DE2355865C2 - Verfahren zur elektrolytischen Reinigung einer Oberfläche eines Metallgegenstands - Google Patents
Verfahren zur elektrolytischen Reinigung einer Oberfläche eines MetallgegenstandsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei dem Metallgegenstand kann es sich hierbei beispielsweise um einen Profilstrang, ein Rohr oder
einen Draht handeln. Insbesondere soll das Verfahren zur Reinigung solcher Gegenstänge von Oxidrückständen
wie Hammerschlag dienen.
Nach der FR-PS 3 48 747, der DE-PS 9 39 659 und der DE-OS 21 23 586 ist es bekannt, einen Metallgegenstand
durch ein Elektrolytbad hindurchzuführen und an den Gegenstand und an mindestens eine zusätzliche
Elektrode eine Reinigungsspannung anzulegen. Bei genügend hoher Reinigungsspannung bildet sich auf der
Oberfläche des Gegenstandes eine Dampf- oder Gasschicht, durch die hindurch eine elektrische Entladung
erfolgt Der hierbei fließende starke Strom heizt nicht nur den Gegenstand, sondern auch den Elektrolyten
stark auf, so daß dieser bei kontinuierlichem Betrieb mit großer Fördergeschwindigkeit durch einen Kühlkreislauf
geführt werden muß. Die erzielte Reinigungswirkung ist im Ergebnis gering.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine gute Reinigungswirkung bei einer verhältnismäßig
niedrigen Reinigungsspannung zu erhalten.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.
Die Erfindung nutzt die neue Erkenntnis aus, daß bei sehr geringer Fließgeschwindigkeit oder der Fließgeschwindigkeit
Null des Elektrolyten ein besonderer Zusammenhang zwischen angelegter Spannung und
Entladungsstrom auftritt. Wenn nämlich die Spannung von dem Wert ausgehend auf einen hohen, zum
Reinigen brauchbaren Wert gebracht wird, schließt sich an denjenigen Bereich der Spannung, in dem eine
normale Elektrolyse auftritt, ein instabiler Bereich an, in welchem eine elektrische Entladung erfolgt und eine
Erhöhung der Spannung eine Verringerung des Entladestroms zur Folge hat. Jenseits des instabilen
Bereichs steigt mit weiter erhöhter Spannung auch der Strom wieder an, wodurch die Heizwirkung zunimmt.
Der instabile Bereich tritt jedoch dann nicht auf, wenn in zum Reinigen von Metalloberflächen üblicherweise der
Elektrolyt mit hoher Fließgeschwindigkeit umgewälzt wird.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung kann mit wesentlich niedrigeren Reinigungsspannungen als bei
den bekannten Verfahren gearbeitet werden. Bei einer erfindungsgemäß gewählten Reinigungsspannung ergibt
sich dennoch bei geringer Erwärmung der zu reinigenden Oberflächen eine gute Reinigungs- irkung.
Um eine unerwünschte Aufheizung der zu reinigenden Oberfläche weitgehend zu vermeiden, wird die
Spannung vorzugsweise gemäß Anspruch 3 eingestellt.
Die Einstellung der Spannung kann in besonders einfacher Weise gemäß Anspruch 4 erfolgen.
Der jeweils günstigste Wert der im Betrieb verwendeten Spannung kann leicht empirisch ermittelt
werden. Beispielsweise kann die für das Entladestromminimum erforderliche Spannung bestimmt und diese
Spannung an den zu reinigenden Gegenstand angelegt werden, bevor der Reinigungsvorgang beginnt. Wenn
dann der Gegenstand mit dem Elektrolyten in Berührung gebracht wird, fließt ein Strom, und aufgrund
des inneren Widerstands der Spannungsquelle wird die Spannung geringfügig abfallen. Dabei stellt sich dann
jedoch eine stabile Entladung in dem für die Reinigung wirksamsten Spannungsbereich ein. Für die Praxis kann
der für die Reinigung wirksamste Spannungsbereich als Bereich derjenigen Werte angesehen werden, die
höchstens um ± 10 V von demjenigen Wert am oberen Ende des instabilen Bereichs abweichen, bei dem die
Entladestromkurve ein Minimum aufweist.
