DE19716493A1 - Verfahren zum elektrolytischen Beschichten von metallischen oder nichtmetallischen Endlosprodukten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum elektrolytischen Beschichten von metallischen oder nichtmetallischen Endlosprodukten und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum elektrolyti
schen Beschichten von metallischen oder nichtmetallischen
Endlosprodukten mit Metallen oder Legierungen im Durchlauf
verfahren aus aprotischen wasser- und sauerstofffreien Elek
trolyten. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vor
richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Gemäß dem Stand der Technik wurden Endlosprodukte wie Draht,
Bänder, Langprofile oder Röhren bisher mittels wäßriger
Elektrolyseverfahren oder mittels Schmelzbadauftrag im Durch
lauf hergestellt.
Bei einem bekannten elektrolytischen Beschichtungsverfahren
wird beispielsweise Draht mit verschiedenen Überzügen wie
Zink, Nickel oder anderen Metallen beschichtet. Dabei durch
läuft der Draht offene Reinigungs- und elektrolytische Be
schichtungsbäder, die wäßrige Lösungen enthalten. In diesen
Bädern erfolgt eine Abscheidung des jeweiligen Metalls auf
dem Draht. Die Dicke der Beschichtungsauflage ist dabei ab
hängig von Durchlaufgeschwindigkeit und elektrischer Feld
stärke. Die Abscheidungsrate bei diesem Verfahren ist bezogen
auf die Zeit jedoch ziemlich gering, und die abgeschiedene
Schicht ist oft sehr porös und hart. Dies führt zu mangelnder
Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei dünnen Schichten.
Durch die fehlende Duktilität kann es bei anschließenden Ver
formungsvorgängen zu Rissen in der abgeschiedenen Schicht
kommen oder sogar zum Abplatzen der Beschichtung. Eine solche
Schicht verliert ihren Schutzcharakter gegen Korrosion voll
ständig und besitzt auch keine dekorative Oberfläche mehr.
Bei einer elektrolytischen Abscheidung eines Beschichtungsme
talls aus einer wäßrigen Lösung wird weiterhin niemals eine
vollständige kathodische bzw. anodische Ausbeute erreicht.
Bei den für die Durchlaufbeschichtung notwendigen hohen
Stromdichten entstehen im allgemeinen Nebenreaktionen, die zu
Zersetzungsprodukten im Elektrolyten führen und Gasentwick
lung hervorrufen. Dabei tritt insbesondere auch eine Wasser
stoffentwicklung am Produkt auf, die zu einer Versprödung des
Grundmaterials führen kann.
Ein weiterer Nachteil ist, daß bei den elektrolytischen wäß
rigen Abscheideverfahren und Schmelztauchverfahren große Men
gen toxischer Abluft und Abwässer anfallen, die über entspre
chend aufwendige Verfahren einer Reinigung unterzogen werden
müssen, wobei in jedem Fall toxische Sonderabfälle zurück
bleiben. So entstehen, beispielsweise aufgrund der Anwesen
heit von Fettresten auf den zu beschichtenden Metallen vor
der alkalischen Reinigung in den entsprechenden Lösungen,
auch Reste organischer Verbindungen, die aufgrund der hohen
Temperaturen im Zinkkessel, die bei etwa 450°C liegen, zu
äußerst giftigen organischen Verbindungen wie Dioxinen und
Furanen reagieren können. Es fallen weiterhin Metallschlämme,
Altsäuren und verbrauchte alkalische Reiniger an. Neben den
vorstehend erwähnten Abgasen fallen weiterhin auch Säuredämp
fe und alkalische Dämpfe an.
Weitere Verfahren zur Beschichtung von Endlosprodukten sind
bekannt. Diese basieren auf der Aufbringung von dekorativen
und korrosionsmindernden Schichten im geschmolzenen Zustand.
Hier ist die sogenannte Feuerverzinkung und auch die Feuera
luminierung bekannt. Im Falle der Feuerverzinkung wird ein
vorher gereinigtes und aktiviertes Endlosprodukt, beispiels
weise ein dünner Draht, im Durchlauf durch geschmolzenes
hochreines Zink geführt. Diese Reaktionen laufen bei Tempera
turen über 440°C ab, so daß in jedem Fall auch eine mechani
sche Beeinflussung des zu beschichtenden Materials erfolgt.
Bestimmte andere zu beschichtende Grundmaterialien können
aufgrund der hohen Temperaturen gar nicht beschichtet werden.
Weiterhin nachteilig ist die relative Ungleichmäßigkeit der
aufgebrachten Beschichtung und deren sehr stark schichtabhän
gige Korrosionsbeständigkeit. Infolge des Abstreifverfahrens
kann der Oberfläche vollständig der dekorative Charakter feh
len. Eine farbliche Gestaltung der Oberfläche ist nicht mög
lich.
