DE19713647A1 - Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines ein- oder beidseitigen Metall- oder Legierungsüberzuges auf einem Metallband - Google Patents
Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines ein- oder beidseitigen Metall- oder Legierungsüberzuges auf einem MetallbandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines ein- oder
beidseitigen Metall- oder Legierungsüberzuges auf einem Metallband, insbesondere
auf einem Stahlband, mit zumindest einem an eine Stromquelle angeschlossenen
Anodengehäuse, von welchem Gehäuse mindestens eine Seite als im wesentlichen
vertikal angeordnete ebene Galvanisierplatte als Anode ausgeführt ist, an der das
über zumindest eine Stromrolle und allenfalls Führungsrollen geführte und als
Kathode geschaltete Metallband parallel und im wesentlichen vertikal vorbei bewegt
wird, wobei die Galvanisierplatte zumindest eine Austriftsöffnung für
Elektrolytflüssigkeit in den Spalt zwischen Galvanisierplatte und Metallband
aufweist.
Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise in der
DE-PS 32 09 451 beschrieben. Im Anodengehäuse ist ein sich in Bandlaufrichtung
erstreckender, d. h. im wesentlichen vertikaler Austriftschlitz für den Elektrolyt
vorgesehen. Durch diesen Schlitz kann über seine gesamte Höhe gleichzeitig viel
Elektrolytflüssigkeit austreten und den Spalt zwischen Band und Anode beim
seitlichen Abfließen vollständig ausfüllen. Die Galvanisierplatte kann dabei auch als
unlösliche Anode ausgeführt sein. Durch den hohen Austriftsdruck der
Elektrolytflüssigkeit wird jedoch das Band in seiner Längsmitte von der Anode
weggedrückt. An den Längsrändern,sorgt die Strömung des Elektrolyten jedoch für
eine Anziehung des Bandes - hydraulisches Paradoxon - in Richtung Anode, so daß
die Dicke der auf dem Band abgeschiedenen Beschichtung über die Bandbreite
sehr unterschiedlich wird. Eine wirtschaftliche Durchführung der Beschichtung ist
somit mittels der beschriebenen Vorrichtung nicht möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war eine Vorrichtung, mit der in wirtschaft
licher Weise und bei kontinuierlichem Betrieb eine gleichmäßigere Schichtdicken
verteilung der galvanisch abgeschiedenen Beschichtung über die Bandbreite als bei
herkömmlichen Konstruktionen erzielt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß vor der als im
wesentlichen vertikaler Austrittsschlitz ausgeführten Austriftsöffnung für Elektrolyt
ein Bereich mit unter Druck stehendem Elektrolyt vorgesehen ist, und daß ein
zweiter Bereich für drucklosen Elektrolyt vorgesehen ist, wobei zumindest eine Aus
trittsöffnung für Elektrolytflüssigkeit in den Spalt zwischen Band und Galvanisier
platte aus diesem zweiten Bereich vorgesehen ist. Durch die mittels der zusätzlichen
Austriftsöffnungen verbesserte Strömungscharakteristik der Elektrolytflüssigkeit
zwischen Band und Anode sind bereits ohne Streckrichter Schichtdickentoleranzen
im Bereich von 17% bei einem 1500 mm breiten Band erreicht worden, während in
herkömmlichen Zellen trotz Einsatz von Streckrichtern diese Toleranzen bei ± 10%
und höher liegen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Anodengehäuse vorgesehen
das in einen Druckkasten und einen gegen die Atmosphäre offenen, drucklosen
Kasten unterteilt ist, wobei der Druckkasten mit dem im wesentlichen vertikalen Aus
triftsschlitz für Elektrolytflüssigkeit versehen ist, und wobei der drucklose Kasten
ebenfalls mit zumindest einer Austriftsöffnung für Elektrolytflüssigkeit in den Spalt
zwischen Band und Galvanisierplatte versehen ist. Damit wird in baulich einfacher
und verläßlicher Weise eine verbesserte Strömungscharakteristik der Elektrolyt
flüssigkeit im Spalt zwischen Band und Anode erzielbar.
Zur einfachen Regelung der in den unter Druck stehenden und der in den druck
losen Abschnitt gelangenden Elektrolytmenge stehen der unter Druck stehende
Bereich und der drucklose Bereich vorzugsweise über ein einstellbares Regelorgan
in Verbindung.
