DE2416269A1

DE2416269A1 - Anlage zur kontinuierlichen herstellung eines metallueberzuges auf einem laengs bewegten draht

Info

Publication number: DE2416269A1
Application number: DE2416269A
Authority: DE
Inventors: Victor Albert Charles Burton; James Delves-Broughton; Barry Arthur Kempster; Thomas Joseph Williams
Original assignee: VTR THUL L DIPL PHYS PATENTANW; International Standard Electric Corp
Current assignee: VTR THUL L DIPL PHYS PATENTANW; International Standard Electric Corp
Priority date: 1973-04-05
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1974-10-24
Also published as: CA1028648A; AU6745974A; SE410628B; IN141254B; NO741119L; NO136158B; BE813272A; GB1372341A; NL7404206A; US3947343A; CH599358A5; NO136158C; JPS49129639A; AR201310A1; FR2224552A1; BR7402242D0; IT1006387B; AT338066B; ATA285774A

Description

Patentanwalt Dipl.Phys. Leo Thul
Stuttgart

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York

J.Delves-Broughton et al 11-2-1-1

Anlage zur kontinuierlichen Herstellung eines Metallüberzuges auf einem längs bewegten Draht

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von elektroplattieren Drähten, insbesondere zum elektrischen Verzinnen von Kupferdraht mit hoher Geschwindigkeit und hohen Stromstärken.

Bei einem bekannten Verfahren zum Elektroverzinnen von Kupferdraht, wird als Elektrolyt Zinnsulfat verwendet. Bei diesem Verfahren wird der in seiner Längsrichtung bewegte Kupferdraht viele Male durch den Elektrolytbehälter geführt, wobei der Draht jedesmal um eine angetriebene, elektrisch leitende und mit Nuten versehene Walze, die mit der negativen Elektrode einer Gleichstromquelle verbunden ist, und eine aus einer Vielzahl von isolierten Transportscheiben geführt ist, wobei der Anodenstrom über in den Elektrolyten eintauchende Elektroden aus Zinn zugeführt wird. Typisch für die bekannte Anlage ist, daß der Draht während des Plattierens eine horizontale Lage einnimmt und abwechselnd durch zwei Plattierungsbehälter läuft, welche übereinander zwischen den Transportscheiben und der Walze angeordnet sind.

Wenn eine solche bekannte Anlage mit Zinnsulfat betrieben wird, können Stromdichten in der Größenordnung von o,lo76 A/cm (loo A/sq.ft.) erzielt werden und der Draht wird mit einer

2.4.197^ .

Bö/K -/-

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Geschwindigkeit von 152m/min (5ooft/min) gefördert, so daß die Plattierungsschicht nach und nach beim Druchlaufen des Elektrolyten aufgebaut wird.

Es sind nun auch Elektrolyten erhältlich, die mit höheren Stromdichten, wie beispielsweise mit o,43 A/cm (4oo A/sq.ft), betrieben werden können, beispielsweise Zinnfluoborat und andere Plattierungslösungen auf Pluoboratbasis; ihre Verwendung hat 2ur Folge, daß mit den gleichen Anlagen und Verfahren, die Plattierungsmenge viermal größer ist, als mit Zinnsulfat.

Die Verwendung von Zinnfluoborat oder anderer Plattierungslösungen auf Pluoboratbasis bringt jedoch eine Reihe praktischer Schwierigkeiten mit sich. Die hochkorrsive.Eigenschaft des Elektrolyten bedeutet, daß unbedingt Kunststoffe oder spezielle Stähle für die Behälter, Leitungen und Pumpen verwendet werden müssen. In der bereits erwähnten bekannten Anlage für das Verzinnen von Kupfer draht unter Verwendung von Zinnsulfat, sind die Zinnanoden in den Elektrolytbehältern unterhalb der sich bewegenden Drähte angeordnet. Dies führt jedoch zu Schwierigkeiten, wenn Zinnfluoborat verwendet wird, weil die Anoden mit ihren Sammelschienen derart verbunden werden müssen, daß sie nicht korrodieren. Um die hohe Stromdichte zu ertragen, muß der Draht so angeordnet sein, daß er den Elektrolytbehälter in genügend Schleifen durchläuft, damit eine Überhitzung vermieden wird.

Außerdem können die mit Lösungen auf Pluoboratbasis erzielbaren wesentlich höheren Abzugsgeschwindigkeiten, beispielsweise vier-und mehrfach höhere Geschwindigkeiten als bisher, wie Geschwindigkeiten von βίο m/min (2ooo ft/min), eine hydrodynamische Sogwirkung auf den Elektrolyten in den Behältern haben.

