssystem bereitzustellen,
mit welchen die kontinuierliche Fertigung einer in ihrer Dicke variabel
einstellbaren, vollflächigen
Metallfolie ohne Trägermaterial
möglich
ist, wobei die Herstellung der Metallfolie zu wirtschaftlich günstigeren
Konditionen erfolgen soll. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer in ihrer Dicke einstellbaren
Metallfolie anzugeben.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß mit den
Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Eine
erfindungsgemäße walzen-
oder zylinderförmige
Kontaktiereinheit zur Verwendung in einem Elektrolytbad für die galvanische
Herstellung einer elektrisch leitenden Folie zeichnet sich dadurch aus,
dass eine Mantelfläche
der Kontaktiereinheit zumindest eine Schicht aus einem Material,
umfassend ein insbesondere metallisches Nitrid, umfasst, an der sich
in dem Elektrolytbad gelöste
Metallionen in Form von Metallpartikeln anlagern können. Die
Kontaktiereinheit ist derart ausgestaltet, dass die zumindest eine
Schicht in Umfangsrichtung durchgängig bestrombar ist. Der Kontaktiereinheit
ist eine Abtragvorrichtung zugeordnet, mit welcher ein vollständiges Abtragen
der an der Mantelfläche
angelagerten Metallpartikel von der Mantelfläche entlang einer Linie erfolgt,
die sich zwischen den Grundflächen
der Kontaktiereinheit erstreckt.
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Die
an der Kontaktiereinheit vorgesehene Schicht aus einem, insbesondere
metallischen Nitrid, ermöglicht
einerseits die Anlagerung der in dem Elektrolytbad gelösten Metallionen.
Andererseits können die
an der Schicht angelagerten Metallpartikel bei prinzipiell beliebiger
Schichtdicke der Metallfolie unter Aufwendung lediglich ge ringer
Kräfte
vollständig von
der Mantelfläche
der Kontaktiereinheit abgetragen bzw. abgelöst werden. Der Vorteil besteht
darin, dass eine mechanische Abreinigung der Kontaktiereinheit nicht
notwendig ist und die erfindungsgemäße Kontaktiereinheit deshalb
kontinuierlich zur Herstellung einer Metallfolie konstanter Eigenschaften,
d. h. konstanter Dicke, betrieben werden kann. Es ist ferner nicht
notwendig, die von der Kontaktiereinheit abgetragene oder abgelöste Metallfolie
auf ein Trägermaterial
aufzukaschieren, da es die auf der Kontaktiereinheit aufgebrachte
Schicht erlaubt, eine hinreichend dünne Schichtdicke der Metallfolie
zu erzeugen, so dass diese eine ausreichend große Eigenstabilität aufweist.
Das Abtragen könnte
z. B. durch ein Ablösen
oder Abziehen erfolgen. Die durch die erfindungsgemäße Kontaktiereinheit
hergestellte Metallfolie lässt
sich dabei dünner
herstellen im Vergleich zu gewalzten und geklopften Metallfolien.
Derartige Metallfolien mit einer Dicke zwischen 2 und 10 μm können beispielsweise
als Batteriefolie verwendet werden. Hierbei ist die galvanische
Herstellung der Folie kostengünstiger
als dies unter Verwendung mechanischer Verarbeitungswerkzeuge im
Stand der Technik möglich
ist. Ein weiterer Vorteil ist der natürliche Aufbau der Metallfolie,
bei der – im
Gegensatz zu herkömmlichen
Metallfolien – das
Knick- und Biegeverhalten nicht von der Walzrichtung abhängig ist. Eine
erfindungsgemäße Metallfolie
ist auf einer Seite glatt und weist auf der anderen Seite eine Struktur auf,
wie sie beispielsweise bei Batteriefolie gewünscht ist. Insbesondere ist
auch nicht – wie
im Stand der Technik – ein
Zwischenglühen
notwendig. Dieser Schritt wird bei herkömmlichen Verfahren benötigt, um
das Gefüge
des Metalls walzbar zu machen, um dann eine weitere Dickenreduzierung
erzielen zu können.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Schicht
der Mantelfläche Chrom-Nitrid
und/oder Titan-Nitrid umfasst. Hierbei lässt sich ein optimaler Kompromiss
zwischen dem Anlagern der in dem Elektrolytbad gelösten Metallionen
an der Mantelfläche
und einem vollständigen
Abtragen von der Mantelfläche
erzielen, ohne dass eine spätere
mechanische Abreinigung zwingend notwendig wäre.
