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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten eines Flachprodukts, das aus einem Verbundwerkstoff besteht, der zwei jeweils außen liegende, aus einem Stahlwerkstoff bestehende Deckschichten und mindestens eine zwischen den Deckschichten angeordnete und fest mit den Deckschichten verbundene Zwischenschicht aus einem elektrisch nicht leitenden Material aufweist.
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Vorrichtungen dieser Art werden üblicherweise im kontinuierlichen Durchlauf vom zu beschichtenden Flachprodukt durchlaufen und umfassen mindestens eine Zelle, die mit einem Elektrolyten gefüllt ist und in dem das Flachprodukt bei seinem Durchlauf mit mindestens einer Elektrode, die an den negativen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen ist, in elektrischem Kontakt gebracht wird, so dass das zu beschichtende Flachprodukt eine Kathode für den Elektrolyse-Prozess bildet. Zusätzlich ist in der Zelle mindestens eine als Anode wirkende, mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbundene Gegenelektrode so angeordnet, dass das zu beschichtende Flachprodukt bei seinem Weg durch den Elektrolyten in engem Abstand berührungslos an ihr vorbeigeführt wird.
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In der Praxis sind bei elektrolytisch arbeitenden Beschichtungsanlagen der hier in Rede stehenden Art in der Regel jeweils mindestens zwei mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbundene, als sogenannte ”Stromrollen” ausgebildete Gegenelektroden vorgesehen, die im Beschichtungsbetrieb in rollendem Kontakt mit einer Oberfläche des durch die Zelle geförderten Flachprodukts stehen. Auf der jeweils anderen Seite des Flachprodukts positionierte Andrückrollen drücken dabei das Flachprodukt gegen die Stromrollen, um einen konstanten elektrischen Kontakt von Flachprodukt und Koppelelektrode zu gewährleisten.
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Die in der Regel plattenförmig ausgebildeten, sich über die Breite des Flachprodukts erstreckenden und als Anoden wirkenden Gegenelektroden sind üblicherweise auf beiden Seiten des Flachprodukts in einem möglichst geringem Abstand zum Flachprodukt zwischen den Koppelelektroden bzw. den zugeordneten Andrückrollen angeordnet. Zum Einsatz kommen in der Praxis zum einen sich opfernde Anoden, die aus dem Beschichtungsmetall bestehen und sich proportional zum Beschichtungsstrom auflösen, um den Elektrolyten mit Metallionen zu versorgen. Zum anderen können auch unlösliche Anoden eingesetzt werden. In diesem Fall werden die sich als Schutzschicht auf dem Flachprodukt abscheidenden Metallionen dem Elektrolyten von außen zugeführt.
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Flachprodukte der in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verarbeitenden Art, d. h. aus einem zwei Stahl-Decklagen aufweisenden Verbundwerkstoff bestehende Bänder, Bleche oder daraus gewonnene Zuschnitte, werden insbesondere im Bereich des Karosserie- und allgemeinen Fahrzeugbaus, des Schiffsbaus, bei der Herstellung von Weißer Ware oder allgemein für Industrieanwendungen eingesetzt. Aufgrund ihres Sandwichaufbaus weisen sie neben einem geringen Gewicht hohe Festigkeiten und Steifigkeiten auf.
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Ein Beispiel für ein solches Flachprodukt und ein daraus hergestelltes Verbundbauteil ist in der
DE 10 2007 046 226 A1 beschrieben. Das bekannte Flachprodukt weist mindestens ein erstes und ein zweites aus Stahl bestehendes Metallblech und mindestens eine zwischen der ersten und der zweiten Blechlage angeordnete Schicht aus einem Polymer auf.
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Werden für die Erzeugung der Deckschichten Stähle verwendet, die zwar gute mechanische Eigenschaften, jedoch keine eigene Korrosionsbeständigkeit besitzen, so besteht die Anforderung, die Sandwich-Flachprodukte mit einer metallischen Schutzschicht zu belegen, damit sie auch unter den sich in der Praxis ergebenden Bedingungen einen dauerhaft ausreichenden Widerstand gegen korrosive Angriffe aufweisen.