Als Spannung kann sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung verwendet werden. Bei
Verwendung einer Gleichspannung ist eine beliebige Polung möglich, jedoch bildet hierbei der Gegenstand
vorzugsweise die Kathode, während eine oder mehrere Anoden gegenüber dieser Kathode aiii einem positiven
Potential gehalten werden. Zweckmäßig liegt die angelegte Spannung über 100 V, während die Stromdichte
an der von dem Gegenstand gebildeten Kathode oberhalb von 5 A/cm2 liegt
Der Elektrolyt kann über die zu reinigende Oberfläche fließen und nach seinem Abfließen im
Kreislauf zurückgeführt werden, wobei vor der Rückführung eine Reinigung des Elektrolyten erfolgt,
um die entfernten Oberflächenverschmutzungen auszuscheiden. Das Ausscheiden von festen Schmutzteilchen
kann durch Filtrierung oder durch Ausfällen in einem Klp.rtank erfolgen. Die Fördergeschwindigkeit des
zurückgeführten Elektrolyten wird jedoch so niedrig wie möglich gehalten, da bei steigender Fiießgeschwindigkeit
des Elektrolyten die für die Reinigung wirksame Stromdichte und demgemäß die zu ihrer Aufrechterhaltung
erforderliche Spannung und die Wärmeentwicklung zunehmen. Bei zu hohen Fließgeschwindigkeiten
verschwindet schließlich der instabile Bereich zwischen normaler Elektrolyse und stabilem Entladebetrieb, und
die Reinigungswirkung wird nicht mehr erreicht.
Als Elektrolyt wird zweckmäßig eine wäßrige Lösung einer Lauge oder eines Salzes verwendet. Zum
Entfernen von Hammerschlag von Stahl hat sich ein alkalischer Elektrolyt zweckmäßig erwiesen, beispielsweise
eine wäßrige Lösung von 20 Gewichts-% Natriumhydroxid oder Natriumkarbonat. Für Eisen und
Stahl hat sich eine gesättigte wäßrige Lösung eine Mischung von Kalium- und Natriumkarbonaten als
günstig erwiesen.
Wird der Gegenstand als Kathode verwendet, so wird zunächst an der xu reinigenden Oberfläche Wasserstoff
gebildet. Die hohe Spannung und die hohe Stromdichte führen zu einer gewissen Wärmeentwicklung, und die
Oberfläche des Gegenstands wird mit einer Schicht bedeckt, die sowohl Wasserstoff als auch Dampf enthält.
Die Entladung durch die Gas und Dampf enthaltende Schicht hindurch bewirkt, daß alle auf der Oberfläche
vorhandenen Oxydationsrückstände abblättern. Andere Oberflächenverunreinigungen wie Fett, Farbe oder
Rost werden ebenfalls entfernt. Die Geschwindigkeit, mit der diese Reinigung erfolgt, hängt ab von der
angelegten Spannung und der Stromdichte an der Kathode. Die Spannung muß genügend hoch sein, daß
auf dem gesamten Weg zwischen den Elektroden, von denen die eine von dem zu reinigenden Gegenstand
gebildet ist, keine normale elektrolytische Stromleitfähigkeit mehr auftritt. Die Spannung muß also höher
liegen als für die normale Elektrolyse. Die Gas- und Dampfschicht muß sich nämlich vollständig über die zu
reinigende Oberfläche erstrecken, damit die die Reinigung bewirkende Entladung alle Bereiche der
Oberfläche erreicht. Bei einer Einstellung der Spannung auf einen Wert gerade oberhalb des instabilen Bereichs
wird die genannte Bedingung erfüllt.
Grundsätzlich kann jeder Elektrolyt verwendet werden, der mit dem Metall des Gegenstands und mit
den Oberflächenverunreinigungen nicht chemisch reagiert und der nicht seinerseits einen verunreinigenden
Niederschlag auf der Kathode bewirkt, der also ausschließlich zu einer Gasentwicklung an den Elektrodenoberflächen
führt. Es ist jedoch zweckmäßig, einen Elektrolyten mit hoher elektrischer Leitfähigkeit zu
wählen, in dem das Metall des zu reinigenden Gegenstands nicht löslich ist Wie bereits erwähnt,
wurden die besten Ergebnisse dann erhalten, wenn der zu !einigende Gegenstand die Kathode bildet. Es
entwickelt sich dann an der Kathode Wasserstoff, wenn der Elektrolyt in Form einer wäßrigen Lösung
verwendet wird.