Bei allen mit Zink verbundenen Beschichtungsverfahren zeigt
sich nach kurzer Zeit der Korrosion ein Aufblühen der Ober
fläche durch Entstehung von Zinkoxiden und Zinkcarbonaten und
damit von der Optik her ein sehr negatives Verändern der
Oberfläche. Eine Gleichmäßigkeit der Beschichtung bei diesen
thermischen Verfahren ist daher nicht gewährleistet.
Als weiteres Verfahren ist die sogenannte hochthermische Feu
eraluminierung bekannt. Bei diesem Verfahren wird in gleicher
Weise wie bei Beschichtung mit Zink ein Draht durch ein ge
schmolzenes Aluminiumbad gezogen und anschließend einem Ab
streifvorgang unterzogen. Man erhält so jedoch Schichten, die
ähnliche Nachteile aufweisen, wie bei der zuvor beschriebenen
Feuerverzinkung. Die mittels der Feueraluminierung aufge
brachten Schichten haben sich aufgrund ihrer unzureichenden
Reinheit, der hohen Porösität und unvermeidlichen Oxidein
schlüsse und damit geringer Korrosionsbeständigkeit nicht be
währt. Weitere Nachteile sind, daß die Beschichtung nicht de
korativ aussieht und eine bei den für die Feueraluminierung
notwendigen Temperaturen teilweise starke mechanische Beein
flussung des zu beschichtenden Materials erfolgt.
Gemäß dem Stand der Technik kann die Feuerverzinkung auch mit
der Feueraluminierung kombiniert werden. Dies führt zu einer
etwas verbesserten Korrosionsschicht durch die aktive katho
dische Schutzwirkung des Aluminiums. Nachteilig wirkt sich
jedoch der fehlende dekorative Charakter aus. Hinzu kommen
weitere Nachteile, die allein aufgrund der Beschichtung bei
hohen Temperaturen auftreten.
Als weiterer Stand der Technik sind galvanische Abscheidever
fahren von Aluminium bekannt, die in aprotischen wasser- und
sauerstofffreien Elektrolyten erfolgen. Dabei erfolgt die Ab
scheidung des Aluminiums aus Bädern, die Aluminiumalkylkom
plexe aus Alkalimetallhalogeniden und Aluminiumalkylen ent
halten. Als Lösungsmittel werden im allgemeinen aromatische
oder aliphatische Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Derartige
Elektrolytlösungen werden beispielsweise in der
EP 0 402 761 A und der EP 0 084 816 A beschrieben.
Derartige Elektrolytlösungen werden jedoch bisher ausschließ
lich zur Beschichtung von Gestellwaren verwendet. Hierbei
werden einzelne Teile in entsprechenden Gestellen angeordnet
und diese Gestelle in die jeweiligen Elektrolytbäder einge
taucht. Eine Aluminierung von Endlosprodukten mit aprotischen
wasser- und sauerstofffreien Elektrolyten ist bisher aus dem
stand der Technik nicht bekannt. Endlosprodukte wie Drähte,
Bänder, Langprofile und Röhren werden bisher entweder mittels
der elektrolytischen Verzinkung in wäßrigen Systemen oder
der Feueraluminierung oder Feuerverzinkung korrosionsinhibie
rend beschichtet.
Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Verfügung zu stellen, das die oben erwähnten Nachteile
der bisher bekannten Beschichtungsverfahren für Endlosproduk
te vermeidet, kostengünstig ist und zu einer besseren Be
schichtung führt. Das Verfahren soll weiterhin ohne Verände
rung des Grundwerkstoffes durchgeführt werden können, insbe
sondere bei niedrigen Temperaturen.
Diese technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum
elektrolytischen Beschichten von metallischen oder nichtme
tallischen Endlosprodukten mit Metallen oder Legierungen im
Durchlaufverfahren aus aprotischen wasser- und sauerstoff
freien Elektrolyten, wobei das Endlosprodukt über ein Schleu
sensystem in eine unter Inertgasatmosphäre befindliche gekap
selte Beschichtungsanlage geführt wird und dort die nachfol
genden Schritte bei Temperaturen ≦ 120°C durchgeführt werden.
- - Aktivierung des zu beschichtenden Endlosproduktes
- - Spülen des zu beschichtenden Endlosproduktes
- - Kontaktierung des zu beschichtenden Endlosproduktes
- - elektrolytische Beschichtung des zu beschichtenden End losproduktes mit Metall oder einer Metallegierung
- - Trocknung des beschichteten Endlosproduktes
- - Austritt des beschichteten Endlosproduktes über ein Schleusensystem aus der Anlage.
Unter Endlosprodukt im Sinne der Erfindung werden metallische
oder nichtmetallische Werkstoffe verstanden, die in aufge
rollter oder zusammengelegter Form hergestellt werden und bei
der Beschichtung in einem kontinuierlichen Prozeß endlos
durch die Anlage bewegt werden. Hierzu gehören beispielsweise
Drähte jeglicher Dicken, Bänder und Langprofile, Röhren und
ähnliche Produkte.