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Eine Vielzahl von Drahtabschnitten, die den gleichen Tank mit hoher Geschwindigkeit in der gleichen Richtung durchlaufen, können in dieser Richtung eine beträchtliche Elektrolytwelle anregen und über die Behälterkante schwappen lassen. Diese Schwierigkeiten treten auch bei anderen Verfahren auf und die üblichen Methoden^ ihnen entgegenzuwirken, bedienen sich aufwendiger Systeme von Wehren und anderer Prallplatten.

In einer älteren Anmeldung (englische Patentanmeldung No. 35 089/72) ist zur Behebung des vorstehend erwähnten hydrodynamischen Soges die Verwendung einer Anlage vorgeschlagen, welche einen einzigen horizontalen Elektrolytbehälter (Elektrolyt beispielsweise Zinnsulfat) enthält, durch den der Draht vielmals hindurchgezogen wird, wobei er jedesmal um zwei drehbare Walzen geführt ist, zwischen denen der Behälter angeordnet ist. Es sind auch Abstandshalter und Mittel zur Umleitung zwischen dem Bad und der Walzen vorgesehen, welche sicherstellen sollen, daß die das Bad in der einen Richtung durchlaufenden Drahtabschnitte sich in der gleichen horizontalen Ebene befinden wie die sich in Gegenrichtung bewegenden Drahtabschnitte. Die Wirkung des hydrodynamischen Soges in der einen Richtung ist auf diese Weise im wesentlichen durch den hydrodynamischen Sog in der anderen Richtung kompensiert. In dieser Anmeldung ist auch vorgeschlagen, die Anoden von oben her in den Elektrolyten zu tauchen, damit der elektrische Anschluß einfacher herzustellen ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Anlage anzugeben, in welcher in einfacher Weise Drähte unter Verwendung eines für hohe Stromdichten geeigneten Elektrolyten und/oder hoher Druchlaufgeschwindigkeiten elektroplattiert werden können, ohne daß Schwierigkeiten durch hydrodynamischen Sog oder Überhitzung der Drähte zu befürchten sind.

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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlage Mittel, mit denen öler Draht mehrfach durch eine oder mehrere, eine Entfettungslösmig enthaltende Behälter geführt ist, wobei der Draht jedesmal mm zwei drehbare Malzen, τοπ denen wenigstens eine angetrieben ist«, geführt ISt₅, und Mittel zmm Führen des entfetteten Drahtes mehrfach durch einen oder mehrere, mit einem ein 8als des niederzuschlagenden Metalls enthaltenden Elektrolyten gefüllte Plattlerungsbehälter., wobei der Draht jedesmal um zwei drehbare Malzen, von denen wenigstens eine angetrieben ist, geführt ist, enthältι daß wenigstens eine der Walzen mit der negativen Elektrode und die die positive Elektrode einer Gleichstromquelle mit einer oder mehreren, aus dem niederzuschlagenden Metall hergestellten, in den Elektrolyten eintauchenden Anoden verbindbar ists daß die angetriebenen Walzen derart aufeinander abgestimmt sind^ daß in Abhängigkeit von der Draht spannung ein vorbestimmtes Maß an Geschwindigkeitsänderung des Drahtes im Entfettungsbehälter in Bezug auf die Geschwindigkeit des Drahtes im Plattierungsbehälter ermöglicht ist.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung enthalten die Ansprüche 2 bis 13* welche nachstehend anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben ist. Ss zeigen;

Fig. 1 eine schematisehe Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage,

Fig . 2 die Ausgestaltung der Enden einer aus zwei Behältern (Entfettungs- oder Plattierungsbehälter) bestehenden Einheit mit drehbarer Waise, geschlitzten Abstandshalter oder kammartiger Leiste,

Fig. 3 die Draufsicht auf das Ende eines Entfettungsbehälters mit der Flußstabilisierungsplatte,

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Pig. 4 den zwischen Entfettungs- und Waschbehälter angeordneten, die Drahtspannung steuernden Tänzerarm,

Pig. 5 den Blick auf einen Plattierungsbehälter mit geschlitzten Abstandshaltern und der -Anordnung der Anoden,

Fig. 6 das Blockschaltbild der elektrischen Regelung der Anlage und

Pig. 7 eine rechenschieberartige Vorrichtung zur raschen Ermittlung der Plattierungsparameter.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Anlage enthält den Ständer 1 für die Drahttrommel' 2_S welche an dem Ständer 1 auf Zapfen drehbar gelagert ist₅ eine Führungsrollenanordnung 3, eine Führungsrolle 4, einen mit einem Antrieb versehenen Ständer 5 für die Aufwickeltrommel 6. Die innerhalb der Umrandung 7 angeordneten Gegenstände setzen sich aus der Plattierungseinrichtung und den dieser zugeordneten Hilfsmittel zusammen und enthalten im wesentlichen die elektrolytische Entfettungseinrichtung 8, den die Drahtspannung steuernden Tänzerarm S, den Waschbehälter lo, die Plattierungseinrichtung 11 und verschiedene Umlenkrollen 12, 13 und 14.