Hinsichtlich der Reinigungswirkung an dem als
ίο Kathode verwendeten Gegenstand ist die Art der
verwendeten Anode ohne großen Einfluß. Bei hohen Elektrolyseströmen wird die Anode jedoch stark
korrodierenden Einflüsse ausgesetzt, und daher ist es zweckmäßig, für sie ein entsprechend korrosionsfestes
Material wie Nickel zu verwenden. Auch bestimmte Arten von rostfreiem Stahl haben sich als Material für
die Anode bewährt
Wie gesagt, kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Dabei kann der Gegenstand
kontinuierlich oder in Schritten bewegt werden, so daß nacheinander verschiedene Oberflächenbereiche des
Gegenstands gereinigt werden. Dies ist beispielsweise beim Reinigen von Drähten, Profilstangen, Bandmaterial
oder Platten zweckmäßig. Der Gegenstand kann kontinuierlich durch ein Elektrolytbad hindurchgeführt
werden. Der Elektrolyt kann kontinuierlich durch das Bad hindurchgepumpt werden, so daß er aus diesem
überläuft. Auf diese Weise kann eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Gegenstand und dem
Elektrolyseband vermieden werden. Die Leitung der Pumpe muß jedoch aus den bereits genannten Gründen
gering gehalten werden.
Zur Reinigung eines langgestreckten Gegenstands, beispielsweise einer Stange, eines Profilstranges oder
einer Röhre, kann der Gegenstand um seine Längsachse gedreht werden, während er sich durch das Elektrolytbad
bewegt. Zweckmäßig erfolgt die Bewegung des Gegenstands durch das Bad in waagerechter Richtung.
In diesem Fall kann es genügen, den Gegenstand nur teilweise mit seiner Unterseite in den Elektrolyten
eintauchen zu lassen. Die Drehung erfolgt dann derart, daß jeder Punkt der Oberfläche des Gegenstands
während dessen Bewegung über das Elektrolytbad zumindest eine voll Umdrehung ausführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt
Fig. 1 als Diagramm den Verlauf des Stroms in
Abhängigkeit von der angelegten Spannung bei einem so Verfahren gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in schematischem, senkrechtem Schnitt eine Reinigungseinrichtung;
F i g. 3 ebenfalls in schematischem, senkrechtem Schnitt eine weitere Ausführungsform einer Reinigungseinrichtung;
Fig.4 in perspektivischer Darstellung die Elektrode
der Reinigungseinrichtung gemäß F i g. 3;
F i g. 5 in vereinfachter perspektivischer Darstellung eine weitere Reinigungseinrichtung für eine Metallstange;
Fig.6 wiederum in vereinfachter perspektivischer Darstellung eine weitere Reinigungseinrichtung zur
Reinigung eines Metallbands.
F i g. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Strom und angelegter Spannung bei einer Ausführungsform des
Verfahrens, bei der eine Stahlstange durch ein Elektrolytbad geführt wird, das eine gesättigte wäßrige
Lösung eines Gemischs aus Kalium- und Natriumkarbo-
nat enthält. Bei niedrigen angelegten Spannungen, beispielsweise beim Punkt A auf der Kurve, findet eine
normale Elektrolyse statt. Bei ansteigender Spannung steigt auch der Strom bis zum Erreichen eines Punkts B,
wo die Spannung in diesem Beispiel 120 V beträgt. Bis
hierhin ist der Stromanstieg über den größten Teil des Bereichs praktisch linear. Wenn die Spannung über den
Punkt B hinaus erhöht wird, kommt man in einen instabilen Bereich, in dem Gas und Dampf den
Gegenstand vollständig zu umgeben beginnen und in dem durch diese gashaltige Schicht hindurch eine
Entladung einsetzt. Wird die Spannung bis auf einen Wert V1 (im Beispiel 150V) erhöht, so wird die
Entladung stabil bei einem Punkt C, wobei der Wert des dann fließenden Stromes wesentlich geringer als beim
Punkt B am Ende des Bereichs normaler Elektrolyse und bei 120 V ist. Bei dieser stabilen Entladung ist der
Gegenstand nun vollständig mit der gashaltigen Schicht bedeckt, durch die hindurch die Entladung erfolgt. Wird
die Spannung über 150 V hinaus erhöht, so steigt mit ihr auch der Strom wieder an, und der Betrieb erfolgt mit
stabiler Entladung durch die giishallige Schicht hindurch.