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Um dieser Anforderung gerecht zu werden, ist es, wie ebenfalls in der
DE 10 2007 046 226 A1 im Einzelnen erläutert, nach heutigem Verfahrensstand in der Praxis erforderlich, die die Decklage bildenden, in der Regel als dünne kaltgewalzte Stahlbänder vorliegenden Stahlflachprodukte nach der Kaltbanderzeugung und vor dem Zusammenfügen zu dem Verbundwerkstoff mit der metallischen Schutzschicht zu belegen. In einem Folgeaggregat wird dann ein Haftvermittler auf das derart veredelte Stahlflachprodukt aufgebracht. Anschließend werden in einem weiteren Arbeitsschritt die beidseitig veredelten dünnen Stahlflachprodukte mit einer Kunststoffschicht zum Verbundblech zusammengeführt.
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Es ist versucht worden, den Aufwand, der mit der in einem separaten Arbeitsschritt erfolgenden Beschichtung des die Deckschichten bildenden Stahlflachprodukts verbunden ist, dadurch zu vermeiden, dass das Flachprodukt zunächst unter Verwendung unbeschichteter Stahlbänder erzeugt wird und anschließend eine Beschichtung der dann noch freiliegenden Oberflächen der Stahl-Deckschichten des Flachprodukts vorgenommen wird. Diese Vorgehensweise hat auch den Vorteil, dass die Beschichtung bedarfsweise einseitig bzw. mit einer Differentialbeschichtung vorgenommen werden kann.
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Das elektrolytische Beschichten erlaubt es, sehr dünne und dennoch hoch wirksame metallische Schutzschichten auf einem Stahlsubstrat abzuscheiden.
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Soll die Beschichtung des fertig zusammengefügten Flachprodukts auf elektrolytischem Wege erfolgen, so erweist sich dies bei einer Verarbeitung in Beschichtungsanlagen der eingangs erläuterten Art, bei denen die elektrische Anbindung über mit dem zu beschichtenden Flachprodukt in Kontakt kommenden Stromrollen erfolgt, jedoch immer dann als problematisch, wenn die bei dem Flachprodukt zwischen den Stahl-Decklagen vorhandene Zwischenlage nicht leitend ist, die Zwischenlage die Decklagen also gegeneinander isoliert.
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Um dieser Problematik aus dem Wege zu gehen, ist in der
EP 0 579 543 B1 (
DE 693 24 412 T2 ) vorgeschlagen worden, einem die Zwischenlage bildenden Kunststoffmaterial elektrisch leitende Metallpartikel beizumischen, deren Dicke größer ist als die eingestellte Dicke der Zwischenschicht des fertigen Verbundwerkstoffs. Auf diese Weise werden die Metallkörner beim Verpressen des Flachprodukts zusammengedrückt und dadurch ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Deckschichten hergestellt. Diese Vorgehensweise eignet sich für Verbundwerkstoffe, deren Kernschichtdicke um ein Vielfaches geringer ist als die Dicke der Deckschichten. Nimmt die Dicke der Kernschicht bei gleichzeitiger Abnahme der Dicke der Deckschichten zu, müssen auch die Metallkörner größer werden. Entspricht die Dicke der Kernschicht in etwa der Dicke der Deckschicht oder ist sogar größer als diese, dann werden beim Verpressen des Flachprodukts die Metallkörner in die Deckschichten gedrückt mit der Folge, dass sich an den Deckschichten unzulässige Unebenheiten zeigen.