Die Entfettungs-, Wasch- und Plattierungseinrichtungen sollen vorzugsweise - wie gezeigt - übereinander angeordnet sein; sie können aber auch in der Weise vertikal, Jedoch leicht gegeneinander versetzt angeordnet sein, daß der Waschbehälter Io kurz hinter den Entfettungs- und Plattierungseinrichtungen angeordnet ist«, Die Entfettungs-, Wasch- und Plattierungseinrichtungen können natürlich auch in einer Linie angeordnet sein. Falls erwünscht, lönnen die Draht-Ab- und Aufwickeleinrichtungen

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innerhalb der Verkleidung ? angeordnet sein, wodurch eine kompakte Elektroplattierungsanlage entsteht·

Der Draht wird in "folgender Weise geführt: Vom der Vorrats =■ trommel 2 durch die Führungsrollenanordnung 3 durch den ersten mit einer Entfettungslösung gefüllten Entfettungsbehälter 15 _s über eine Führung 16, teilweis© um eine' antreibbare Walze VJ₉ durch den zweiten Entfettungsbehälter 18, über die Führung teilweise um die drehbare Malze 2©* zurück durch den Behälter 15 und auf parallelen Wegen zwischen den Walzen 17 und 2ο«, se daß eine bestimmte Ans aiii von Drahtschleif en die Ent rettungseinrichtung 3 durchlaufen. Ber elektrische Kontakt für öl® 7ά führung des für di© elektrolytisch« Entfettung erforderlichst Stromes zum Draht kann in an sieh bekannter Weise hergestellt sein_# beispielsweise über die Walzen YJ vmsk l8 oder as geeigne= ter Stelle angeordnete Bürsten sowie in der- Entfetirangslosisäg; angebrachte Anoden. Der entfettete BralrS läuft über die Rolls des Tänzerarmes 9_ß die Umlenkrolle 12 in Sen Waschbehälter- lader laufend mit Frischwasser versorgt wird·

Nach Durchlaufen des Waschbehälters lo, läuft der Drafet die Umlenkrolle 15 in die Plattierungseinrichtung 11,, die in ähnlicher Weise wie' die Entfettungseinrichtung 8 aufgebaut isfc und zwei drehbare Walzen 21 und 22,, von denen eine_p beispieleweise die Walze 21j angetrieben, ist., zwei mit Elektrolyt gefüllte Behälter 23 und 24 .und zwei Führungen 25 und 2β enthälfe _o

Der Draht durchläuft wahrend des Plattierens die PlatftLeruxtgs-

behälter 23 und 24 in einer Anzahl you Schleifen*, Der beschick« tete Draht schließlich -verlaßt den Beilälter¹ 23^ läuft ufoer di© Umlenlsrolle l¹!· ssarüek ia den WassSifeehälfees? Io und die F e 4 zu d®3? Äufwi©k@lferoEti©l β_ο

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Die für das Verainnen von Kupferdraht beispielsweise aus Zinn bestehenden Anoden 27. tauchen. In die in den Behältern 23 und enthaltene Plafctiemmgsösung-, wie Zirsnfluoborat, ein und sind mit der positiven Elektrode eines» Gleichstromquelle verbunden während der Kathodenanschluß des Drahtes über die Walzen 21 vsaä 22 erfolgt, die mit der negativen Elektrode der Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden sind.

Einzelheiten der in dem Gehäuse 7 enthaltenen Bauteile werden nachstehend erläutert. Wenn mit der Anlage unter Verwendung von Zinnfluoborat Kupferdrähte elektrisch verzinnt werden, kann der Strom über 2ooo Ampere und die Brahtabzugsgeschwindigkeit 224 Meter (75o ft) pro Minute'und mehr betragen. Um den von einzelnen Drahtschleife aufgenommenen Strom auf ein Minimum zu begrenzen land dadurch die Wahrscheinlichkeit der Überhitzung des Drahtes zu vermindern^ erfolgt die Stromzuführung über beide Walzen 21 und 22, so daß die Zuführung des Stromes zum Draht von beiden Enden der Behälter 23 und 2h erfolgt, wodurch sich vier Strompfade für Jede Bratitsehleife ergeben.