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Die
Kontaktiereinheit umfasst gemäß einer Ausgestaltung
einen walzen- oder zylinderförmigen Grundkörper, auf
den die zumindest eine Schicht, insbesondere durch Bedampfen aufgebracht
ist. Der Grundkörper
ist z. B. aus Titan oder aus VA-Stahl gebildet. Es ist ausreichend,
wenn lediglich eine Schicht auf dem Grundkörper aufgebracht ist. Denkbar
ist jedoch auch, eine Schichtfolge, umfassend eine Mehrzahl an Schichten,
auf den Grundkörper
aufzubringen. Dabei kann das Material der Mehrzahl an Schichten
wahlweise eines der oben genannten sein. Zweckmäßigerweise weist jede Schicht
der zumindest einen Schicht jeweils eine Schichtdicke von 1 bis 5 μm auf. Weiter
bevorzugt ist es, wenn jede Schicht der zumindest einen Schicht
jeweils eine Schichtdicke von etwa 3 μm aufweist.
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Zweckmäßigerweise
ist der Grundkörper hohl
ausgebildet. Dies ermöglicht
eine elektrische Kontaktierung der zumindest einen Schicht auf der Mantelfläche vom
Inneren des Grundkörpers
her. Hierdurch lässt
sich ein besonders einfacher mechanischer Aufbau der Galvanisiereinrichtung
sowie des Galvanisiersystems bewirken.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung weist die Kontaktiereinheit in axialer Richtung
ein oder mehrere Segmente auf, wobei jedes Segment in Umfangsrichtung
der Kontaktiereinheit eine durchgängige und unabhängig voneinander
bestrombare Oberfläche mit
der zumindest einen Schicht aufweist. Hierdurch lassen sich beispielsweise
unterschiedliche Schichtbreiten der Metallfolie herstellen. Insbesondere
können
hierdurch mehrere, entsprechend der Breite der jeweiligen Segmente
breite, Metallfolien gleichzeitig gefertigt werden. Die zwei benachbarten
Segmente sind durch einen Isolator (z. B. aus Kunststoff) elektrisch
voneinander getrennt. Dies bedeutet, dass eine elektrische Isolation
nicht nur im Bereich der Mantelfläche, d. h. der Schicht folgt,
sondern auch im Bereich des Grundkörpers, der aus einem leitenden Material
besteht. Somit soll eine komplette elektrische Entkopplung zwischen
jeweiligen Segmenten vorgesehen sein.
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Es
ist ferner zweckmäßig, wenn
jedem der Segmente jeweils zumindest eine Stromeinspeisung, insbesondere
aus Kupfer, zugeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, be stimmte Segmente stromlos
zu schalten, so dass im Bereich dieser Segmente keine Metallfolie
erstellt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung ist vorgesehen, dass die Stromeinspeisung in
dem Grundkörper über den
Innenumfang des Grundkörpers
verteilt ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich über den Umfang der Kontaktiereinheit
eine im Wesentlichen gleichförmige
Stromverteilung, so dass die mit der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit
hergestellte Metallfolie eine gleichförmig homogene Dicke aufweist.