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Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, auf kostengünstige und betriebssichere Weise ein aus einem Verbundwerkstoff mit zwei Stahl-Decklagen und einer oder mehreren dazwischen liegenden elektrisch isolierenden Schicht bestehendes Flachprodukt elektrolytisch mit einer metallischen Beschichtung zu versehen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst worden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten eines Flachprodukts, das aus einem Verbundwerkstoff besteht, der zwei jeweils außen liegende, aus einem Stahlwerkstoff bestehende Deckschichten und mindestens eine zwischen den Deckschichten angeordnete und fest mit den Deckschichten verbundene Zwischenschicht aus einem elektrisch nicht leitenden Material aufweist, umfasst
- – mindestens eine von dem Flachprodukt durchlaufene Zelle, die für den Beschichtungsbetrieb Elektrolyt enthält,
- – mindestens zwei Koppelelektroden zum elektrisch leitenden Ankoppeln der Deckschichten des Flachprodukts an einen ersten Pol mindestens einer elektrischen Energiequelle, wobei die eine Koppelelektrode der einen Deckschicht und die andere Koppelelektrode der anderen Deckschicht des Flachprodukts zugeordnet ist,
und
- – mindestens zwei mit dem Gegenpol der elektrischen Energiequelle verkoppelte Gegenelektroden, von denen jeweils eine einer der Deckschichten des Flachprodukts zugeordnet ist und die in den Zellen mit einem so großen Abstand zum Förderweg des Flachprodukts angeordnet sind, dass sich im Beschichtungsbetrieb das Flachprodukt bei seinem Weg durch das Elektrolyt berührungslos an den Gegenelektroden vorbeibewegt und in dem Elektrolyt enthaltenes Metall sich auf der freien Oberfläche der jeweils zugeordneten Deckschicht des Flachprodukts abscheidet.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist demgemäß so eingerichtet, dass ein Flachprodukt mit einer Metallschutzschicht elektrolytisch beschichtet werden kann, das aus einem Verbundwerkstoff besteht, der zwei jeweils außen liegende, aus einem Stahlwerkstoff bestehende Deckschichten und mindestens eine zwischen den Deckschichten angeordnete und fest mit den Deckschichten verbundene Zwischenschicht aus einem elektrisch nicht leitenden Material aufweist. Dazu wird in der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage wie beim Stand der Technik das Flachprodukt mit einer Koppelelektrode, die mit einem ersten Pol einer elektrischen Energiequelle elektrisch leitend verkoppelt ist, in elektrischen Kontakt mit dem zu beschichtenden Flachprodukt gebracht und das so insbesondere eine Kathode bildende Flachprodukt berührungslos an einer mit dem Gegenpol der elektrischen Energiequelle verbundenen Gegenelektrode vorbei durch ein Elektrolyt geleitet. Im Ergebnis scheidet sich so in dem Elektrolyt enthaltenes Metall auf der freien Oberfläche der Deckschichten ab. Erfindungsgemäß wird dabei jede Deckschicht über eine eigene Elektrode mit dem ersten Pol der elektrischen Energiequelle in elektrischen Kontakt gebracht und jeder Deckschicht eine eigene mit dem Gegenpol der elektrischen Energiequelle verbundene Elektrode zugeordnet.
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Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich somit ein optimales Beschichtungsergebnis trotz des Umstands gewährleisten, dass die Zwischenschicht die Deckschichten des zu beschichtenden Flachprodukts voneinander isoliert. Eine spezielle Konditionierung der Zwischenschicht, beispielsweise durch Beimischung von leitenden Partikeln nach dem Vorbild des Standes der Technik, ist demzufolge nicht mehr erforderlich.
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Indem jeder Deckschicht eine eigene Kopplungselektrode und eine eigene Gegenelektrode zugeordnet sind, lässt sich darüber hinaus die Abscheideleistung für jede Seite des zu beschichtenden Flachprodukts besonders genau einstellen, so dass optimal dünne und gleichzeitig hoch wirksame Schutzschichten auf dem Flachprodukt erhalten werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie sich mit konventioneller Anlagentechnik verwirklichen lässt. So lässt sich beispielsweise die Koppelelektrode wie in konventionellen elektrolytischen Beschichtungsanlagen als Stromrolle ausbilden, deren Drehachse quer zum Förderweg des Flachprodukts ausgerichtet ist und die im Beschichtungsbetrieb auf der ihr zugeordneten Oberfläche einer der Deckschichten abrollt.
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Genauso kann die Gegenelektrode nach dem Muster der in konventionellen Beschichtungsanlagen eingesetzten Anoden plattenförmig ausgebildet sein und sich über die Breite des Förderwegs des Flachprodukts erstrecken.
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Eine für die Stabilität des Beschichtungsprozesses besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die der einen Deckschicht des Flachprodukts zugeordnete Koppelelektrode jeweils versetzt gegenüber der Koppelelektrode angeordnet ist, die der anderen Deckschicht zugeordnet ist. Eine praxisgerechte Ausgestaltung ergibt sich dabei dann, wenn der Versatz der den Deckschichten zugeordneten Koppelelektroden jeweils mindestens dem Abstand entspricht, den eine der jeweiligen Deckschicht zugeordnete Gegenelektrode am Flachprodukt einnimmt.
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Die versetzte Anordnung der Kopplungselektroden verhindert nicht nur die Gefahr von Fehlern bei der Beschichtung in Folge von unkontrollierbarer Stromwanderung oder desgleichen, sondern erlaubt es auch problemlos, den Koppelelektroden jeweils eine Andrückrolle zuzuordnen, die auf der der jeweiligen Koppelelektrode gegenüberliegenden Seite des zu beschichtenden Flachprodukts angeordnet sind und dort das Flachprodukt gegen die jeweils zugeordnete Koppelelektrode drücken. Als Andrückrollen werden üblicherweise gummierte oder in anderer Weise beschichtete Rollen verwendet. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz von Metallrollen.