Bei einigen bekannten E3ektroplattienmgs anlagen sind die Walzen mit Führungsnuten versehen und wenigstens in diesen Nuten elektrisch leitend. Wenn, wie in der neuen Anlage, anstelle der mit Führungsnuten versehenen Walzen glatte Bronzewalzen zusammen mit Führungseinrichtungen verwendet werden, lassen sich die Anlagekosten wesentlich vermindern und die Tatsache, daß die Oberfläche der Walze für den Draht eine gleichmäßige Kontaktfläche darstellt, vermindert die Gefahr von Spannungsschwankungen zwischen den einzelnen Drahschleifen, wie dies bei mit Führungsnuten versehenen Walzen auftritt. Zur Führung der Drähte sind die Führungseinrichtungen 25 und 26 am Ende der Be-

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halter (Fig. 2) vorgesehen. Die Pührungseinrichtungen können aus unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen, bestehen und als Stab mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildetsein,' in den in regelmäßigen Abständen kreisförmig umlaufenden Nuten eingebracht sind, so daß der Draht um den Stab herumgelegt und Jede Schleife in einer ihr zugeordneten Nut exakt geführt werden kann. Die Pührungseinrichtungen können auch so montiert sein, daß sie nicht drehbar sind. Bei mit kreisförmigen Nut versehenen Stäben kann deren Lebensdauer dann dadurch erhöht werden, daß sie von Zeit zu Zeit in Umfangsrichtung gedreht und in dieser neuen Stellung arretiert werden, so daß sie dem Draht eine neue und noch nicht abgenutzte Oberfläche darbieten. Die pührungseinrichtungen können auch scheibenförmig ausgebildet und mit Schlitzen versehen sein, wodurch sich ein kammartiges Gebilde ergibt, das jedoch keine so hohe Lebensdauer besitzt wie die mit Nuten versehenen Rundstäbe.

Wie bereits erwähnt und in Fig. 1 grob angedeutet, sind die Anoden 27 in den Plattierungsbehältern 23 und 24 über den Drähten angeordnet und über eine Sammelschiene mit der positiven Elektrode einer Gleichstromquelle verbunden. Wie aus Fig. ersichtlich, dient die beispielsweise aus Bronze bestehende Sammelschiene 28 dazu, um die Anoden eines Behälters mit der positiven Elektrode zu verbinden. Die in Fig. 5 gezeigten Anoden 27 sind beispielsweise im Formguß hergestellt und an einem Ende stufenförmig ausgebildet. Die untere Längskante der Anoden 27 besitzt eine gewellte Form. Sie kann aber auch glatt sein und zwar dann, wenn Drähte bis zum 3 mm Durchmesser plattiert werden. Die Wellung stellt eine erhöhte Anodenoberfläche dar, welche bei Drahtdurchmessern über 3 mm erforderlich ist, falls das genaue Verhältnis von Kathoden- zur Anodenfläche für eine wirksame Plattierung wichtig ist.

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Die Anoden 27 ruhen an einem Ende auf der Sammelschiene 28 und die anderen Enden liegen auf einer in dem Behälter befestigten Leiste 29 auf. Während des Plattierungsvorganges sind die längeren Teilbereiche der Anoden mit der Plattierungslösung bedeckt. Wie ersichtlich, erstrecken sich die Anoden im rechten Winkel zum Verlauf des Drahtes und zwischen ihnen sind nur sehr geringe Abstände, beispielsweise von 6,35 mm, vorhanden. Die Plattierungslösung wird während des Plattierungsvorganges in an sich bekannter Weise kontinuierlich in die Behälter 23 und 1\ gepumpt, um den Pegel der Plattierungslösung aufrechtzuhalten, da diese ständig durch die als Führung der Drähte vorgesehenen Schlitze 3o abfließt.

An jedem Ende der Behälter 23 und 2k befindet sich ein Wehr 31 (Fig. 2 und 5), welches stabil ausgebildet ist und einen ausseren steifen Teil enthält, in den die Schlitze 3o eingelassen sind. Dieser steife Teil ist beispielsweise aus Hart-PVC hergestellt. Hinter dem steifen Teil des Wehres, d.h. also innerhalb des Behälters, befindet sich noch ein weicher Streifen, beispielsweise aus PVC, welcher ebenfalls mit Schlitzen versehen ist. Dieser weiche Streifen hilft, die Flüssigkeit in dem Behälter zurückzuhalten. Ähnliche Wehre sind in Plattierungsund Entfettungsbehältern vorgesehen.

Die Plattierungsbehälter 23 und 24 sollen aus Hart-PVC bestehen; die Plattierungslösung wird ihnen an zwei Stellen durch den Boden zugeführt und der Pegel der Plattierungslösung wird durch die zufließende Menge gesteuert. Die bekannten, mit Zinnsulfat arbeitenden Plattierungsanlagen verwenden Behälter als nicht korrodierendem Stahl; bei Verwendung von Zinnfluoborat zum Verzinnen führt dies jedoch zur Fleckenbildung, weil Eisen aus dem nicht korrodierendem Stahl herausgelöst wird.