Als Elektrolyt im Sinne der Erfindung werden nichtwäßrige
Systeme bezeichnet, die eine gesteuerte reine Abscheidung des
Metalls oder der Metallegierung, insbesondere von Aluminium
und Aluminiumlegierungen über das Elektrolyseverfahren ohne
Zwischen- oder Trägerschicht, erlauben.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Endlosproduk
te Draht, Bänder, Langprofile oder Röhren aus metallischen
oder nichtmetallischen Werkstoffen eingesetzt. Es ist bevor
zugt, daß diese Werkstoffe mit Aluminium oder Aluminiumlegie
rungen beschichtet werden.
Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Ver
fahrens.
Fig. 2 zeigt eine Abbildung des Schleusensystems, Fig. 3
zeigt eine Beschichtungszelle.
Fig. 4 zeigt die Kontaktierungszelle.
Fig. 5 zeigt ein Schaubild des Gesamtverfahrens.
Fig. 1 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte des erfin
dungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird das Endlosprodukt bei
spielsweise von einer Haspel abgewickelt und zunächst über
eine Schleuse in die Beschichtungsvorrichtung eingeschleust.
Bereits beim Einleiten in das Schleusensystem kann ein Reini
gungsprozeß durchgeführt werden, indem das Endlosprodukt über
eine Gasabstreif- oder Sprühdüse geführt wird (s. auch Fig.
2, Ziffer 11). Als zweiter Verfahrensschritt erfolgt dann ei
ne Aktivierung des zu beschichtenden Werkstoffes. Mit der
Ziffer 3 ist eine Spüleinheit bezeichnet, in der der Werk
stoff nach der Aktivierung gespült wird. Ziffer 4 beschreibt
eine Umlenkeinheit mit einer oder mehrerer Rollen. Diese wird
verwendet, um die Gesamtgröße der Anlage zu verkleinern und
ist insbesondere bei Endlosprodukten von geringem Durchmesser
sinnvoll. Die nachfolgenden Ziffern 5 beschreiben einzelne
Kontaktierungszellen, die Ziffern 6 die Beschichtungszellen
und die Ziffern 7 die Nachbehandlung. Das beschichtete Pro
dukt wird dann am Ende des Prozesses auf eine entsprechende
Haspel aufgerollt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann nach der elektroly
tischen Beschichtung in der Anlage eine chemische oder elek
trochemische Nachbehandlung durchgeführt werden. Diese kann
auch verbunden sein mit einer gleichzeitigen oder nachfolgen
den farblichen Gestaltung innerhalb der Oberflächenstruktur.
Bei der Nachbehandlung erfolgt eine mechanische Oberflächen
verdichtung, die zu einer sehr glänzenden Oberfläche führt,
wobei diese bei der Nachbehandlung nicht beeinflußt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die gesamte
Anlage über Regenerierungskreisläufe geschlossen gestaltet,
und alle verwendeten Flüssigkeiten werden im Umlaufverfahren
aufbereitet, gereinigt und rückgeführt. Dies erfolgt insbe
sondere für die Spüllösungen, die Elektrolytlösungen und die
Aktivierungslösung, die je nach Bedarf filtriert und/oder de
stilliert werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das End
losprodukt durch das Schleusensystem und das Spülsystem aus
jeweils mindestens drei Kammern geführt, wobei die mittlere
Kammer B mit einer Sperrflüssigkeit gefüllt ist und die äuße
re Kammer A Luft enthält und die innere Kammer C ein Inertgas
enthält (s. auch Fig. 2). In einer weiteren bevorzugten Aus
führungsform werden die Endlosprodukte über nicht gas- und
flüssigkeitsdichte Führungen in die Kammern geführt, so daß
die in den Kammern befindliche Flüssigkeit teilweise in die
Nachbarkammern läuft.
Durch diese Maßnahmen wird beispielsweise bei der Schleusen
kammer erreicht, daß keine Feuchtigkeit oder Sauerstoff bei
der Einführung des Endlosproduktes in die Anlage gelangt. Die
in der mittleren Kammer B befindliche Sperrflüssigkeit stellt
eine Sperre für die in der äußeren Kammer A enthaltene Luft
dar. Aufgrund der Auslegung der Führungen zwischen den Kam
mern in nicht flüssigkeitsdichter Form läuft ein Teil der
Sperrflüssigkeit aus der mittleren Kammer B in die Kammern A
und C. Es kommt somit an diesen Stellen zu einer Spülung des
eingeführten Endlosproduktes. Die in den Kammern A und C ge
sammelte Flüssigkeit gelangt über ein Ablaufsystem in einen
Vorratstank und wird über eine entsprechenden Pumpe und Fil
triereinrichtung in die mittlere Kammer B zurückgeführt.