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Die
Abtragvorrichtung erstreckt sich axial oder in einem spitzen Winkel
zu einer Drehachse der Kontaktiereinheit zu der Kontaktiereinheit,
wobei die Abtragvorrichtung eine Abtragkante umfasst, die an der
Kontaktiereinheit anliegt. Hierdurch kann ein zerstörungsfreies
Ablösen,
insbesondere Abschaben, der sich an der Kontaktiereinheit anlagernden
Metallpartikel erfolgen, wobei letztendlich eine Metallfolie abgetragen
wird. Die Abtragvorrichtung ist hierbei zumindest größtenteils
zumindest außerhalb
des Elektrolytbads angeordnet, wenn die Kontaktiereinheit in dem
Elektrolytbad angeordnet ist. Insbesondere die Abtragskante kann
in das Elektrolytbad eintauchen, um sicherzustellen, dass die Kontaktiereinheit
im Wesentlichen vollständig
in dem Elektrolytbad angeordnet ist.
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Um
ein zerstörungsfreies
und kontinuierliches Ablösen
der Folie von der Kontaktiereinheit zu ermöglichen, ist vorgesehen, die
Abtragskante tangential oder in einem Winkel von maximal ±20° gegenüber der
Tangentialen zu der Kontaktiereinheit anzuordnen. Die Anordnung
der Abtragsvorrichtung relativ zu der Kontaktiereinheit hängt im Wesentlichen
von der Ausgestaltung der Abtragskante ab. Ein wesentliches zu erzielendes
Kriterium bei der relativen Anordnung zueinander ist, dass durch
das Ablösen
eine Beschädigung
der Metallfolie vermieden ist, da diese auch im Weiteren nicht durch
einen Träger stabilisiert
wird.
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Es
hat sich bei Versuchen im Weiteren herausgestellt, dass es zweckmäßig ist,
den Durchmesser der Kontaktiereinheit gegenüber bislang verwendeten Kontaktierein heiten
zu vergrößern. Zweckmäßigerweise
ist der Durchmesser der Kontaktiereinheit größer als 100 mm, bevorzugt größer als
150 mm und am meisten bevorzugt größer als 300 mm. Hierdurch wird
einerseits die Herstellung einer ausreichenden Dicke der Metallfolie
begünstigt,
da die Verweilzeit in dem Elektrolytbad aufgrund des Durchmessers
gegenüber
herkömmlichen
Kontaktiereinheiten größer ist.
Andererseits hat sich herausgestellt, dass der vergrößerte Durchmesser
das Abtragen der Metallfolie positiv beeinflusst und es hierbei zu
keinen Beschädigungen
kommt.
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Eine
erfindungsgemäße Galvanisiervorrichtung
zur galvanischen Herstellung einer elektrisch leitenden Folie umfasst
ein Elektrolytbad, in dem zumindest eine Anodeneinrichtung und zumindest
eine Kontaktiereinheit angeordnet sind. Die zumindest eine Kontaktiereinheit
ist hierbei in der oben beschriebenen Art ausgebildet. Eine erfindungsgemäße Galvanisiervorrichtung
weist die gleichen Vorteile auf, wie sie vorstehend in Verbindung
mit der Kontaktiereinheit beschrieben wurden.
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Gemäß einer
Ausbildung ist die zumindest eine Kontaktiereinheit vollständig oder
nahezu vollständig
in dem Elektrolytbad drehbar gelagert, wobei die Drehgeschwindigkeit
der Kontaktiereinheit, insbesondere in Abhängigkeit des Durchmessers der Kontaktiereinheit,
zur Herstellung einer gewünschten Dicke
der Folie vorgebbar einstellbar ist. Bei gegebenem Durchmesser der
Kontaktiereinheit kann damit durch Variation der Drehgeschwindigkeit
die am Ende erhaltene Dicke der Metallfolie in gewünschter Weise
beeinflusst werden.
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Die
zumindest eine Kontaktiereinheit ist gemäß einer weiteren Ausbildung
ohne eine diese umgebende Abschirmung in dem Elektrolytbad gelagert. Dies
bedeutet, dass es erwünscht
ist, dass sich Metallionen über
den gesamten Umfang der Kontaktiereinheit an die Mantelfläche anlagern.