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Die Tatsache, daß sämtliche Abschnitte der Drahtschleifen in den Behältern sich in der gleichen Richtung und mit hoher Geschwindigkeit bewegen, führt zu.einem Flußgradienten in Längsrichtung der Behälter, wodurch die Flüssigkeit von den Drähten zu einem Ende der Behälter hin gesaugt wird und über die Wände zu schwappen droht. Wenn jedoch die Anoden in der erwähnten Weise in den Behältern über den Drähten angeordnet sind, wird der Flußgradient begrenzt und die Möglichkeit des überschwappens ist vermieden oder zumindest stark vermindert, Es gibt zwei Gründe dafür, daß diese Anodenanordnung den Flußgradienten wirkungsvoll steuert. Einmal bilden die Anoden über den Drähten eine hydrodynamisch rauhe Oberfläche* welche zusätzlich zu dem aus festem Werkstoff hergestellten Behälterboden, der daher ebenfalls als hydrodynamisch rauh anzusehen ist, die kinetische Energie der Flüssigkeit im Behälter dadurch weitgehend vernichtet,daß sie die Flüssigkeitsbewegung an der Behälteroberfläche vermindern.

Weiterhin wird dadurch die Flüssigkeitsoberf lache, an welcher der Oberflächendruck gleich dem Atmosphärendruek sein muß wesentlich vermindert, welches zu Folge hat, daß eine vertikale Strömung der Flüssigkeit, welche von dem erhöhten, im Bereich der Drähte durch den hydrodynamischen Sog erzeugten Flüssigkeitsdruck herrührt, abgeschwächt wird.

Ähnliche hydrodynamische Sogeffekte treten normalerweise auf in den Entfettungsbehältern auf, wenn die Drahtabschnitte sich alle mit hoher Geschwindigkeit in einer Richtung bewegen. Deren Auswirkungen werden in der neuen Anlage durch eine in Fig. 5 gezeigte, als Flußstabilisierungsplatte bezeichnete, mit Löchern versehene Platte 32 behoben. Die Platte 52 ist in dem Behälter über den Drähten angeordnet und die Entfettungsflüssigkeit wird in einer solchen Menge durch eine oder mehrere

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Öffnungen im BehäLter eingefüllt, daß die Platte stets mit Flüssigkeit bedeckt ist. Die Fläche der Löcher in der Platte ist wesentlich geringer als.die Werkstofflache der Platte. Die Wirkung der Plußstabilisierungsplatte auf den Flußgradienten im Entfettungsbehälter ist genau die gleiche wie diejenige der Anoden im Plattierungsbehälter. Die Entfettungsbehälter bestehen aus nicht korrodierendem Stahl« so daß sie gleichzeitig als Anoden dienen können und ihre Wehre bestehen gleichfalls, wie bereits erwähnt, aus hartem bzw. flexiblem PVC.

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Damit der durch den Entfettungsbehälter gezogene Draht wirkungsvoll entfettet wird, muß der Draht bei einer bestimmten Stromdichte für eine bestimmte Zeitspanne in die Entfettungslösung, wie eine ätzende Lösung, eingetaucht sein. Mit den höheren Plattierungsgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise mit Zinnfluobarat-Lösungen erzielbar sind, wird auch die Durchzugsgeschwindigkeit des Drahtes durch den Entfettungsbehälter höher. Daher muß die Anzahl der über die

Walzen 17 und 18 und durch die Behälter 15 und 16 geführten Drahtschleifen im Vergleich zu Verfahren mit geringerer Abscheidungsgeschwindigkeit erhöht werden, um sicherzustellen, daß der Draht einwandfrei entfettet wird. Bei den in der neuen Anlage verwendeten hohen Geschwindigkeiten von mindestens 229 Meter (750 ft) pro Minute und möglicherweise 610 Meter (2000 ft) pro Minute und mehr, hat sich die Anzahl der Drahtschleifen derart erhöht, daß der Draht wegen seiner begrenzten Bruchfestigkeit nicht mehr von der Aufwickeltrommel 5 allein und eine angetriebene Walze durch die Entfettungseinrichtung gezogen werden kann. Dies ist besonders dann einleuchtend, wenn die zusätzliche durch die hohe Beschleunigung oder Verzögerung verursachte Belastung des Drahtes beachtet wird, welche bei den hohen Abzugsgeschwindigkeiten erwartet werden muß, falls die Anfahr- und Abstopzeiten nicht unnötig verlängert werden sollen. Diese Zeiten sind beispielsweise auf eine Minute festgesetzt. Um diese Bedingung zu erfüllen sind in der neuen Anlage je eine, der Walzen am Plattierungsbehälter und am Entfettungsbehälter angetrieben, wobei der Antrieb der Walze am Entfettungsbehälter, beispielsweise die Walze 17, in einem unmittelbaren Verhältnis zum Antrieb der Walze am Plattierungsbehälter, beispielsweise der Walze 21, steht. Der die Draht-