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Dabei ergibt sich eine besonders betriebssichere und zuverlässig gute Beschichtungsergebnisse liefernde erfindungsgemäße Vorrichtung dann, wenn jeder Koppelelektrode jeweils eine auf der ihr gegenüberliegenden Seite des Flachproduktes angeordnete Andrückrolle zugeordnet ist, deren Drehachse in derselben Normalebene zum Förderweg des Flachprodukts ausgerichtet ist wie die Drehachse der jeweiligen Koppelelektrode. Dadurch besteht ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt zwischen Koppelelektrode und Flachprodukt.
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Eine Steigerung der Abscheideleistung kann dadurch erzielt werden, dass der Stromeintrag erhöht wird. Dies lässt sich dadurch bewerkstelligen, dass die Kontaktfläche zwischen Koppelelektrode und zu beschichtendem Flachprodukt vergrößert wird. Um dies zu bewerkstelligen, können die Drehachsen der Koppelelektrode und der Andrückrolle derart aufeinander ausgerichtet sein, dass bei einer als Stromrolle ausgebildeten Koppelelektrode ein Umschließungswinkel eingestellt wird, das zu beschichtende Flachprodukt also auf einem vergrößerten Umfangsabschnitt der rollenförmigen Koppelelektrode aufliegt. Die Größe der Kontaktfläche ist dabei abhängig vom Umschließungswinkel. Je größer der Umschließungswinkel, desto größer die Kontaktfläche und der ermöglichte Stromeintrag.
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Um einen größeren Umschlingungswinkel zu erreichen, kann mindestens einer Koppelelektrode eine auf der ihr gegenüberliegenden Seite des Flachprodukts angeordnete Andrückrolle zugeordnet sein, deren Drehachse in Förderrichtung versetzt zur Drehachse der zugeordneten Koppelelektrode angeordnet ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es auch, ein im kontinuierlichen Durchlauf durch sie gefördertes Flachprodukt mit hohen Abscheideleistungen bei hohen Fördergeschwindigkeiten elektrolytisch zu beschichten. Zu diesem Zweck kann jeder Deckschicht des Flachprodukts mehr als eine Koppelelektrode und mehr als eine Gegenelektrode zugeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer elektrolytisch arbeitenden Beschichtungsvorrichtung eignet sich für solche Beschichtungsanlagen, die in Horizontalbauweise ausgeführt sind, bei denen also der Förderweg des Flachprodukts horizontal ausgerichtet ist.
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Ebenso lassen sich Beschichtungsanlagen, die in Vertikalbauweise ausgeführt sind, in erfindungsgemäßer Weise ausgestalten.
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In industriellen Anlagen zur elektrolytischen Beschichtung werden üblicherweise mehrere Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art in Förderrichtung des zu beschichtenden Flachprodukts hintereinander aufgestellt und von dem zu beschichtenden Flachprodukt durchlaufen. Jede einzelne erfindungsgemäße Vorrichtung stellt dann eine Beschichtungszelle einer solchen Beschichtungsanlage dar.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 den Aufbau einer als Horizontalzelle einer größeren Beschichtungsanlage ausgebildeten Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten eines Flachprodukts;
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2 eine erste Ausgestaltung des in 1 gezeigten Aufbaus;
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3 eine zweite Ausgestaltung des in 1 gezeigten Aufbaus;
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4 den Aufbau einer Vertikalzelle einer größeren Beschichtungsanlage ausgebildeten Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten eines Flachprodukts;
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5 eine erste Ausgestaltung des in 4 gezeigten Aufbaus;
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6 eine zweite Ausgestaltung des in 5 gezeigten Aufbaus;
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7 das zu beschichtende Flachprodukt in einem längsgeschnittenen Ausschnitt.
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Das zu beschichtende Flachprodukt 1 weist auf seiner einen Außenseite eine erste aus einem rostenden Stahl bestehende Deckschicht 2 und auf seiner gegenüberliegenden Außenseite eine zweite ebenfalls aus einem rostenden Stahl erzeugte Deckschicht 3 auf. Die Dicke Dd der Deckschichten 2, 3 beträgt typischerweise 0,05–2 mm, insbesondere 0,1–0,5 mm.