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Optional
kann ein mechanisch wirkendes Reinigungsmittel zur Abreinigung einer
jeweiligen Kontaktiereinheit vorgesehen sein, welches insbesondere
außerhalb
des Elektrolytbads gelagert ist. Hierbei kann das Reinigungsmittel
als, insbesondere drehbar gelagerte, Bürste ausgebildet sein, die
mit der zumindest einen Kontaktiereinheit in ständigem mechanischem Kontakt
steht. Das Reinigungsmittel ist vorzugsweise abgeschirmt angeordnet
und wird mit gering-konzentrierter Schwefelsäure gespült, welche dann abgeleitet
wird, um das Elektrolytbad nicht zu verunreinigen.
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Ein
erfindungsgemäßes Galvanisiersystem umfasst
zumindest eine Aufnahmevorrichtung, die die von der Kontaktiereinheit
abgetragene Metallfolie aufnimmt. Die Galvanisiervorrichtung ist
dabei in der oben beschriebenen Art ausgebildet.
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Ein
erfindungsgemäßes Galvanisiersystem kann
zumindest zwei Galvanisiervorrichtungen aufweisen, die in dem gleichen
Elektrolytbad betreibbar sind. Eine Mehrzahl an Galvanisiervorrichtungen
arbeitet hier parallel, d. h. es wird zumindest eine der Anzahl
der Galvanisiervorrichtungen entsprechende Anzahl an Metallfolien
erstellt.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung einer vollflächigen,
elektrisch leitenden Folie mit einer Dicke von 2 μm bis 1000 μm, bevorzugt
von 2 μm
bis 25 μm,
und weiter bevorzugt von 2 μm
bis 10 μm,
umfasst die folgenden Schritte: Eine walzen- oder zylinderförmige Kontaktiereinheit
wird in einer Galvanisiervorrichtung, die ein Elektrolytbad und eine
Anodeneinrichtung umfasst, gemäß einer
vorgegebenen Geschwindigkeitsfunktion in dem Elektrolytbad gedreht,
wobei die Kontaktiereinheit eine Mantelfläche mit zumindest einer Schicht
aus einem Material, umfassend ein insbesondere metallisches Nitrid, umfasst,
die in Umfangsrichtung durchgängig
bestromt wird, so dass sich an der zumindest einen Schicht der Kontaktiereinheit
in dem Elektrolytbad gelöste
Metallionen in Form von Metallpartikeln anlagern. Mittels einer
der Kontaktiereinheit zugeordneten Abtragvorrichtung werden die
an der Mantelfläche
angelagerten Metallpartikel von der Mantelfläche entlang einer Linie flächig zum
Erhalt der Folie abgetragen, welche Linie sich zwischen den Grundflächen der
Kontaktiereinheit erstreckt. Die Drehung der Kontaktiereinheit erfolgt
hierbei kontinuierlich. Zweckmäßigerweise
erfolgt die Drehung der Kontaktiereinheit mit gleicher, d. h. konstanter
Geschwindigkeit.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin eine Metallfolie, welche nach einem
erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt ist. Die Metallfolie zeichnet sich durch eine Dicke
von 2 μm
bis 1000 μm,
bevorzugt 2 μm
bis 25 μm
und am meisten bevorzugt 2 μm
bis 10 μm,
aus. Die Metallfolie ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass diese
als Endlosfolie vorliegt.
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Die
Metallfolie kann z. B. mit einer isolierenden Umhüllung versehen
werden zur Ausbildung eines Flachkabels. Die Umhüllung kann z. B. durch einen
Lack oder eine Kunststoffumhüllung
gebildet sein. Die Breite eines solchen Flachkabels hängt von der
Breite eines Segments der Kontaktiereinheit ab. Eine Kontaktiereinheit
zur Herstellung von Flachkabeln weist z. B. 10 bis 20 voneinander
isolierte Segmente auf. Die Dicke des Flachkabels kann dabei bis zu
1000 μm
betragen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend näher
anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Galvanisiervorrichtung,
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2 eine
teilweise vergrößerte Darstellung einer
in der Galvanisiervorrichtung verwendeten Kontaktiereinheit,
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3 eine
Draufsicht auf die Kontaktiereinheit und eine Abtragvorrichtung,
welche der Kontaktiereinheit zugeordnet ist, und
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4 eine
perspektivische Darstellung einer segmentierten Kontaktiereinheit.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Galvanisiervorrichtung.