^annung steuernde Tänzerarm 9 ist für diesen Zweck vorgesehen; er ist im Zuge des Drahtweges zwischen Entfettungsbehälter

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und Umlenkrolle 12 angeordnet und ist in der Lage eine Geschwindigkeitsdifferenz von - 5% zwischen der angetriebenen Walze am Entfettungsbehälter und der angetriebenen Walze am Plattierungsbehälter auszugleichen, so daß der Draht keine Eigenarbeit aufzubringen hat, um sich durch den Entfettungsbehälter zu ziehen, welches eine . erhebliche Auswirkung auf die Qualität des Drahtes hat.

Wie in Fig.4 geaigt, besitzt der Tänzerarm ein Scheibenrad 33a, über das der aus der Entfettungseinrichtung kommende Draht läuft, welches am Ende eines drehbaren, von der Feder 33b vorgespannten Armes 33 befestigt ist. Der Arm ist derart angeordnet, daß seine Dreh- oder Schwenkbewegung eine Änderung im Wert eines elektrischen Widerstandes erzeugt. Der Tänzerarm verursacht somit eine Speicherung des Drahtes zwischen der Walze 20 und der Umlenkrolle 12 oder einen Mangel an Draht zwischen diesen in Abhängigkeit von der Drahtspannung, welche durch die Spannung der Feder ausgeglichen wird. In entsprechender Weise ändert sich der Wert des elektrischen Widerstandes und die Geschwindigkeit der Walze 17 mit Hilfe der nachstehend beschriebenen elektrischen Steuerschaltung.

Um Fehler in der Beschichtungsstärke durch das Erhöhen oder Vermindern der Drahtgeschwindigkeit, beispielsweise beim Anhalten und Anfahren der Anlage beim Auswechseln der Draht- oder Aufwickeltrommel, zu vermeiden, wird ein Steuersystem zur Aufrechterhaltung des Verhältnisses von Antriebsgeschwindigkeit zum Plattierungsstrom verwendet. Dieses stellt sicher, daß das Verhältnis von Abzugsgeschwindigkeit und Plattierungsstrom über den gesamten Plattierungsstrombereich konstant bleibt, und bei Kenntnis der anderen Parameter, wie Drahtdurchmesseru.s.w., kann dieses Verhältnis für eine vorgegebene Beschichtunqs-

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stärke mittels eines verstellbaren Steuerelementes in dem Steuersystem vorgewählt werden. Ein solches Steuersystem ist in Fig.6 schematisch dargestellt. Dieses System arbeitet nach dem Prinzip, die Äbzugsgeschwindigkeit in direkter Abhängigkeit von Plattierungsstrom zu verstellen, obwohl auch ein System denkbar ist, in dem der Plattierungsstrom in direkter Abhängigkeit von der Drahtgeschwindigkeit verstellt wird, jedoch ist letzteres kostspieliger zu realisieren.

Die Walze 21 wird angetrieben und gesteuert von einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 34, der eine Steuereinheit 35 zugeordnet ist. Die Einrichtung 34 kann beispielsweise ein 5 PS-Motor sein. Die Walze 17 wird angetrieben und gesteuert von einer anderen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 36, welche beispielsweise einen 3 PS-Motor enthält und der die Steuereinheit 37 zugeordnet ist. Die Steuereinheiten 35 und 37 steuern die Einrichtungen 34 und 36, d.h. sie messen die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen 21 und 17 in Abhängigkeit von einem Referenzsignal, welches bei dem in Fig.6 gezeigten Steuersystem von dem Plattierungsstrom abhängt. Dieses Referenzsignal erhält man durch den" Spannungsabfall an einem im Plattierungsstromkreis angeordneten Widerstand 38, welches auf den Verstärker 39 und das Potentiometer einwirkt. Das Potentiometer 4O ist derart dimensioniert, daß mit ihm ein bestimmtes Verhältnis Antriebsgeschwindigkeit zu Plattierungsstrom voreingestellt werden kann, und daher ist es ein Verhältnis — Steuer oder Proportionier-Element. Der veränderliche Widerstand 41 steuert das auf die Steuereinheit 37 gegebene Referenzsignal in Abhängigkeit von der Bewegung des Tänzerarmes 33, d.h. er ist der bereits früher erwähnte ver-

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änderliche Widerstand. Da auf diese Weise der Antrieb der Walze am Entfettungsbehälter an den. Antrieb und die Antriebsgeschwindigkeit der Walze am Plattierungsbehälter angepaßt ist, ist eine Änderung der Drehgeschwindigkeit der Walze am Entfettungsbehälter um - 5% zur Kompensation der Drahtspannungsänderungen möglich. Die Änderung der Drehgeschwindigkeit der Walze am Entfettungsbehälter erfolgt automatisch.