In ähnlicher Weise sind auch die in der Fig. 5 bezeichneten
Spülkammern konstruiert, so daß auch hier aus den davor be
findlichen Bädern keinerlei Flüssigkeit oder Gas in die nach
folgenden Kammern gelangen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die aus
den Kammern durch den Überlauf oder die Führungen ablaufende
Flüssigkeit über ein Umlaufsystem gereinigt und in die jewei
lige Kammer zurückgeführt. Als Führungen zwischen den Kammern
werden bevorzugt Buchsen oder Rollen verwendet. Die Kontak
tierung erfolgt bevorzugt in einer mit flüssigen Elektrolyten
gefüllten Kammer, die keine Anode enthält, wobei das End
losprodukt über einen kathodisch geschalteten Metallkontakt
geführt wird. Der Flüssigkeitspegel dieser Kontaktierungszel
le liegt bevorzugt niedriger, als der der benachbarten Be
schichtungszelle, so daß Elektrolytlösung durch die Führungen
aus der Beschichtungskammer in die Kontaktierungskammer ge
langen kann und so die Reinheit der Elektrolytlösung durch
aus der Kontaktierungskammer eingeschleppte Verunreinigungen
nicht verringert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die
elektrolytische Beschichtung in einer Beschichtungskammer,
die mit Elektrolytlösung gefüllt ist, wobei das Endlosprodukt
durch eine Buchse geführt wird, die isoliert ist.
Durch diese Maßnahmen in der Beschichtungszelle wird er
reicht, daß die Stromzuführung für das Endlosprodukt in Kam
mern erfolgt, in denen keine Anode vorhanden ist, so daß es
in diesen Kontaktierungszellen nicht zum Anwachsen von abge
schiedenem Metall, beispielsweise auf den Spannung führenden
Kathodenführungen kommt. In den Beschichtungskammern selbst
ist keine Stromführung vorhanden, so daß hier die Metallab
scheidung nur auf dem Endlosprodukt selbst erfolgt. Die An
ordnung der Kontaktierungs- und Beschichtungszellen kann in
beliebiger Häufigkeit erfolgen, je nach Länge und Größe der
Anlage.
Das Einleiten des Drahtes in die erfindungsgemäße Vorrichtung
erfolgt über besonders zweckmäßig gestaltete Vakuum- oder
Flüssigkeitsschleusensysteme, wobei letztere ähnlich gestal
tet sind, wie die Kontaktierungszellen zwischen den Beschich
tungszellen. Dies ist sowohl für Ein- als auch für Mehrdraht
systeme möglich. Das dichtende Medium kann gleichzeitig der
Reinigung der Drahtoberfläche dienen. Zwischen den Schleusen
systemen laufen die Prozesse stets vollkommen unter inerter
Atmosphäre ab. In den Spüleinheiten, Kontaktierungs- und Be
schichtungszellen sind die Drahtführungen zielgerichtet so
gestaltet, daß der Draht in gleichmäßigem Abstand zu den als
Beschichtungsmaterial dienenden Anoden durch die Beschich
tungszelle bewegt wird, ohne elektrischen Kontakt zu benach
barten Drähten oder zur Anode zu bekommen.
Zwischen den Beschichtungszellen befindet sich ein Überflu
tungssystem, in dem in Kontaktierungszellen die elektrische
Kontaktierung des Drahtes erfolgt, um über die gesamte Anla
genlänge gleichmäßige stabile Bedingungen zu schaffen.
Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß sich auch
in diesem Bereich der Draht innerhalb der Elektrolytflüssig
keit befinden muß, aber die Kontaktierung außerhalb der di
rekten Beschichtungsbereiche liegt. Der Abschluß von der Um
gebung erfolgt neben der inerten Atmosphäre über Überflu
tungssysteme, ähnlich der erwähnten Schleusensysteme. Die
Kontaktierung kann erfindungsgemäß über federnd gelagerte
Kontaktelemente schleifend oder rollend erfolgen, wobei eine
flexible Durchmesseranpassung möglich ist. Durch die gemäß
der Erfindung gestaltete in Bezug auf das Beschichtungsfeld
ausgelagerte Kontaktierung, kommt es nicht zu einem Aufwach
sen der Kontaktrollen oder Kontaktelemente.
Erfindungsgemäß kann insbesondere bei dünnen Abmessungen der
Draht über speziell ausgelegte Umlenksysteme mehrmals durch
Beschichtungseinheiten geführt werden, so daß eine auf gerin
ge Länge begrenzte hocheffektive Anlage möglich ist. In be
sonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Anlagentechnik und des
Verfahrens ist vorgesehen durch Speicherbehälter bei einem
Stillstand der Anlage, das Endlosprodukt in seiner ursprüng
lichen Position zu belassen, um im Gegensatz zu klassischen
Verfahren keine Anlaufverluste zu bekommen.
Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß mechanische oder
physikalisch-chemische Abstreifvorgänge nicht die Gleichmä
ßigkeit oder Homogenität der aufgebrachten Oberflächenschicht
beeinflussen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es mög
lich, die Aluminiumelektroden in den Beschichtungszellen pro
blemlos auszutauschen und den Betrieb sofort wieder aufzuneh
men.