Vorteilhafterweise verjüngt sich der im wesentlichen vertikale Austriftsschlitz nach
unten hin, wodurch der statische Druckunterschied im Elektrolyt über die Höhe der
Anode ausgeglichen wird.
Eine stabilere Ausführung der Anode und der Ränder des Austriftsschlitzes ist er
zielbar, wenn der im wesentlichen vertikale Austrittsschlitz durch zumindest einen
Quersteg in mehrere Abschnitte unterteilt ist. Weiters wird die Druckwirkung des
ausströmenden Elektrolyten in eine Druck- und eine Saugwirkung umgewandelt,
deren Kräfte sich gegenseitig aufheben.
Vorteilhafterweise sind die Abschnitte des Austrittsschlitzes gegeneinander versetzt
angeordnet, wodurch eine gleichmäßigere Bandführung und damit auch Ab
scheidung erzielt wird.
Eine optimale Unterstützung der Füllung des Spaltes zwischen Band und Anode ist
gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dann möglich, wenn unterhalb
und/oder oberhalb der Galvanisierplatte bzw. deren aktiven Bereiches zumindest je
ein vorzugsweise horizontaler Austrittsschlitz für Elektrolytflüssigkeit aus dem druck
losen Bereich vorgesehen ist. Diese zusätzlichen Austrittsschlitze bilden einen
Flüssigkeitsvorhang und vermeiden so das Ansaugen von Luft in den Spalt
zwischen Anode und Band.
Eine Stabilisierung der Strömung des Elektrolyten ist vorteilhafterweise erzielbar,
wenn seitlich neben dem im wesentlichen vertikalen Austriftsschlitz aus dem unter
Druck stehenden Bereich weitere Austriftsöffnungen aus dem drucklosen Bereich
vorgesehen sind.
Eine weitere Verbesserung der Strömungscharakteristik durch Unterbindung eines
Abfließens des Elektrolyten nach unten in Bandrichtung ist dadurch gegeben, daß
am unteren Ende der Galvanisierplatte bzw. deren aktiven Bereiches eine im
wesentlichen horizontale, gegen das Band vorspringende Leiste als Abschluß vor
gesehen ist, wodurch die Ausbildung einer im wesentlichen horizontalen Strömung
begünstigt wird.
Vorteilhafterweise aufgrund der geringen anfallenden Wartungsarbeiten ist gemäß
einem weiteren Erfindungsmerkmal die Galvanisierplatte bzw. deren aktiver Bereich
als unlösliche Anode ausgeführt, vorzugsweise aus Blei. Iner Bleilegierung,
platiniertem oder mit Iridiumoxid beschichtetem Titan. wobei dann die
Metallkonzentration des Elektrolyten durch regelmäßige Zusätze ergänzt werden
muß.
Eine sehr einfache, robuste und wirtschaftliche Bauweise ist gegeben, wenn die
nicht aktiven Bereiche der Galvanisierplatte und allenfalls auch das Anodengehäuse
aus Titan oder aus nichtleitendem, säurebeständigem Kunststoff bestehen.
Vorteilhafterweise ist die Galvanisierplatte bzw. deren aktiver Bereich in drei quer
zur Bandlaufrichtung nebeneinanderliegende Teile unterteilt, wobei der vertikale
Austriftsschlitz und die zusätzlichen Austriftsöffnungen aus dem drucklosen Bereich
im mittleren Teil vorgesehen sind.
Um die Abscheideleistung über die gesamte Anodenbreite trotz des vertikalen Aus
trittsschlitzes gleichmäßig zu halten, ist der mittlere Teil in Bandlaufrichtung gesehen
länger als die Seitenteile, wobei vorzugsweise die geometrischen Flächen aller
aktiven Teile gleich sind. Die durch den Austrittsschlitz und andere Austritts
öffnungen fehlende Fläche wird durch diese Verlängerung wieder ausgeglichen.
Um bei den erzielbaren geringen Abständen zwischen Anode und Band den Ab
stand genau einhalten zu können und ein Anschlagen den Bandes an der Anode
sicher zu verhindern, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung am oberen
und/oder am unteren Ende der Anode bzw. dem Anodengehäuse Abstand halte
rollen für das Band vorgesehen sind.