In einer Wanne 3 zur Aufnahme eines Elektrolyten (sog.
Elektrolytbad 2) ist eine Kontaktiereinheit 1 drehbar
gelagert. Die Kontaktiereinheit 1 ist beispielsweise mit
ihrem einen Ende im Inneren der Wanne 3 drehbar gelagert
und mit ihrem anderen Ende durch eine Durchgangsöffnung der Wanne 3 nach
außen
geführt
(nicht darge stellt). Ein Antrieb, der die Kontaktiereinheit 1 in Drehung
versetzt, ist in 1 ebenfalls nicht dargestellt.
Die Kontaktiereinheit 1 weist eine im Querschnitt walzen- oder zylinderförmige Gestalt
auf.
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Die
Kontaktiereinheit 1 ist derart in dem Elektrolytbad 2 angeordnet,
dass diese vollständig
oder nahezu vollständig
von Elektrolytflüssigkeit
umgeben ist. Oberhalb der Kontaktiereinheit 1 und im Wesentlichen
außerhalb
des Elektrolytbads 2 ist eine Abtragvorrichtung 30 angeordnet,
welche mit einer Abtragskante 31 an der Kontaktiereinheit
anliegt. Wie aus der Draufsicht aus 3 besser
hervorgeht, erstreckt sich die Abtragvorrichtung 30 in
axialer Richtung der Kontaktiereinheit 1 über die
gesamte Ballenlänge.
In 3 sind ferner mit dem Bezugszeichen 12 eine Mantelfläche der
Kontaktiereinheit und mit dem Bezugszeichen 11 ein Durchmesser
der Kontaktiereinheit 1 dargestellt. Bezugszeichen 20 bezeichnet
die Drehachse der Kontaktiereinheit.
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Wie
aus der Querschnittsdarstellung der 1 besser
zu erkennen ist, erstreckt sich die Abtragvorrichtung 30,
d. h. genauer eine Fläche 32 der Abtragvorrichtung 30,
in etwa tangential zu der Kontaktiereinheit 1. In der von
der Kontaktiereinheit 1 entfernt angeordneten Richtung
ist eine Aufnahmevorrichtung 5 außerhalb der Wanne 3 der
Galvanisiervorrichtung angeordnet, welche von der Abtragvorrichtung 30 abgetragene
Metallfolie aufnimmt.
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In
der Wanne 3 sind beispielhaft drei Anodeneinrichtungen 4 angeordnet,
die bevorzugt aus einem nicht leitenden Material gebildet sind.
Jede der Anodeneinrichtungen 4 kann in Form von einem oder mehreren
Körben
ausgestaltet sein, welche gut von dem in der Wanne 3 befindlichen
Elektrolyten durchströmbar
sind. In jeder der Anodeneinrichtungen 4 befindet sich
jeweils Anodenmaterial, z. B. Kupfer in Form von Kugeln.
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Zur
Herstellung von Metallfolie ist es ausreichend, wenn die Galvanisiervorrichtung,
wie im Ausführungsbeispiel
der 1 gezeigt, über
eine einzige Kontaktiereinheit 1 verfügt. Die Kontaktiereinheit 1 umfasst
einen hohlen, walzen- oder zylinderförmigen Grundkörper 10,
auf welchen zumindest eine Schicht aus Chrom-Nitrid und/oder Titan-Nitrid
aufgebracht ist. Die Aufbringung der zumindest einen Schicht erfolgt
auf die Mantelfläche 12 des
Grundkörpers 10,
z. B. durch Bedampfen. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
das nachfolgend näher beschrieben
wird, ist es ausreichend, wenn die Mantelfläche 12 des Grundkörpers 10 mit
lediglich einer einzigen Schicht versehen ist. Prinzipiell kann
jedoch auch, wie dies beispielhaft in 2 dargestellt
ist, eine Schichtfolge aus mehreren Schichten 13, 15 auf die
Mantelfläche 12 aufgebracht
werden, wobei jede der Schichten 13, 15 eine Schichtdicke 14 bzw. 16 aufweist.