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Zwischen den Deckschichten 2, 3 ist beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine aus einem Polymer bestehende Zwischenschicht 4 angeordnet, die stoffschlüssig fest mit den Deckschichten 2, 3 verbunden ist. Selbstverständlich können auch andere geeignete nicht leitende Materialien die Zwischenschicht 4 bilden. Ebenso kann die Zwischenschicht 4 durch eine Kombination von derartigen Materialien gebildet sein oder es können zwei oder mehr Zwischenschichten vorhanden sein, von denen mindestens eine nicht leitend ist. So ist es beispielsweise denkbar, die Zwischenschicht 4 aus zwei äußeren Polymerschichten und einer in der Mitte zwischen diesen Polymerschichten angeordneten Faserschicht (Vlies) zu bilden.
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Die Dicke Dz der Zwischenschicht 4 beträgt typischerweise 0,2–3 mm, insbesondere 0,3–1 mm.
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Die Herstellung des Flachprodukts
1 kann in der in der
DE 10 2007 046 226 A1 beschriebenen Art und Weise erfolgen, deren Inhalt in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung zwecks Beschreibung des Herstellverfahrens einbezogen wird. Die Zwischenschicht
4 kann dabei aus einem Polymer ohne Gasblasen oder einem derart mit Gasblasen versehenen Polymer bestehen, wie es in der
DE 10 2007 046 226 A1 beschrieben ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum elektrolytischen Beschichten des Flachprodukts 1 umfasst drei mit einem Elektrolyt E gefüllte Zellen 11, 12, 12', die das durch eine nicht dargestellte Treibereinrichtung geförderte, als Bandmaterial vorliegende Flachprodukt 1 über einen horizontal ausgerichteten Förderweg 13 in Förderrichtung H im kontinuierlichen Durchlauf durchläuft.
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Die Zellen 11, 12, 12' weisen an ihrem Boden in an sich bekannter Weise jeweils einen Ablauf A auf. Der Ablauf A mündet in einem Sammelbecken S, in dem das aus den Zellen 11, 12, 12' ablaufende Elektrolyt E aufgefangen und erforderlichenfalls aufbereitet wird. Über ein Pumpen- und Leitungssystem P wird das aufbereitete Elektrolyt E aus dem Sammelbecken S in die Zellen 11, 12, 12' zurückgeführt. Dort werden die Oberflächen der Deckschichten 2, 3 des beschichtenden Flachprodukts 1 so mit dem Elektrolyt E des beaufschlagt, dass eine optimale Benetzung gewährleistet ist. Die Vorrichtung 10 entspricht in ihrem Aufbau insoweit einer konventionellen großtechnischen Anlage in Horizontalbauweise zum elektrolytischen Beschichten eines Stahlbands mit mindestens einer Zelle. Selbstverständlich können in Förderrichtung H folgend weitere nach Art der Zellen 11, 12, 12' gestaltete, hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Zellen vorhanden sein.
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Erfindungsgemäß sind in den Zellen 11, 12, 12' jeweils auf der der Oberseite 5 des Flachprodukts 1 zugeordneten Seite in Förderrichtung H aufeinander folgend
- – eine quer zur Förderrichtung H ausgerichtete, sich über die Breite des Flachprodukts 1 erstreckende Andrückrolle 14,
- – zwei als Anoden wirkende, plattenartig ausgebildete und in Förderichtung F benachbart zueinander positionierte Gegenelektroden 15, 16, die sich über die Breite des Flachprodukts 1 erstrecken und mit dem Positivpol einer Gleichstromquelle 17 verbunden sind,
und
- – eine mit dem Negativpol der Gleichstromquelle 17 verbundene, als Stromrolle ausgebildete Koppelelektrode 18, die achsparallel zur Andrückrolle 14 ausgerichtet ist und sich ebenfalls über die Breite des Flachprodukts 1 erstreckt,
angeordnet.