Die Zuführung eines Referenzsignals zu den Steuereinheiten 35 und 37 kann auch dadurch manuell gesteuert werden, daß auf "Handsteuerung" umgeschaltet und das Potentiometer 42 von Hand eingestellt wird, um die erforderliche Antriebsgeschwindigkeit für die Walzen zu erreichen. Die Antriebsgeschwindigkeit der Walze am Entfettungsbehälter besitzt weiterhin zwecks Anpassung an die Drahtspannung einen Änderungsspielraum von - 5% in Bezug auf die Walze am Plattierungsbehälter. Da in einer Beschichtungsanlage der beschriebenen Art eine Reihe von variablen Größen zu beachten sind, ist das in Fig.7 gezeigte rechenschieberartige Hilfsmittel zur raschen Ermittlung der notwendigen Einstellung des Plattierungsstromes u.s.w. ent— wickelt worden. Dieses Hilfsmittel enthält einen in Schichtdicken (O-O,O25 mm) geeichten ,Schieber 43, welcher relativ zu einer fest angeordneten in Drahtdurchmessern (0-4 mm) geeichten Skala verschiebbar ist, einen in Plattierungsströmen (O-45OO A) geeichten Schieber 44, welcher relativ zu einer fest angeordneten, in Plattierungswirkungsgraden (90-100%) geeichten Skala angeordnet ist und eine fest angeordnete Skala 45, die in Drahtabzugsgeschwindigkeiten (0-9OO m/min) geeicht ist«

Der Zeiger des rechenschieberartigen Hilfsmittels besitzt einen schwenkbar an dem Schieber 47 befestigten Arm 46, der auf

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irgendeinen, dem Verhältnis Geschwindigkeit: Strom (o-lo) entsprechenden Winkel eingestellt werden kann. Das Steuerelement 4o in Pig. 6 ist daher gleichfalls in zehn Stufen geeicht. Der Schieber 47 ist in dem Schlitz 48 entlang der gesamten Länge des Hilfsmittels verschiebbar. Das Hilfsmittel kann in folgender Weise benutztwerden: Die Schieber 43 und 44 werden derart verschoben, daß ihr Skalenanfang auf den verwendeten Drahtdurchmesser und der Plattierungswirkungsgrad eingestellt ist. Der Arm 46 wird dann unter gleichzeitigem Verschieben des Schiebers 47 in dem Schlitz 48 derart geschwenkt, daß für die gewünschte Beschichtungsstärke die zugehörigen Werte für den Plattierungsstrom, die Abzugsgeschwindigkeit und die Verhältniszahl abgelesen werden können. Das Hilfsmittel kann so ausgebildet sein, daß die Verhältniszahl u.s.w. an der linken Kante des Armes 46 abgelesen werden können. Der Arm 46 kann aber auch aus einem transparenten Werkstoff gefertigt sein und in der Mitte mit einer in Längsrichtung verlaufenden Linie versehen sein.

Bei einer gemäß der Erfindung hergestellten Anlage besitzen die Entfettungs- und Plattierungsbehälter eine Länge von ca. 2 Meter und bei einem Kupferdraht von 3 mm Durchmesser ist der Draht dreizehnmal um die Walze am Entfettungsbehälter und zweiunddreißigmal um die Walze am Plattierungsbehälter geführt. Zur Erzeugung eines Zinnüberzuges von o,oo4 mm mit einem Plattierungsstrom von 2ooo A werden benötigt eine Stromdichte von etwa o,43 A/cm (4oo A/sq.ft), eine Drahtabzugsgeschwindigkeit von 274 m/min (900 ft/min), eine Betriebstemperatur des Elektrolyten von etwa 15⁰C bei einem Elektrolyten, der aus 25 Liter Konzentrat (50$ Sn(BP₂^)₂) auf loo Liter Lösung, 5,99 g/Liter Leim oder Gellantine und 1 g/Liter β -Naphthol besteht. Die Entfettungslösung enthält 124 g/Liter Natriumhydroxyd und 99*83 g/Liter Natriummetasilikat und die Entfettung wird vorge-

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nommen mit einer Stromdichte von ο,22 A/cm (2οο A/sq.ft). Kupferdrähte, die in der beschriebenen Anlage verzinnt worden sind, werden anschließend in konventionellen Ziehanlagen auf den gewünschten Durchmesser heruntergezogen.