Wird aus dem Bereich stabiler Entladung kommend die Spannung wieder verringert, so wird bei
etwa 150 V ein Minimum der Entladestormkurve erreicht, und bei stärkerer Verringerung der Spannung
steigt der Strom wieder an, wie dies durch den vollausgezogenen Kurvenabschniti C-D dargestellt ist.
Beim Erreichen des Punkts D setzt wieder der instabile Betrieb ein, bis bei noch weiterer Verringerung der
Spannung auf 120 V beim Punkt D wieder der stabile Bereich normaler Elektrolyse erreicht wird.
Zur Reinigung wird nun die hierfür am wirksamste »Reinigungsbereich« zwischen den Punkten D und fauf
der Entladestromkurve benutzt. Die Punkte D und E liegen um etwa !0V unterhalb beziehungsweise
oberhalb des zur Spannung V, gehörenden Kurvenpunkts C. In dem Reinigungsbereich ergibt sich eine
stabile Entladung, wobei der Strom jedoch wesentlich geringer als der maxima! zur Elektrolyse verwendbare
Strom (Punkt B)\si.
Die Stromkurve der Fig. 1 ergibt sich grundsätzlich
immer dann, wenn der Elektrolyt im Bereich zwischen Anode und Kathode die Fließgeschwindigkeit Null oder
eine sehr geringe Fließgeschwindigkeit hat. Die Fließgeschwindigkeit hat einen starken Einfluß auf den
Verlauf der Kurve. Wenn nämlich die Fließgeschwindigkeit ansteigt, steigt der Leistungsverbrauch in wesentlich
stärkerem Maße, da sowohl die im Reinigungsbereirh <ich ergebende Stromstärke als auch die zu ihrer
Aufrechterhaitung erforderliche Spannung ansteigen. Bei iiohen Fließgeschwindigkeiten ist schließlich der
Unterschied zwischen dem Bereich normaler Elektrolyse, dem stabilen Reinigungsbereich und bei höherer
Spannung dem Bereich stabiler Entladung oberhalb des Punktes Enicht mehr so stark ausgeprägt wie in Fig. 1
und verschwindet schließlich praktisch ganz.
Die Reinigungswirkung tritt an der Metalloberfläche auf. ohne daß diese Wirkung wesentlich von der an der
Oberfläche umgesetzten Leistungsdichte abhängt. Wird die angelegte Spannung erhöht., so daß der Bereich
stabiler Entladung (HeizbereichJ oberhalb des Punktes Eerreicht wird, dann wird jedoch nicht mehr die gleiche
Reinigungswirkung erreicht, v,-enn gleichzeitig die Reinigungszeit, in der die Oberfläche der Entladung
ausgesetzt wird, entsprechend verringert wird. Die Reiniguiigswirkung ist daher nicht vergleichbar mit der
Wirkung der elektrolytischen Erwärmung.
Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung insbesondere anwendbar beim Entfernen von Oxydationsrückständen
wie Hammerschlag von Stahlprofilen. Fig. 2 zeigt eine Reinigungseinrichtung zu diesem Zweck. Mit der
Einrichtung werden Profilstränge von kreisrundem, sechseckigem, quadratischem oder anderem Querschnitt
gereinigt. Dabei wird der Profilstrang 10 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von einer Fördervorrichtung
11 senkrecht nach oben gefördert. Der Strang
ίο 10 läuft zwischen elektrischen Kontaktrollen 12
hindurch, die bei 13 geerdet sind. Danach durchläuft der Strang 10 eine Dichtung 14 im Boden eines Elektrolytbades
15. Das Bad 15 weist einen elektrisch isolierenden Behälter auf. In ihm ist eine Nickelanode 16 von
kreisringförmigem Querschnitt und geringer axialer Länge koaxial zum Profilstrang 10 angeordnet. Ein
Elektrolyt, der eine gesättigte wäßrige Lösung einer Mischung von Natrium- und Kaliumkarbcnat enthält,
wird in den Behälter nahe dessen Boden an einem Einlaß 17 mit geringer Fließgeschwindigkeit eingepumpt.
Der Elektrolyt fließt über den oberen Rand des Behälters des Elektrolytbades 15 über und gelangt
hierdurch in eine Auffangwanne 18. aus der er in einen Behälter 19 abfließt, worauf er mittels einer Pumpe 20
zum Elektrolytbad 15 zurückgeführt wird.