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Auf der der Unterseite 6 des Flachprodukts 1 zugeordneten Seite sind in den Zellen 11, 12, 12' jeweils in Förderrichtung H aufeinander folgend
- – eine quer zur Förderrichtung H ausgerichtete, sich über die Breite des Flachprodukts 1 erstreckende, wie die Koppelelektrode 18 ausgebildete und parallel zu dieser geschaltete Koppelelektrode 19, die unmittelbar gegenüberliegend zur Andrückrolle 14 ausgerichtet ist, so dass die Drehachsen der Koppelelektrode 19 und der Andrückrolle 14 gemeinsam in einer vertikal ausgerichteten Normalebene N zum horizontalen Förderweg 13 des Flachprodukts 1 liegen,
- – zwei als Anoden wirkende, plattenartig ausgebildete und in Förderichtung F benachbart zueinander positionierte Gegenelektroden 20, 21, die sich über die Breite des Flachprodukts 1 erstreckt und ebenfalls mit dem Positivpol der Gleichstromquelle 17 verbunden ist,
und
- – eine Andrückrolle 22, die unmittelbar gegenüberliegend und achsparallel zur Koppelelektrode 18 angeordnet ist,
vorhanden.
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Die Anströmung des Flachprodukts 1 mit dem aufbereiteten Elektrolyt erfolgt jeweils über eine Anströmdüse 23, 24, die hier beispielhaft zwischen den Gegenelektroden 15, 16 bzw. 20, 21 angeordnet ist. Die Anströmung erfolgt dabei stets so, dass eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten E zwischen der jeweiligen Gegenelektrode 15, 16 bzw. 20, 21 und dem Flachprodukt 1 gewährleistet ist.
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Auf diese Weise sind die oberhalb des Förderwegs 13 angeordneten Koppelelektroden 18 um den Abstand versetzt gegenüber den Koppelelektroden 19 angeordnet, den jeweils eine der Gegenelektroden 15, 16 bzw. 20, 21 einnimmt.
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Gleichzeitig ist jeder Koppelelektrode 18, 19 jeweils eine Andrückrolle 14, 22 zugeordnet, durch welche das zu beschichtende Band gegen die jeweils zugeordnete Koppelelektrode 18, 19 gedrückt wird.
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Im Ergebnis wird so erreicht, dass im Beschichtungsbetrieb sowohl die obere Deckschicht 2 als auch die untere Deckschicht 3 des Flachprodukts 1 in direktem elektrischen Kontakt mit der Gleichstromquelle 17 stehen. Die Deckschichten 2, 3 bilden so eine Kathode, die in engem Abstand entlang der der jeweiligen Seite 5, 6 des Flachprodukts 1 zugeordneten Gegenelektroden 15, 16, 20, 21 geleitet wird, so dass sich das im Elektrolyten enthaltene Metall wie bei konventionellen elektrolytisch arbeitenden Beschichtungsanlagen als metallische Schutzbeschichtung auf den Deckschichten 2, 3 abscheidet.
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In den 2 und 3 sind weitere Möglichkeiten der Anordnung der Koppelelektroden 18, 19 sowie der Andrückrollen 14, 22 vor und hinter den Gegenelektroden 15, 16, 20, 21 gezeigt. Derartige Anordnungen können in den Zellen 11, 12, 12' vorgesehen werden, um beispielsweise den Stromeinzug, d. h. den in elektrisch leitenden Deckschichten 2, 3 des Flachprodukts 1 eingetragenen Strom, zu vergrößern.
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Bei der in 2 dargestellten Variante sind auf der der Oberseite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 angeordneten Seite in Förderrichtung H vor den Gegenelektroden 15, 16 eine Koppelelektrode 18 und auf der der Unterseite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 angeordneten Seite gegenüberliegend zu der Koppelelektrode 18 eine Andrückrolle 22 angeordnet. Genauso sind in Förderrichtung H hinter den Gegenelektroden 15, 16 auf der der Oberseite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 angeordneten Seite aufeinanderfolgend eine Andrückrolle 14 und eine Koppelelektrode 18 und auf der der Unterseite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 angeordneten Seite jeweils gegenüberliegend zu der Andrückrolle 14 eine Koppelelektrode 19 sowie gegenüberliegend zu der Koppelelektrode 18 eine Andrückrolle 22 angeordnet. Des Weiteren sind in Förderrichtung H auf der Oberseite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 Gegenelektroden 15, 16 und eine Andrückrolle 14 sowie auf der Unterseite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 Gegenelektroden 20, 21 und gegenüberliegend zur Andrückrolle 14 eine rollenförmige Gegenelektrode 19 positioniert.