Zur genauen Ausrichtung und Justierung des Abstandes zwischen Band und Anode
auch während des Abscheidebetriebes und in Anpassung an die Bandgeometrie ist
vorgesehen, daß die Anode bzw. das Anodengehäuse verstellbar aufgehängt ist.
Die Verstellung kann dabei hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch erfolgen.
Die Erfindung, sowie weitere Vorteile und Merkmale davon, sollen in der nach
folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert
werden.
Dabei zeigt die Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Beschichtungsanlage für
die beidseitige Beschichtung eines Metallbandes und Fig. 2 ist eine Darstellung
einer Anlage für die einseitige Beschichtung. Fig. 3 ist eine Ansicht einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anodengehäuses von der Bandseite her,
Fig. 4 zeigt dieses Gehäuse im Querschnitt, Fig. 5 und Fig. 6 sind Ansichten ent
sprechend Fig. 3 gemäß zweier weiterer Ausführungsformen.
In der Vorrichtung der Fig. 1 wird das Band 1 beim Einlaufen in die Beschichtungs
zelle über eine mit einer Stromquelle verbundene Stromrolle 2 kathodisch polarisiert
und im wesentlichen in eine vertikale Richtung umgelenkt. Im vertikalen Abschnitt
läuft das Band 1 durch einen Spalt zwischen zwei mit einer Stromquelle verbundene
Anoden 3 hindurch und wird dabei auf beiden Bandseiten durch Abscheidung von
Material aus der Elektrolytflüssigkeit beschichtet. Diese Flüssigkeit tritt aus zumin
dest einem Austrittsschlitz - siehe Fig. 3 - in der Anode in Richtung Band 1 hin aus.
Unterhalb der Anoden 3 wird das Band 1 über eine Umlenkrolle 4 geführt und
dadurch im wesentlichen vertikal nach oben zurückgeführt. Dabei wird das Band 1
wieder zwischen zwei Anoden 3 hindurchgeführt und mit einer weiteren Schicht be
schichtet. Oberhalb der Anoden 3 liegt eine weitere kathodische Stromrolle 2, über
welche das Band 1 umgelenkt und aus der Zelle herausgeführt wird.
Lediglich eine Anode 3 in jedem vertikalen Bandabschnitt ist bei der Beschichtungs
vorrichtung gemäß Fig. 2 vorgesehen. Die Anoden 3 sind dabei jeweils auf der
Außenseite der Zelle angeordnet, so daß das Band 1 hier nur auf einer Seite mit
einer Beschichtung versehen wird. Auch hier ist in jeder Anode 3 zumindest ein
Austrittsschlitz vorgesehen, aus dem Elektrolytflüssigkeit in den Spalt zwischen
Band 1 und Anoden 3 austritt.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Galvanisierplatte als dem Band 1 zugewandte
Seite einer Anode 3. Die Galvanisierplatte besteht hier beispielsweise aus drei Ab
schnitten 3a, 3b und 3c. Der Elektrolyt wird bei 5 über einen Anschlußflansch 6 in
das Anodengehäuse 3 geführt. Er tritt anschließend durch den im wesentlichen
vertikalen Austrittsschlitz 7 im mittleren Anodenteil 3b und die beiden im wesent
lichen horizontalen Schlitze 8 oder 9 im oberen bzw. unteren Ende der Galvanisier
platte aus. Die Schlitze 8, 9 erstrecken sich im wesentlichen über die Breite des
mittleren Anodenabschnittes 3b. Dies ist vorgesehen, um ohne Elektrolyt
vergeudung Metallbänder unterschiedlicher Breiten beschichten zu können, wobei
die Länge der Schlitze 8, 9 der minimalen Bandbreite entspricht. Die aktive Höhe
der Anode 3 ist durch das Bezugszeichen H gekennzeichnet.
Ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Darin ist zu
erkennen, daß der Elektrolyt bei 5 über den Anschlußflansch 6 in einen ersten
Druckkasten 10 eines Anodengehäuses 3 eintritt. Die Zuflußmenge der
Elektrolytflüssigkeit wird in Relation zur Größe des Austriftsschlitzes 7 daran
eingestellt, daß der Elektrolyt im Druckkasten 10 unter einem vorbestimmten Druck
gehalten wird. Dieser Druck bestimmt die Austriftscharakteristik durch den
Austriftsschlitz 7 und den Abfluß im Spalt zwischen Band 1 und Anode 3 in Richtung
der Pfeile 13. Er wird vorzugsweise derart gewählt, daß der Elektrolyt im
wesentlichen horizontal in Richtung auf die Längsränder des Bandes 1 hin strömt.