Obwohl die Anlage im Zusammenhang mit dem Elektrpverzinnen von Kupfer in Zinnfluoborat beschrieben wurde, kann die Anlage natürlich auch unter Verwendung, anderer Plattierungslösungen auf Fluoboratlösungen für das Elektroplattieren verwendet werden. Beispielsweise kann sie verwendet werden für die Herstellung von Beschichtungen aus Blei, Nickel, Zink oder einer Zinn-Blei-Legierung auf Kupfer- oder Stahldraht. Es ist aber auch möglich, die Anlage zur Herstellung eines korrosionsbeständigen gefärbten Drahtes durch Verzinken von Kupfer- oder Stahldraht in einer Plattierungslösung, der ein-Farbstoff zugesetzt ist, zu verwenden. Nach dem Plattieren kann der Draht in einer konventionellen Ziehanlage auf den gewünschten Durchmesser heruntergezogen werden. Diese Methode zur Färbung eines Drahtes ist wesentlich einfacher und preisgünstiger als die bekannte, bei welcher der Draht nach dem Kalibrieren mit einem farbigen Kunststoffüberzug versehen wird. Ein solcher korrosionsbeständiger, gefärbter Draht kann beispielsweise zur Herstellung von Büroklammern od.dgl. verwendet werden.

13 Patentansprüche

6 Bl. Zeichnungen, 7 Fig.

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Claims

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Patentansprüche;

1. Anlage zur kontinuierlichen Herstellung eines Metallüberzuges auf einem längs bewegten Draht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel, mit denen der Draht mehrfach durch einen oder mehrere, eine Entfettungslösung" enthaltende Behälter geführt ist, wobei der Draht jedesmal um zwei drehbare Walzen, von denen wenigstens eine angetrieben ist, geführt ist, und Mittel zum Führen des entfetteten Drahtes mehrfach durch einen oder mehrere» mit einem ein Salz des niederzuschlagenden Metalls enthaltenden Elektrolyten gefüllte Plattierungsbehälter, wobei der Draht jedesmal um zwei drehbare Walzen, von denen wenigsten eine angetrieben ist, geführt ist, enthält; daß wenigstens eine der Walzen mit der negativen Elektrode und die positive Elektrode einer Gleichstromquelle mit einer oder mehreren, aus dem niederzuschlagenden Metall hergestellten, in den Elektrolyten eintauchenden Anoden verbindbar istj daß die angetriebenen Walzen derart aufeinander abgestimmt sind, daß in Abhängigkeit von der Drahtspannung ein vorbestimmtes Maß an Geschwindigkeitsänderung des Drahtes im Entfettungsbehälter in Bezug auf die Geschwindigkeit der Drahtes mit Plattierungsbehälter ermöglicht ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei übereinander angeordnete Entfettungs- und Plattierungsbehälter vorhanden sind.

3>. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen dort, wo die Drähte um sie geführt sind, mit glatten Oberflächen versehen und an jedem Behälter FührungSr mittel vorgesehen sind, mit denen die Drähte mit Abstand voneinander auf die benachbarten Walzen geführt sind.

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4. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel mit Kerben versehene zylindrische Stäbe sind, deren Längsachse parallel zu den Drehachsen der Walzen verläuft.

5. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel mit Schlitzen versehene kammartige Stege sind.

6. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden als Metallstangen ausgebildet sind, welche oberhalb der und im rechten Winkel zu den Drahtschleifen angeordnet sind.

7. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattierungsbehälter an einer Seite mit einer Leiste und an der anderen Seite mit einer Sammelschiene versehen ist und die Anoden an einem Ende mit einem Knick versehen sind, einen in den Elektrolyten eintauchden Bereich besitzen und an einem Ende auf der Leiste und am anderen Ende auf der Sammelschiene aufliegen.

8. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis f, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Anoden in dem Plattierungstank dicht nebeneinander angeordnet sind, um über den Drahtschleifen eine hydrodynamisch rauhe Fläche zu bilden.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Drahtschleifen zugewandte Oberfläche der Anoden mit einer Wellung versehen ist.

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Ια. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entfettungsbehälter oberhalb der Draht schleifen und in dem Elektrolyten eine mit Löchern versehene, eine hydrodynamisch rauhe Oberfläche bildende
Plußstabilisierungsplatte angeordnet ist.

11. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis Io , dadurch gekennzeich-■ net, daß an den Enden der Entfettungs- und Plattierungsbehälter mit geschlitzten Endleisten versehene Wehre angeordnet sind.

12. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfettungs- und Plattierungsbehälter sowie die Wehre aus steifem Polyvinylchlorid bestehen.

13. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Führung des entfetteten Drahtes vom Entfettungsbehälter zum Plattierungsbehälter ein mit einer Führungsscheibe versehener Tänzerarm vorgesehen ist, welcher gegen die Kraft einer Feder drehbar befestigt ist.

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