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Wie bei der in 3 dargestellten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, können eine Koppelelektrode 19 und die auf der gegenüberliegenden Seite des zu beschichtenden Flachprodukts 1 angeordnete Andrückrolle 14 in Förderrichtung H vor den Gegenelektroden 15, 16, 20, 21 so versetzt positioniert werden, dass ihre Drehachsen in horizontaler Richtung gesehen einen Abstand B und in vertikaler Richtung einen Abstand C haben. Bei einer solchen versetzten Anordnung wird das zu beschichtende Flachprodukt 1 an der Koppelelektrode 19 umgelenkt, so dass sich ein Umschließungswinkel und damit einhergehend eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen Koppelelektrode 19 und der unteren Deckschicht 3 des Flachprodukts 1 ergibt, die sich positiv auf den Stromeintrag auswirkt.
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In 4 sind beispielhaft drei identisch aufgebaute Zellen 25, 26, 27 einer in Vertikalbauweise ausgeführten elektrolytischen Beschichtungsanlage dargestellt. Das hier angewendete Prinzip der Beschichtung entspricht im Wesentlichen dem Prinzip, das der voranstehend erläuterten, in Horizontalbauweise ausgeführten Anlage zu Grunde liegt.
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Das zu beschichtende Flachprodukt 1 läuft von oben kommend in vertikaler Richtung in die erste Zelle 25 ein, die mit einem Elektrolyt E gefüllt ist. Das Flachprodukt 1 passiert dabei zunächst einen von zwei gegenüberliegend angeordneten, als Anoden wirkende, plattenartige Gegenelektroden 28, 29 seitlich begrenzten Spalt und werden dann an einer im Elektrolyt E angeordneten Umlenkrolle 30 um 180° umgelenkt, so dass seine Förderrichtung V nun vertikal nach oben gerichtet ist. Nach der Umlenkung passiert das Flachprodukt 1 zunächst einen von zwei weiteren gegenüberliegend angeordneten, als Anoden wirkende, plattenartige Gegenelektroden 31, 32 seitlich begrenzten Spalt, um dann aus dem Elektrolyt der ersten Zelle 25 auszutreten. Zweckmäßiger Weise erfolgt die Beaufschlagung mit dem Elektrolyt zwischen den Gegenelektroden 28, 29 und dem Flachprodukt 1 derart, dass eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten auf der Oberfläche des Flachprodukts gewährleistet ist.
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Das aus der Zelle 25 austretende Flachprodukt 1 wird nun an einer außerhalb der Zelle 25 in horizontaler Richtung gesehen zwischen der ersten Zelle 25 und der zweiten Zelle 26 und in vertikaler Richtung gesehen oberhalb der Zellen 25–27 angeordneten, als Stromrolle ausgebildeten und als Kathode wirkenden Koppelelektrode 33 um 180° umgelenkt, über die der Stromeintrag in die eine Deckschicht 2 des Flachprodukts 1 erfolgt. Der Koppelelektrode 33 zugeordnet ist eine von oben auf das Flachprodukt 1 wirkende obere zweite Koppelelektrode 34, über die der erforderliche Stromeintrag in die andere Deckschicht 3 des Flachprodukts 1 erfolgt.
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Der Durchmesser und die Anordnung der Koppelelektrode 33 sind so aufeinander abgestimmt, dass das an der Koppelelektrode 33 umgelenkte Fachprodukt 1 ohne weitere Umlenkung in die zweite Zelle 26 einlaufen kann, die ebenso mit Gegenelektroden 28, 29, 31, 32 und einer Umlenkrolle 30 ausgestattet ist, an dem das Flachband 1 bei seinem im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Weg durch die Zelle 26 umgelenkt wird.
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Das aus der Zelle 26 austretende Flachprodukt 1 wird auch hier an einer wie die Koppelelektrode 33 angeordneten und mit einer oberen Koppelelektrode 35 kombinierten rollenförmigen Koppelelektrode 36 um 180° umgelenkt, um anschließend in die identisch übereinstimmend mit den Zellen 25, 26 aufgebaute dritte Zelle 27 einzulaufen.
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Die Position der gesondert schaltbaren Koppelelektroden 34, 36 kann mittels nicht dargestellten Stellantriebs verändert werden. Um den Stromeinzug zu erhöhen können zusätzliche obere Koppelelektroden 34, 36 vorgesehen sein, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
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In 5 ist eine andere Möglichkeit dargestellt, bei einer mit Vertikalzellen 25–27 der voranstehend beschriebenen Art ausgestatteten Anlage zum elektrolytischen Beschichten den Stromeinzug zu erhöhen. Die Zellen 25–27 sind in der Regel modular aufgebaut, so dass beispielsweise durch Wegnahme einer Zelle ein Freiraum geschaffen werden kann, um größere rollenförmige Koppelelektroden oder mehrere Koppelelektroden zwischen den Zellen 25–27 anzuordnen.