Oberhalb des Elektrolytbads 15 läuft der Profilstrang 10 zwischen weiteren geerdeten Führungsrollen 21
hindurch. Die Nickelanode 12 ist über einen Leiter 22 mit dem positiven Pol einer verstellbaren Gleichspannungsquelle
in Form einer Batterie 23 verbunden. Deren negativer Pol ist geerdet.
Beim Betrieb der Einrichtung wird die an die Nickelanode 16 angelegte Spannung so eingestellt, daß
Strom und Spannung im Reinigungsbereich, d. h.
zwischen den Punkten D und Fin Fig. 1 liegen, wie dies
oben erläutert wurde. Die hohe Stromdichte führt zur Bildung von Wasserstoff auf der Oberfläche des
Profilstrangs 10, so daß innerhalb des Elektrolytbads 15 eine Gasschicht den Profilstrang 10 vollständig bedeckt.
4» Durch diese Gasschicht hindurch erfolgt eine elektrische
Entladung. Die hierdurch erzeugte Wärme führt zur Bildung von Dampf, so daß die um den Profilstrang
10 herum gebildete Schicht im Betrieb aus einer Mischung aus Wasserstoff und Dampf besteht. Die
Entladung durch diese Schicht hindurch bewirkt, daß auf dem Profilstrang 10 vorhandene Oxidationsrückstände
abblättern, und diese Rückstände sammeln sich am Boden des Elektrolytbades 15 oder werden von dem
überfließenden Elektrolyten mitgenommen und setzen sich im Vorratsbehälter 19 ab. Gewünschtenfalls kann
eine Filtrierung des Elektrolyten ertoigen. bevor dieser in den Vorratsbehälter 19 fließt, um die Rückstände zu
entfernen. Der Vorratsbehälter 19 dient gleichzeitig zur
Kühlung des Elektrolyten, bevor dieser durch die
Pumpe 20 zurückgefördert wird. Hierzu weist der Vorratsbehälter 19 ein genügend großen Volumen auf.
Aus den bereits erläuterten Gründen muß die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten im Elektrolytbad
15 gering sein. Man wird also die Förderleistung
der Pumpe 20 bezüglich des Elektrolytvolumens im Elektrolytbad 15 gering wählen. Nur dann ergibt sich
der in Fig. 1 dargestellte Kurvenverlauf des Entladungsstroms mit einem Reinigungsbereich, der sich
gegenüber dem Minimum der Kurve beim Spannungs-
wert Vi um jeweils 10 V nach niedrigeren und höheren
Werten hin erstreckt
In manchen Anwendungsfällen kann die Förderung des zu reinigenden Gegenstands in senkrechter
Richtung schwierig sein. In diesem Fall kann eine waagerechte Förderung vorzuziehen sein, wofür F i g. 3
ein Beispiel zeigt. Hier wird mittels einer Fördervorrichtung ein Strang 30 in waagerechter Richtung zwischen
geerdeten Kontaktrollen 31 hindurch und durch eine Eintrittsdichtung 32 hindurch in ein Elektrolytbad 33
gefördert. Der Strang 30 verläßt das Bad 33 durch eine Austrittsdichtung 34 hindurch und durchläuft danach
nochmals geerdete Führungsrollen 35. Die Eintritts- und Austrittsdichtung 32, 34 sind bei dem Ausführungsbeispiel
zwar als Rollendichtungen dargestellt, müssen jedoch nicht notwendig eine völlige Flüssigkeitsabdichtung
gegenüber dem Strang 30 bieten, solange sie nur den Austritt des Elektrolyten aus dem Bad 33 genügend
abdämmen. Unterhalb des Bads 33 ist eine Auffangwanne 36 angeordnet, die den über den oberen Rand des
Behälters des Bads 33 überfließenden und aus Eintrittsund Austrittsdichtung 32,34 ausfließenden Elektrolyten
auffängt. Aus der Auffangwanne 36 fließt der Elektrolyt in eine Vorratsbehälter 37 und wird von dort mittels
einer Pumpe 38 in den Behälter des Bades 33 zurückgepumpt. Hierfür weist der Behälter an seinem
unteren Ende nahe dem Boden einen Einlaß 42 auf.