Die Austriftsgeschwindigkeit des Elektrolyten aus dem Schlitz 7 wird vorzugsweise
auf 5 bis 15 m/s eingestellt, wobei dann zwischen Band 1 und Anode 3 eine
Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 und 5 m/s erzielt wird. Dabei unterstützt
vorteilhafterweise eine am unteren Ende der Anode 3 vorgesehene horizontale
Leiste (nicht dargestellt) die Ausbildung der horizontalen Elektrolytströmung im Spalt
zwischen Band 1 und Galvanisierplatte der Anode 3.
Aus dem Druckkasten 10 des Anodengehäuses 3 gelangt ein Teil des Elektrolyten
durch den Austrittsschlitz 7 in den Spalt zwischen Band 1 und Anode 3, während der
andere Teil über ein einstellbares Regelorgan 11 in einen zweiten, drucklosen
Kasten 12 gelangt, der gegenüber der Atmosphäre offen ist. Über die horizontale
Schlitze 8 und 9 tritt der Elektrolyt aus diesem drucklosen Kasten 12 in Richtung
Band 1 in den Spalt zwischen Band 1 und Anode 3 aus. Die horizontal liegenden
Schlitze 8, 9 sind aufgrund der eine Luftansaugung verhindernden Ausbildung eines
Flüssigkeitsvorhanges besonders vorteilhaft.
Anstelle der oder zusätzlich zu den Schlitze 8, 9 können prinzipiell beliebig geformte
Austriftsöffnungen vorgesehen sein, beispielsweise runde Löcher, aber auch
Rhomben, Trapeze, Rechtecke oder andere geometrische Formen und deren
Kombinationen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind zur Stabilisierung der Strömung des
Elektrolyten im Spalt zwischen Band 1 und Anodengehäuse 3 weitere Austrifts
öffnungen 14 vorgesehen. Sie führen Elektrolytflüssigkeit aus dem drucklosen
Kasten 12 zum Band und sind vorzugsweise im Bereich des mittleren Anodenteils
3b angebracht. Mit 15 sind Stützrollen an der Ober- bzw. Unterseite der Anode 3
bezeichnet, die zur besseren Stabilisierung des Bandlaufes im Anodenbereich und
der genau definierten Einstellung des Abstandes zwischen Band 1 und Anode 3
dienen.
Eine Ausführungsform mit einem durch Stege 16 in mehrere Abschnitte unterteilten
Austriftsschlitz 7′ im mittleren Anodenteil 3b ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Stege 16
sind vorzugsweise zwischen 20 und 200 mm lang und die freie Austriftslänge der
einzelnen Abschnitte des Austriftsschlitzes 7′ beträgt vorzugsweise zwischen 50 und
400 mm.
Die Austrittsschlitze 7, 7′, 8 und 9 bzw. alle weiteren Austriftsöffnungen 14 sind
selbstverständlich vorteilhafterweise nach den Anforderungen der Strömungslehre
geformt, d. h. die Kanten an der Austriftsseite sind gerundet und in Richtung Druck
kasten bzw. druckloser Bereich sind trompetenförmige Einlaufteile vorgesehen.
Auch die allenfalls vorgesehenen Stege 16 können anstelle mit geraden Kanten
vorteilhafterweise stromlinienförmig ausgebildet sein.
Als Anodenmaterial für die vorteilhafterweise vorgesehenen unlöslichen Anoden
kommen vorzugsweise Blei und Bleilegierungen, aber auch platiniertes Metall oder -
besonders vorteilhaft - mit Iridiumoxid beschichtetes Titan zur Anwendung. Die Be
schichtung ist vorteilhafterweise auch in den Austrittsöffnungen und auf den all
fälligen Stegen vorgesehen.