Die Nebenaggregate, wie Filter und Speichersysteme für
Schleusenflüssigkeit, Reinigungsmedien und Elektrolyte, sind
entsprechend der Erfindung so gestaltet, daß ein geschlosse
ner umweltunabhängiger Betrieb möglich ist. Abfallprodukte
werden in konzentrierter Form recyclingfähig ausgeschieden.
Das geschilderte Verfahren bietet über die erfindungsgemäß
beschriebenen Komponenten die Möglichkeit einer chemischen
Passivierung der Beschichtung, die eine wesentliche Erhöhung
der Korrosionsbeständigkeit darstellt. Eine gemäß der Erfin
dung mögliche farbliche Nuancierung der Beschichtung selbst,
nicht als Auftrag, erhöht die mechanische Beständigkeit die
ser Farbgebung im Vergleich zu Lacken erheblich. Die dem Ver
fahren erfindungsgemäß zugrundeliegende Auswahl der Beschich
tungsmaterialien und Elektrolyten erhöht gegenüber den darge
stellten klassischen Verfahren die Korrosionsbeständigkeit
sowohl im sauren als auch im alkalischen Bereich erheblich.
Durch eine entsprechend der Erfindung erfolgte Ausgestaltung
der Austrittsbereiche des Drahtes aus dem Beschichtungs- und
Spültrakt wird es möglich, den Draht in trockner bzw. sogar
in oberflächenverdickter Form in den gewünschten Farben und
entsprechenden Beschichtungsauflagen zu erhalten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung
zum elektrolytischen Beschichten von metallischen oder nicht
metallischen Endlosprodukten mit Metallen oder Metallegie
rungen im Durchlaufverfahren aus aprotischen wasser- und sau
erstofffreien Elektrolyten bestehend aus mindestens einem
Schleusensystem 1, mindestens einer Kontaktierungszelle 5,
mindestens einer Beschichtungszelle 6, wobei diese Baugruppen
in beliebiger Anzahl hintereinander geschaltet sind und die
gesamte Vorrichtung luftdicht verkapselt ist. Eine solche
Vorrichtung dient beispielsweise auch zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Schleusensystems 1. Es besteht
bevorzugt aus mindestens drei Kammern A, B und C, 17, 18, 19,
wobei die mittlere Kammer B einen Flüssigkeitsüberlauf 16 be
sitzt und die Kammern A und C als Überlaufkammern ausgebildet
sind. Besonders bevorzugt besitzen die Kammern A, B und C ei
nen Ablauf 20, 22 und 23, wobei die mittlere Kammer zusätz
lich einen Zulauf 21 besitzt, durch die die in den Kammern A
und C gesammelte Sperrflüssigkeit in die mittlere Kammer B
zurückgeführt werden kann. Die Ziffer 14 bezeichnet einen
Vorratstank, die Ziffer 15 eine entsprechende Pumpe. Mit der
Ziffer 9 ist die Drahtführung bezeichnet, Ziffer 17 bezeich
net die Kammer A, Ziffer 18 die Kammer B und Ziffer 19 die
Kammer C. Mit der Ziffer 12 ist das Endlosprodukt bezeichnet,
das durch die Kammer geführt wird und Ziffer 11 ist eine be
vorzugt eingesetzte Gasabstreif- oder Sprühdüse zur zusätzli
chen Reinigung der Oberfläche des durch die Anlage
geführten Endlosproduktes 12. Mit den Ziffern 24 und 25 sind
die inneren Kammerwände bezeichnet, die Ziffer 13 bezeichnet
eine Wechselplatte für Buchsen. Hierdurch ist es möglich,
Endlosprodukte verschiedenen Durchmessers einzusetzen, wobei
dann jeweils auch die entsprechende Buchse eingesetzt werden
muß. Ziffer 10 bezeichnet den Flüssigkeitsspiegel.
Fig. 3 zeigt eine Beschichtungszelle. Die Fig. 3a, 3b und
3d zeigen verschiedene Ansichten des in der Zelle befindli
chen Trägers 28 für das Endlosprodukt 12. Fig. 3a zeigt eine
Vorderansicht, Fig. 3b eine Seitenansicht und Fig. 3d eine
Aufsicht. Die Fig. 3c ist eine perspektivische Ansicht der
gesamten Beschichtungszelle 6. In den Fig. 3a, 3b und 3d
ist mit der Ziffer 28 der Träger aus Isoliermaterial bezeich
net. Ziffer 27 zeigt die in zwei Teile geteilte Keramikbuch
se. Diese ist entgegen der Laufrichtung des eingeführten End
losproduktes aus dem isoliermaterial entfernbar angeordnet
und kann beispielsweise gegen Buchsen mit einem veränderten
Durchmesser ausgetauscht werden.
Fig. 3c zeigt die gesamte Beschichtungszelle 6 mit den An
odenplatten 26 und dem in der Mitte angeordneten Träger 28
und der Buchse 27.