Die Schichtdicke einer jeweiligen Schicht beträgt zwischen 1 und 5 μm und ist
bevorzugt in etwa 3 μm.
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Wenn
im Rahmen der Beschreibung von der Mantelfläche 12 des Grundkörpers 10 die
Rede ist, so ist hierunter sowohl die physikalische Oberfläche des
Grundkörpers 10 als
auch die dem Elektrolyten ausgesetzte Oberfläche der äußersten der zumindest einen
Schicht zu verstehen. Dies resultiert daher, dass die Schichtdicken
der Schichten 13, 15 im Vergleich zum Durchmesser
des Grundkörpers 10 vernachlässigbar
sind. Der aus Titan oder VA-Stahl bestehende, hohle Grundkörper 10 weist
einen Durchmesser von mindestens 100 mm auf. Bevorzugt ist der Durchmesser
des Grundkörpers
bzw. der Kontaktiereinheit größer als
150 mm und am meisten bevorzugt größer als 300 mm.
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Die
hohle Ausbildung des Grundkörpers 10 ermöglicht eine
elektrische Kontaktierung der zumindest einen Schicht auf der Mantelfläche vom
Inneren des Grundkörpers
her. Hierdurch vereinfacht sich der konstruktive Aufbau der Galvanisiervorrichtung.
Die Stromeinspeisung in dem hohlen Grundkörper, welche insbesondere aus
Kupfer gebildet ist, ist bevorzugt über den Innenumfang des Grundkörpers verteilt,
um eine gleichmäßige Stromverteilung über der Mantelfläche der
Kontaktiereinheit 1 zu gewährleisten.
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In 1 ist
schräg
oberhalb der Kontaktiereinheit 1 ferner eine optionale,
prinzipiell zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht notwendige, Reinigungsbürste 40 außerhalb
des Elektrolytbads 2 angeordnet. Diese ist in einem Gehäuse 41 gehaltert,
wobei sich zwei Schenkel des Gehäuses 41 bis
an die Mantelfläche
der Kontaktiereinheit 1 erstrecken, so dass die Kontaktiereinheit 1 durch
das Gehäuse 41 von
dem Elektrolyten abgeschirmt ist.
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Im
Betrieb der Galvanisiervorrichtung wird die Kontaktiereinheit 1 durch
den bereits erwähnten, nicht
dargestellten Motor in eine Drehung versetzt, wobei die Drehgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
des Durchmessers 11 der Kontaktiereinheit 1 gewählt wird.
Die Drehrichtung der Kontaktiereinheit ist mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet.
Gleichzeitig wird die Kontaktiereinheit 1, d. h. insbesondere
die auf der Mantelfläche
aufgebrachten Schichten, kathodisch geschaltet. Aufgrund dessen
lagern sich die in dem Elektrolyten gelösten Metallionen an der Mantelfläche der
Kontaktiereinheit 1 ab. Je nach gewählter Drehgeschwindigkeit der
Kontaktiereinheit und Stromstärke
auf die Mantelfläche
kann sich an der Mantelfläche
der Kontaktiereinheit 1 bei einer Umdrehung eine Metallschicht
mit der gewünschten
Dicke von z. B. 5 μm
anlagern. Die Dicke der Metallschicht kann hierbei in Abhängigkeit
der Elektrolytkonzentration, der Drehgeschwindigkeit der Kontaktiereinheit 1 sowie
dem Durchmesser der Kontaktiereinheit 1 eingestellt werden.
Durch die an der Kontaktiereinheit 1 anliegende Abtragskante 31 der
Abtragvorrichtung 30 kann die Metallschicht zerstörungsfrei von
der Oberfläche
der Kontaktiereinheit 1 abgelöst werden. Diese wird über die
Fläche 32 nach
oben geschoben oder transportiert (ggf. unter Zuhilfenahme von Transportrollen
oder dergleichen) und auf der Aufnahmevorrichtung 5 ohne
Zwischenschaltung eines Zwischenträgers aufgewickelt.