Koaxial zur Längsachse des Strangs 30 ist im Elektrolytbad 33 eine zylindrische Nickelanode 40
angeordnet, die über einen Leiter 41 mit dem positiven Pol einer verstellbaren Gleichspannungsquelle 42
verbunden ist, deren negativer Pol bei 43 geerdet ist. Um die Abführung der elektrolytisch erzeugten Gase
und Dämpfe zu erleichtern, hat die Anode 40 eine durchbrochene Oberfläche. Sie könnte hierzu beispielsweise
Öffnungen in einem Zylinder aufweisen oder aus Stäben und dergleichen gebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel
hat die Anode 40, wie aus F i g. 4 näher hervorgeht, die Form eines Käfigs mit zwei Endringen
45,46, die von parallelen Stäben 47 verbunden sind.
Der Betrieb der Einrichtung gemäß F i g. 3 erfolgt in ähnlicher Weise, wie dies anhand von F i g. 2 beschrieben
wurde. Der Elektrolyt ist wieder von einer gesättigten Lösung einer Mischung von Natrium- und
Kaliumkarbonat gebildet. Die Spannung an der Anode 40 ist so eingestellt, daß innerhalb des Reinigungsbereichs
der Entladestromkurve gearbeitet wird.
Durch aufsteigende Gasblasen kann bei der Einrichtung
gemäß F i g. 3 die Reinigungswirkung auf der Oberseite des Stranges 30 geringer sein als auf dessen
Unterseite. Weiter führen auch die Bewegungen der Gasblasen und die hierdurch sowie thermisch bedingte
Umwälzung des Elektrolyten im Elektrolytbad 33 zu ungleichmäßiger Reinigungswirkung. Sollte aufgrund
dieser Ungleichmäßigkeit die Reinigungswirkung in einigen Anwendungsfällen nicht ausreichend sein, so
kann der Strang 30 bei seinem Durchlauf durch das Elektrolytbad 33 zusätzlich in Drehung versetzt werden.
F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein zu reinigender Strang im Elektrolytbad gedreht wird. Eine
einen Strang 51 sowohl in Längsrichtung fördernde als auch gleichzeitig in Drehung versetzende Fördervorrichtung
50 ist hierbei vorgesehen. Die Drehgeschwindigkeit des Strangs 51 ist so gewählt, daß ein beliebiger
Punkt auf seiner Oberfläche beim Durchlauf durch das Elektrolytbad 53 mehrere vollständige Umdrehungen
beschreibt Da der Strang 11 gedreht wird, ist es nicht erforderlich, daß die Anode den Strang 51 vollständig
umgibt Es wird daher in Fig.5 eine halbzylindrische Nickelanode 52 verwendet, die innerhalb des Elektrolytbads
53 angeordnet ist und die sich entlang der Unterseite des Strangs 51 erstreckt. Der Strang 51 wird
von zwei Sätzen von schräggestellten Rollen 54, 55 getragen und geführt, die elektrisch geerdet sind. Zum
Eintritt und Austritt des Stranges 51 sind in den Stirnwänden 58, 59 des Bads 53 Dichtungen 56, 57
vorgesehen. Der von einer gesättigten Lösung von Natrium- und Kaliumkarbonat gebildete Elektrolyt wird
über einen Einlaß 60 in das Bad 53 gepumpt und fließt über eine der Seitenwände 61 des Bades 53 über. Hierzu
weist diese Seitenwand 61 in Höhe des oberen Rands der Anode 52 einen waagerechten Schlitz auf. Der
überfließende Elektrolyt wird wieder wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in
einer Auffangwanne gesammelt, einem Vorratsbehälter zugeführt und von diesem mittels einer Pumpe
zurückgeführt. Die letztgenannten Teile sind einfachheitshalber nicht dargestellt. Die Auffangwanne kann
auch wieder diejenigen geringen Elektrolytmengen auffangen, die durch die Dichtungen 56,57 aus dem Bad
53 herausfließen. Die Anode 52 ist über einen Leiter 62 mit dem positiven Pol einer einstellbaren Gleichspannungsquelle
63 verbunden, deren negativer Pol geerdet ist. Die angelegte Spannung kann wie bei den vorigen
Ausführungsbeispielen so eingestellt werden, daß im Reinigungsbereich gearbeitet wird.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 befindet sich die Längsachse des Strangs 35 in Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Elektrolytbad 53, so daß der Strang 51 nur
zur Hälfte in den Elektrolyten eingetaucht ist. Die Reinigung erfolgt daher jeweils nur auf der Unterseite
des Strangs 51, die mit dem Elektrolyten über die gashaltige Schicht in Berührung steht. Die Drehung des
Strangs 51 erfolgt jedoch mit solcher Geschwindigkeit, daß die gesamte Oberfläche gereinigt wird, während der
Strang 51 das Bad 53 durchläuft. Die von der Oberfläche des Strangs 51 entfernten Oxydationsrückstände sammeln
sich am Boden des Bads 53 und können gelegentlich entfernt werden.