Die Beschichtungszelle 6 besitzt bevorzugt Führungen zur Füh
rung des Endlosproduktes 12, die so gestaltet sind, daß ein
gleichmäßiger Abstand zwischen den in der Beschichtungszelle
angeordneten Anoden 26 und dem zu beschichtenden Endlospro
dukt 12 gewährleistet ist. In einer weiteren bevorzugten Aus
führungsform besitzt die Beschichtungszelle einen Überlauf
und einen Zulauf für Elektrolyt.
Die Führungen in den Beschichtungszellen bestehen aus einem
Träger 28 aus Isoliermaterial, der in der Mitte durchbohrt
ist, wobei in der Durchbohrung Buchsen 27 angeordnet sind,
die nur einseitig einsteckbar sind und in bevorzugter Weise
aus keramischem Material bestehen und zur leichteren Auswech
selbarkeit für Endlosprodukte von verschiedenem Durchmesser
geteilt sind.
Fig. 4 zeigt eine Abbildung der Kontaktierungszelle 5. Fig.
4a stellt eine Vergrößerung des Kontaktierungsbereiches als
Seitenansicht dar. Fig. 4b zeigt eine perspektivische An
sicht der Kontaktierungszelle 5. In der Fig. 4b ist mit der
Ziffer 12 das Endlosprodukt bezeichnet. Dieses wird zwischen
einer unter kathodischer Spannung befindlichen Metallrolle 29
und einer nicht leitenden Keramikspannrolle 30 hindurchge
führt, wobei mit der Ziffer 32 die Kerben in den Metallrollen
bezeichnet sind zur besseren Führung des Endlosproduktes 12.
Mit der Ziffer 33 sind die Halteelemente für die Metallrollen
und die Keramikspannrollen bezeichnet. Fig. 4a zeigt einen
vergrößerten Ausschnitt des Kontaktierungsbereiches. Die Zif
fer 29 zeigt die Metallrolle, Ziffer 31 eine Bronzebuchse zur
Stromzuführung, Ziffer 12 das Endlosprodukt und Ziffer 30
sind die Keramikspannrollen. Mit diesen wird die Vorspannung
über Federn oder Stellschrauben für das Endlosprodukt einge
stellt.
Die Kontaktierungszelle 5 ist in bevorzugter Weise so ausge
bildet, daß in ihr eine Metallrolle oder ein Schleifkontakt
angeordnet ist, über den das Endlosprodukt kathodisch ge
schaltet wird. Zusätzlich können eine oder mehrere Kera
mikspannrollen zur Einstellung der Vorspannung in der Kontak
tierungszelle angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausfüh
rungsform weist die Metallrolle eine Kerbung auf, über die
das Endlosprodukt geführt wird. In der Kontaktierungszelle
ist weiterhin bevorzugt ein Überlauf angeordnet, so daß aus
der Elektrolysezelle dringende Elektrolyte in ein Sammelsy
stem abgeführt werden können.
Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Beschichtungszelle 6, der
Kontaktierungszelle 5 und der Spüleinheiten 3. Fig. 5a zeigt
die Aufsicht auf diese Zellen und Fig. 5b eine Seitenan
sicht. Es ist zu erkennen, daß die Spüleinheiten 3 in ähnli
cher Weise gestaltet sind, wie die zuvor beschriebenen
Schleusensysteme in Fig. 2. Sie besitzen ebenfalls einen
Überlauf, sowie benachbarte Überlaufkammern, wobei die mitt
lere Kammer jeweils mit Flüssigkeit gefüllt ist. Diese kann
durch die nicht dichten Führungen in die Nachbarkammern lau
fen und wird durch entsprechenden Abläufe gesammelt und in
die Spülkammern zurückgeführt. Mit der Ziffer 5 sind die Kon
taktierungszellen beschrieben. Diese sind bevorzugt den Be
schichtungszellen 6 benachbart und mit Elektrolyt gefüllt.
Die Ziffer 6 zeigt die Beschichtungszellen mit den Anoden 26
und den Trägern 28 aus Isoliermaterial mit den darin befind
lichen Keramikbuchsen 29 zur Führung der Endlosprodukte 12 in
den Beschichtungszellen. Auch die Beschichtungszellen sind
mit Elektrolyt gefüllt und verfügen über einen Überlauf, ei
nen Ablauf und einen Zulauf, durch den die jeweiligen Elek
trolytflüssigkeiten umgewälzt, gereinigt und rückgeführt wer
den können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist erhebliche Vorteile
auf gegenüber bisher bekannten Vorrichtungen zur Metallisie
rung von Endlosprodukten. So ist der Draht über nicht leiten
de Rohre und Rollenführungen innerhalb der Vorrichtung, spe
ziell aber im elektrischen Feld der Beschichtungszelle 6,
stabil positionierbar. Durch diese stabile Führung ist es
möglich, mehrere parallele Stränge von Endlosprodukten, bei
spielsweise mehrere Drähte, auch in senkrechter Anordnung
durch die Vorrichtung zu führen, ohne daß es zu unerwünschten
elektrischen Kontakten kommt und ein gleichmäßiger Abstand
zur Anode gewährleistet ist. Durch die als Überflutungskam
mern konstruierten Schleusensysteme 1, Spüleinheiten 3 und
Kontaktierungszellen 5 ist eine elektrische Zwischenkontak
tierung außerhalb des Wirkungsbereiches des Anodenmaterials
möglich, wobei das Endlosprodukt stetig im Elektrolyten ver
bleibt. Die Übertragung der elektrischen Energie in den Kon
taktierungszellen 5 kann sowohl über Schleifkontakte in Form
von flexiblen Kontaktstiften, die federnd gelagert sind, er
folgen, als auch über federnde Kontaktrollen.