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Die
Beschichtung der Kontaktiereinheit 1 ermöglicht es
hierbei, die sich an der Kontaktiereinheit 1 aufbauende
Metallfolie vollständig
von der Mantelfläche 12 abzulösen, so
dass eine Abreinigung der Kontaktiereinheit 1 prinzipiell
nicht notwendig ist. Ferner wird das zerstörungsfreie Ablösen durch
den Durchmesser der Kontaktiereinheit 1 begünstigt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung kann die Kontaktiereinheit 1 in
axialer Richtung mehrere Segmente 17, 18 aufweisen,
wie dies in 4 perspektivisch dargestellt
ist. Die Segmente 17, 18 weisen in Umfangsrichtung
der Kontaktiereinheit 1 jeweils eine durchgängige und
unabhängig
voneinander bestrombare Oberfläche
auf. Die Segmente 17, 18 sind durch einen Isolator 19 nicht
nur im Bereich der Mantelfläche,
sondern auch im Bereich des Grundkörpers der Kontaktiereinheit
elektrisch voneinander getrennt. Nicht dargestellt, jedoch aus der vorangegangenen
Erklärung
bereits ersichtlich ist, dass jedes der Segmente jeweils zumindest
eine Stromeinspeisung aufweist. Hierdurch wird es ermöglicht,
die Menge an zu produzierender Metallfolie zu bestimmen. Wahlweise
können
das Segment 17 oder das Segment 18 oder beide
Segmente 17 und 18 bestromt werden. Im ersten
Fall kann eine Metallfolie nur vom Segment 17 abgelöst werden,
im zweiten Fall nur vom Segment 18 und im letzten Fall
von beiden Segmenten, wobei die Breite der Metallfolie jeweils von
der Breite der Segmente 17 bzw. 18 abhängt.
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Bei
Inbetriebnahme der Galvanisiervorrichtung kann es erforderlich sein,
die Abtragvorrichtung 30 erst nach einer gewissen Betriebsdauer
bzw. einer Anzahl von Umdrehungen (zumindest eine) laufen zu lassen,
bevor über
die Abtragskante 31 Metallfolie von der Kontaktiereinheit 1 abgelöst wird.
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Die
Erfindung erlaubt eine besonders wirtschaftliche Herstellung von
Metallfolien mit einer Dicke von 2 μm bis 1000 μm, insbesondere von 2 μm bis 25 μm, und bevorzugt
von 2 μm
bis 10 μm.
In Abhängigkeit
verschiedener Prozessparameter sowie des Durchmessers der Kontaktiereinheit
können auch
wesentlich dickere Metallfolien hergestellt werden.
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- 1
- Kontaktiereinheit
- 2
- Elektrolytbad
- 3
- Wanne
- 4
- Anodeneinrichtung
- 5
- Aufnahmevorrichtung
- 10
- walzen-
oder zylinderförmiger
Grundkörper
- 11
- Durchmesser
der Kontaktiereinheit bzw. des Grundkörpers
- 12
- Mantelfläche
- 13
- erste
Schicht
- 14
- Schichtdicke
der ersten Schicht
- 15
- zweite
Schicht
- 16
- Schichtdicke
der zweiten Schicht
- 17
- Segment
der Kontaktiereinheit
- 18
- Segment
der Kontaktiereinheit
- 19
- Isolator
- 20
- Drehachse
der Kontaktiereinheit
- 21
- Drehrichtung
der Kontaktiereinheit
- 22
- Innenumfang
des hohlen Grundkörpers
- 23
- Schaft
- 30
- Abtragvorrichtung
- 31
- Abtragskante
- 32
- Ebene/Fläche
- 40
- Reinigungsmittel
bzw. Bürste
- 41
- Gehäuse
- 42
- Gehäuseöffnungen