Im folgenden werden zwei Beispiele für das Verfahren gemäß der Erfindung bei Verwendung der in
Fig.5 dargestellten Einrichtung angegeben. Die Länge
des Bad 53 betrug hierbei 60 mm und der Anodendurchmesser 240 mm.
Eine Eisenstange mit einem Durchmesser von 19,5 mm, die mit losem Hammerschlag mit einer Dicke
von annähernd 10 μπι bedeckt war, wurde das
Elektrolytbad mit einer linearen Vorschubsgeschwindigkeit von 0,6 m/min gefördert. Der Vorschubgeschwindigkeit
war eine Drehung mit solcher Drehgeschwindigkeit überlagert, daß sich je 20 mm Vorschub
eine vollständige Umdrehung ergab. Es wurde bei einem Elektrolytzufluß von 10 l/min gearbeitet, die Spannung
betrug 150 V und der Strom 125 A. Beim Austritt aus dem Elektrolytbad zeigte der Strang eine saubere,
graue, metallisch glänzende Oberfläche. Die zur Reinigung des Strangs direkt aufgewendete Energie
betrug als 8,5 kWh/m2 der Oberfläche.
Eine Stahlstange mit einem Durchmesser von 16 mm, die mit einer festen, stark anhaftenden Hammerschlagschicht
mit e:iner Dicke von annähernd 30 μπι bedeckt war, wurde mit einer linearen Vorschubgeschwindigkeit
von 0,13 m/min durch das Elektrolytbad gefördert Die Drehgeschwindigkeit war so gewählt daß sich jeweils
nach 15 mm Vorschub eine vollständige Umdrehung ergab. Die Elektrolytzufuhr betrug 10 l/min, die
Spannung 150 V und der Strom 75 A. Beim Austritt aus
dem Elektrolytbad zeigte die Stange eine saubere, graue metallische Oberfläche. Die zur Reinigung direkt
aufgewendete Energie betrug hierbei 20 kWh/m2 der Oberfläche.
Eine erforderlichenfalls noch verstärkte Reinigungswirkung kann in einfacher Weise dadurch erreicht
werden, daß die Länge der Anode vergrößert und dementsprechend der Strom erhöht wird.
F i g. 6 zeigt eine Einrichtung, die zur Reinigung einer Metallplatte geeignet ist. Sie könnte ebenfalls zur
Reinigung eines Metallbandes oder eines flachen Stranges verwendet werden. Gemäß F i g. 6 wird eine
flache Metalltafel 70 mittels einer sie linear vorschiebenden Fördervorrichtung 80 zwischen zwei elektrisch
geerdeten Walzen 71 hindurch in waagerechter Richtung über die offene Oberseite eines Elektrolytbades
72 und von dort durch zwei elektrisch geerdete weitere Walzen 73 hindurch bewegt. Das Bad 72 hat im
Grundriß eine rechteckige Form. Über seine Unterseite erstreckt sich eine ebene Nickelanode 74, die über einen
Leiter 75 mit dem positiven Pol einer einstellbaren Gleichspannungsquelle 76 verbunden ist, deren negativer
Pol geerdet ist. Der Elektrolyt, der aus einer gesättigten Lösung einer Mischung von Natrium- und
Kaliumkarbonat besteht, wird durch einen Einlaß 76 in das Bad 72 gepumpt und fließt an dessen Oberseite über.
Die Oberseite des Bads 72 ist durch an die Seitenwände anschließende, waagerechte Wände 77 teilweise verschlossen.