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Bei der in 5 dargestellten Ausgestaltung einer elektrolytisch arbeitenden Beschichtungsanlage ist diese Möglichkeit dazu genutzt worden, das aus der Zelle 25 austretende Flachprodukt 1 zunächst an einer ersten Koppelelektrode 37 um mehr als 90° umzulenken, über die die eine Deckschicht 2 des Flachprodukts 1 an den Negativpol einer hier nicht dargestellten Gleichstromquelle angekoppelt wird. Unmittelbar anschließend wird das Flachprodukt 1 nochmals mit einem Umschlingungswinkel, der mehr als 90° beträgt, an einer in das Flachprodukt 1 eintauchenden zweiten ebenfalls rollenförmig ausgebildeten Koppelelektrode 38 umgelenkt, über die die andere Deckschicht 3 mit dem Negativpol der Gleichstromquelle verkoppelt wird, um dann an einer dritten, wie die erste Koppelelektrode 37 ausgebildeten und auf die erste Deckschicht 2 wirkenden Koppelelektrode 39 noch einmal um mehr als 90° so umgelenkt zu werden, dass das Flachprodukt 1 in vertikaler Förderrichtung V in die nächste Zelle 26 einläuft. Das Flachprodukt 1 hat auf diese Weise einen großflächigen Kontakt mit den Koppelelektroden 37–39, so dass eine hohe Abscheideleistung erzielt werden kann. Die in 5 dargestellte Koppelelektrode 38 kann dabei auch als mitlaufende oder angetriebene Rolle ausgebildet sein.
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6 zeigt eine Ausgestaltung der in 5 dargestellten Anordnung der Koppelelektroden 37–39, die einen weiter optimierten Kontakt zwischen dem Flachprodukt 1 und den Koppelelektroden 37–39 ermöglicht. Aufgrund der dort gegebenen Umschlingung kann die in das bandförmige Flachprodukt 1 eintauchende Kontaktelektrode 38 als mitlaufende oder angetriebene Stromrolle ausgeführt werden.
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Allgemein können die Andrückrollen auch im Sinne einer Gegenrolle ausgelegt werden, die als Quetschrolle wirkt. Ferner können zusätzliche, hier nicht dargestellte Quetschrollen vorgesehen sein, die auf eine oder beide Oberflächen des Flachprodukts wirken. Solche Quetschrollen werden insbesondere eingesetzt, um im Wesentlichen elektrolytfreie Oberflächen des Flachprodukts zu gewährleisten, wenn dieses in Kontakt mit der jeweiligen Koppelelektrode tritt. Auf diese Weise ist der elektrische Kontakt zwischen Koppelelektrode und zu beschichtendem Flachprodukt optimiert. Darüber hinaus lässt sich durch eine geeignete Anordnung von Quetschrollen verhindern, dass der Elektrolyt in den Zellen 25, 26, 27 zurückgehalten und minimierte Elektrolytmengen aus den Zellen 25, 26, 27 austretenden Flachprodukt mitgeschleppt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flachprodukt
- 2
- Deckschicht
- 3
- Deckschicht
- 4
- Zwischenschicht
- 5
- Oberseite des Flachprodukts 1
- 6
- Unterseite des Flachprodukts 1
- 10
- Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten des Flachprodukts 1
- 11, 12, 12'
- Zellen
- 13
- Förderweg
- 14
- Andrückrolle
- 15, 16
- Gegenelektroden
- 17
- Gleichstromquelle
- 18
- Koppelelektrode
- 19
- Koppelelektrode
- 20, 21
- Gegenelektroden
- 22
- Andrückrolle
- 23, 24
- Anströmdüsen
- 25, 26, 27
- Zellen
- 28, 29
- Gegenelektroden
- 30
- Umlenkrolle
- 31, 32
- Gegenelektroden
- 33–39
- Koppelelektroden
- A
- Ablauf
- B
- horizontaler Abstand
- C
- vertikaler Abstand
- Dd
- Dicke der Deckschichten 2, 3
- Dz
- Dicke der Zwischenschicht 4
- E
- Elektrolyt
- V
- vertikale Förderrichtung
- H
- horizontale Förderrichtung
- N
- Normalebene
- S
- Sammelbecken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007046226 A1 [0006, 0008, 0042, 0042]
- EP 0579543 B1 [0012]
- DE 69324412 T2 [0012]