Durch die besondere Lagerung des Endlosproduktes in der Kon
taktierungszelle 5, wie auch durch die Führungen in der Be
schichtungszelle 6, ist es möglich, unterschiedliche Durch
messer von Endlosprodukten zu fahren. Durch die bevorzugten
Umlenkeinheiten 4 ist es möglich, die Endlosprodukte durch
mehrere parallele Beschichtungszellen zu führen und damit bei
relativ kurzen Anlagen hohe Durchlaufgeschwindigkeiten zu er
möglichen.
Selbst bei einem Stillstand der Anlage kann das Endlosprodukt
in den Kammern verbleiben, ohne daß eine Überreaktion an der
Oberfläche, wie Überbeizen oder einseitige Überbeschichtung,
erfolgen kann, da unter Beibehaltung der inerten Atmosphäre
in der Anlage die Reaktionsmedien in den Zwischenbehältnissen
außerhalb der Reaktionsräume gespeichert werden. Weiterhin
ist es vorteilhaft, daß ein Austausch des Anodenmaterials im
Stillstand erfolgen kann, ohne das zu beschichtende Material
aus der Anlage zu entfernen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist es erstmals möglich, Endlosprodukte in einem
industriell durchzuführenden Verfahren und einer entsprechen
den Vorrichtung mit Metallen, insbesondere Aluminium, zu be
schichten. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs
gemäße Vorrichtung ersetzen somit die bisher ausschließlich
angewendeten Verfahren der Feueraluminierung, Feuerverzinkung
und elektrolytischen Beschichtung in wäßrigen Medien.
1
Schleusensystem
2
Aktivierung
3
Spüleinheit
4
Umlenkeinheit mit einer oder mehreren Rollen
5
Kontaktierungszelle (Anzahl beliebig)
6
Beschichtungszelle (Anzahl beliebig)
7
Nachbehandlung
8
Trocknung/Austritt
9
Führung
10
Flüssigkeitspegel
11
Gasabstreifdüse oder Sprühdüse
12
Endlosprodukt
13
Wechselplatte für Führung
14
Vorratstank für Flüssigkeit
15
Pumpe
16
Überlauf
17
äußere Kammer A
18
mittlere Kammer B
19
innenliegende Kammer C
20
Abfluß äußere Kammer A
21
Zufluß mittlere Kammer B
22
Abfluß mittlere Kammer B
23
Abfluß innenliegende Kammer C
24
,
25
Kammerwände innenliegend
26
Anodenplatten
27
Keramik-Buchsen
28
Träger aus Isoliermaterial
29
Metallrollen-Kontakte
30
Keramik-Spannrollen
31
Bronze-Buchsen
32
Kerbe in Metallrollen
33
Halteelemente
Claims (28)
1. Verfahren zum elektrolytischen Beschichten von metalli
schen oder nicht metallischen Endlosprodukten mit Metal
len oder Legierungen im Durchlaufverfahren aus aproti
schen wasser- und sauerstofffreien Elektrolyten, wobei
das Endlosprodukt über ein Schleusensystem (1) in eine
unter Inertgasatmosphäre befindliche gekapselte Be
schichtungsanlage geführt wird und dort die nachfolgen
den Schritte bei Temperaturen ≦ 120°C durchgeführt wer
den.