Claims (16)
1. Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines ein- oder beidseitigen Metall-
oder Legierungsüberzuges auf einem Metallband, insbesondere auf einem
Stahlband, mit zumindest einer an eine Stromquelle angeschlossenen, im
wesentlichen vertikal angeordneten ebenen Galvanisierplatte als Anode, an der das
über zumindest eine Stromrolle und allenfalls Führungsrollen geführte und als
Kathode geschaltete Metallband parallel und im wesentlichen vertikal vorbei bewegt
wird, wobei die Galvanisierplatte zumindest eine Zuführung und im aktiven Bereich
der Galvanisierplatte zumindest eine Austrittsöffnung für Elektrolytflüssigkeit in den
Spalt zwischen Galvanisierplatte und Metallband aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der als im wesentlichen vertikaler Austrittsschlitz (7, 7′) ausgeführten
Austriftsöffnung für Elektrolyt ein Bereich (10) mit unter Druck stehendem Elektrolyt
vorgesehen ist, und daß ein zweiter- Bereich (12) für drucklosen Elektrolyt
vorgesehen ist, wobei zumindest eine Austrittsöffnung (8, 9. 4) der
Elektrolytflüssigkeit in den Spalt zwischen Band (1) und Galvanisierplatte (3) aus
diesem zweiten Bereich (12) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anodengehäuse
(3) vorgesehen und in einen Druckkasten (10) und einen gegen die Atmosphäre
offenen, drucklosen Kasten (12) unterteilt ist, wobei der Druckkasten (10) mit dem
im wesentlichen vertikalen Austriftsschlitz (7, 7′) für Elektrolytflüssigkeit versehen ist,
und wobei der drucklose Kasten (12) ebenfalls mit zumindest einer Austriftsöffnung
(8, 9, 14) für Elektrolytflüssigkeit in den Spalt zwischen Band (1) und Galvanisier
platte (3) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unter
Druck stehende Bereich (10) und der drucklose Bereich (12) vorzugsweise über ein
einstellbares Regelorgan (11) in Verbindung stehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
sich der im wesentlichen vertikale Austrittsschlitz (7, 7′) nach unten hin verjüngt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
im wesentlichen vertikale Austriftsschlitz (7, 7′) in einem Winkel von 150,
vorzugsweise 100, zur Vertikalen geneigt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
im wesentlichen vertikale Austriftsschlitz (7′) durch zumindest einen Quersteg (16) in
mehrere Abschnitte unterteilt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte des
Austriftsschlitzes (7′) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß unterhalb und/oder oberhalb der Galvanisierplatte (3) bzw. deren
aktiven Bereiches (H) zumindest je ein vorzugsweise horizontaler Austriftschlitz (8,
9) für Elektrolytflüssigkeit aus dem drucklosen Bereich (12) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß seitlich neben dem im wesentlichen vertikalen Austrittsschlitz (7, 7′)
aus dem unter Druck stehenden Bereich (10) weitere Austriftsöffnungen (14) aus
dem drucklosen Bereich (12) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß am unteren Ende der Galvanisierplatte (3) bzw. deren aktiven
Bereiches (H) eine im wesentlichen horizontale, gegen das Band vorspringende
Leiste als Abschluß vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Galvanisierplatte (3) bzw. deren aktiver Bereich (H) als unlösliche
Anode ausgeführt ist, vorzugsweise aus Blei, einer Bleilegierung, platiniertem oder
mit Iridiumoxid beschichtetem Titan.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die nicht aktiven Bereiche der Galvanisierplatte (3) und allenfalls auch
das Anodengehäuse aus Titan oder aus nichtleitendem, säurebeständigem Kunst
stoff bestehen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Galvanisierplatte (3) bzw. deren aktiver Bereich (H) in drei quer
zur Bandlaufrichtung nebeneinanderliegende Teile (3a, 3b, 3c) unterteilt ist, wobei
der vertikale Austriftsschlitz (7, 7′) und die zusätzlichen Austriftsöffnungen (8, 9, 14)
im mittleren Teil (3b) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil
(3b) in Bandlaufrichtung gesehen länger als die Seitenteile (3a, 3c) ist, wobei vor
zugsweise die geometrischen Flächen aller aktiven Teile gleich groß sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß am oberen und/oder am unteren Ende der Anode bzw. dem Anoden
gehäuse (3) Abstandhalterollen (15) für das Band (1) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anode bzw. das Anodengehäuse (3) verstellbar montiert ist.
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