Zwischen diesen Wänden 77 erstrecken sich von deren inneren Enden Wandabschnitte senkrecht
nach oben, und die Platte wird über diese Wandabschnitte hinweg zwischen den oberen Abschnitten 78
der Stirnseiten hindurchbewegt. Die von den inneren Enden der oberen Wände 77 ausgehenden Wandabschnitte
79 erstrecken sich bis zur Unterseite der Platte 70, wobei der Elektrolyt durch Spalte zwischen den
oberen Rändern der Wandabschnitte 79 und der Unterseite der Platte 70 abfließt, jedoch die Unterseite
der Platte 70 benetzt. Wie anhand von F i g. 2 und 3 erläutert, kann unterhalb des Bads 72 eine Auffangwanne
vorgesehen sein, die den überfließenden Elektrolyten auffängt und einem Aufbewahrungsbehälter zuführt, an
ίο dem eine Pumpe zur Rückführung sitzt. Diese Teile sind
wieder zur besseren Klarheit nicht gezeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 ist ebenso wie bei denjenigen gemäß den F i g. 2, 3 und 5 die
wirksame Oberfläche der Anode wesentlich größer als die wirksame Kathodenfläche auf dem zu reinigenden
Gegenstand. Der Betrieb der Vorrichtung gemäß F i g. 6 entspricht demjenigen der vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele. Die angelegte Spannung ist wieder so gewählt, daß im Reinigungsbereich der
Entladestromkurve gearbeitet wird. Wenn die Spalte zwischen der Platte 70 und dem Gehäuse des Bads 72
genügend schmal gemacht werden, ist nur eine geringe Elektrolytzufuhr erforderlich, um die Unterseite der
Platte 70 auf der gesamten freien Oberfläche des Elektrolyten mit diesem zu benetzen.
Bei allen Ausführungsbeispielen wurden zur Stromzuführung zu dem zu reinigenden Gegenstand Rollen
benützt. Andere Stromzuführungsvorrichtungen, beispielsweise als Schleifer ausgebildete Kontakte, können
statt dessen selbstverständlich ebenfalls eingesetzt werden. Sollen Einbrände durch den Kontaktlichtbogen
vollständig vermieden werden, so können Flüssigkeitskontakte, beispielsweise unter Verwendung eines
Elektrolyten, vorgesehen werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche eines — vorzugsweise länglichen — Metallgegenstands
mittels eines flüssigen Elektrolyten, der weder mit dem Metall noch mit zu entfernenden Oberflächenverschmutzungen
chemisch reagiert, bei dem an den Gegenstand und an mindestens eine mit dem
Elektrolyten in elektrischem Kontakt stehende Elektrode eine Reinigungsspannung angelegt wird,
bei der sich auf der zu reinigenden Oberfläche eine Gas- und/oder Dampfschicht ausbildet, durch die
hindurch eine elektrische Entladung erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit
des Elektrolyten zwischen Gegenstand und Elektrode so gering, vorzugsweise annähernd auf dem Wert Null, gehalten wird, daß
sich bei vom Wert Null ansteigender Spannung ein instabiler Spannungsbereich ergibt, in dem mit
ansteigender Spannung der Entladestrom abnimmt, und daß die Reinigungsspannung so hoch gewählt
wird, daß ihr Wert mindestens am oberen Ende des instabilen Bereichs und vorzugsweise darüber liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch Relativbewegung
zwischen dem Gegenstand und der Elektrode kontinuierlich gereinigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannung auf einen Wert eingestellt wird, der höchstens um ±10 V von demjenigen Wert am oberen Ende des instabilen
Bereichs abweicht, bei dem die Entladestromkurve ein Minimum aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung auf den verwendeten
Wert eingestellt wird, indem sie zunächst vom Wert Null aus über den verwendeten Wert hinaus
erhöht und dann auf den verwendeten Wert verringert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode verwendet wird, deren
Oberfläche wesentlich größer als der eingetauchte Bereich der zu reinigenden Oberfläche ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 5 zum Reinigen der Oberfläche eines Gegenstands
von zumindest annähernd punktsymmetrischem, z. B. rundem oder quadratischen Querschnitt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gegenstand während seines Eintauchens in den Elektrolyten um seine
Längsachse gedreht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in waagerechter
Richtung so über das Elektrolytbad geführt wird, daß nur die Unterseite des Gegenstands in den
Elektrolyten eintaucht, und daß die Drehgeschwindigkeit des Gegenstands um seine Längsachse so
gewählt wird, daß jeder Punkt der Oberfläche des Gegenstands während dessen Bewegung über das
Elektrolytbad zumindest eine volle Umdrehung ausführt.
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