- - Aktivierung des zu beschichtenden Endlosproduktes
- - Spülen des zu beschichtenden Endlosproduktes
- - Kontaktierung des zu beschichtenden Endlosproduktes
- - elektrolytische Beschichtung des zu beschichtenden Endlosproduktes mit Metall oder einer Metallegierung
- - Trocknung des beschichteten Endlosproduktes
- - Austritt des beschichteten Endlosproduktes über ein Schleusensystem aus der Anlage.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Endlosprodukt Draht, Bänder, Langprofile oder Röhren
aus metallischen oder nicht metallischen Werkstoffen
eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen be
schichtet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß beim Einleiten in das Schleusensystem (1)
ein Reinigungsprozeß durchgeführt wird, indem das End
losprodukt (12) über eine Gasabstreif- oder Sprühdüse
(11) geführt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß nach der elektrolytischen Beschichtung in
der Anlage eine chemische oder elektrochemische Nachbe
handlung durchgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die gesamte Anlage über Regenerierungs
kreisläufe geschlossen gestaltet ist, und alle verwende
ten Flüssigkeiten im Umlaufverfahren aufbereitet, gerei
nigt und rückgeführt werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Flüssigkeiten Spüllösungen, Elektro
lytlösung und Aktivierungslösung sind.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Endlosprodukt (12) durch Umlenkeinhei
ten (4) geführt wird, um bei kurzen Anlagen hohe Durch
laufgeschwindigkeiten zu ermöglichen.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Endlosprodukt (12) durch das Schleu
sensystem (1) und die Spüleinheit (3) aus jeweils minde
stens 3 Kammern (17, 18 und 19) geführt wird, wobei die
mittlere Kammer B (18) mit einer Sperrflüssigkeit ge
füllt ist und die äußere Kammer A (17) Luft enthält und
die innere Kammer C (19) ein Inertgas enthält.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Endlosprodukte über nicht luft- und
flüssigkeitsdichte Führungen (9) in die Kammern geführt
werden, so daß die in den Kammern befindliche Flüssig
keit teilweise in die Nachbarkammern läuft.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die aus den Kammern durch den Überlauf
(16) oder die Führungen (9) ablaufenden Flüssigkeiten
über ein Umlaufsystem gereinigt und in die Kammern zu
rückgeführt werden.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führungen (9) Buchsen oder Rollen
sind.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kontaktierung in einer mit flüssigem
Elektrolyten geführten Kontaktierungszelle (5) erfolgt,
die keine Anode enthält, wobei das Endlosprodukt (12)
über einen kathodisch geschalteten Metallkontakt (29)
geführt wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die elektrolytische Beschichtung in einer
Beschichtungszelle (6) erfolgt, die mit Elektrolytlösung
gefüllt ist, wobei das Endlosprodukt (12) durch eine
Buchse (27) geführt wird, die isoliert ist.
15. Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten von metal
lischen oder nicht metallischen Endlosprodukten (12) mit
Metallen oder Metallegierungen im Durchlaufverfahren
aus aprotischen wasser- und sauerstofffreien Elektroly
ten, bestehend aus mindestens einem Schleusensystem (1),
mindestens einer Kontaktierungszelle (5), mindestens ei
ner Beschichtungszelle (6), wobei diese Baugruppen hin
tereinander geschaltet sind und die gesamte Vorrichtung
luftdicht verkapselt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schleusensystem (1) aus mindestens drei Kammern
A, B und C (17, 18, 19) besteht, wobei die mittlere Kam
mer B (18) einen Flüssigkeitsüberlauf besitzt und die
Kammern A und C (17, 19) als Überlaufkammern ausgebildet
sind.
17. Vorrichtung nach Ansprüchen 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kammern A, B und C (17, 18, 19) über
einen Abfluß (20, 22, 23) verfügen und die mittlere Kam
mer B (18) zusätzlich einen Zufluß (21) besitzt, durch
den die in den Kammern A, C (17, 19) gesammelte Sperr
flüssigkeit in die mittlere Kammer B (18) rückgeführt
werden kann.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Kammer C (19) eine Gasabstreif
düse oder Sprühdüse (11) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß die mittlere Kammer B (18) des Schleu
sensystems (1) einen Überlauf (16) besitzt.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Kontaktierungszelle (5) eine
Metallrolle (29) oder ein Schleifkontakt angeordnet ist,
über den das Endlosprodukt (12) kathodisch geschaltet
wird.
21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 20, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine oder mehrere Keramikspannrollen
(30) zur Einstellung der Vorspannung in der Kontaktie
rungszelle (5) angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 21, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Metallrolle (29) eine Kerbung (32)
aufweist, über die das Endlosprodukt (12) geführt wird.
23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 22, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Kontaktierungszelle (5) ein
Überlauf (16) angeordnet ist, so daß aus der Beschich
tungszelle (6) dringender Elektrolyt in ein Sammelsystem
abgeführt werden kann.
24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 23, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Beschichtungszelle (6) Führun
gen (27) zur Führung des Endlosproduktes (12) angeordnet
sind.
25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 24, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Beschichtungszelle (6) Anoden
(26) angeordnet sind.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 25, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Beschichtungszelle (6) einen Über
lauf (16) und einen Zulauf (21) aufweist.
27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 26, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Führungen (9) in der Beschich
tungszelle (6) aus einem Träger aus Isoliermaterial (28)
bestehen, der in der Mitte durchbohrt ist, wobei in der
Durchbohrung Buchsen (27) angeordnet sind, die nur ein
seitig einsteckbar sind.
28. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 27, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Buchsen (27) aus keramischem Mate
rial bestehen und zur leichteren Auswechselbarkeit ge
teilt sind.
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