DE2524055A1

DE2524055A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von metallstraengen unbestimmter laenge

Info

Publication number: DE2524055A1
Application number: DE19752524055
Authority: DE
Inventors: Chih-Chung Wang
Original assignee: Kennecott Copper Corp
Current assignee: Kennecott Corp
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1975-12-18
Also published as: FR2273087A1; JPS512634A; JPS58518B2; GB1478280A; CA1046446A; US3929610A; FR2273087B1

Description

DIpL-In₉. H. MITSCHERLICH D-B MÜNCHEN 22

Dipl.-In₄. K. GUNSCHMANN SteinsdorfstraBe 10

Dr. r.r. not. W. KÖRBER »"'»■«

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

Patentanwälte 30. Mai 1975

KEOTECOTT COPPER CORPORATION

161 East 42nd Street 2524055

New York, Ii.Y., V.St.A.

Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallsträngen unbestimmter Länge

Die Erfindung "bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Strängen aus Metall und betrifft insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum kontinuierlichen Herstellen feiner Stränge aus Metall von unbestimmter Länge auf galvanischem bzw. galvanoplastischem Wege.

Bei einem bekannten Verfahren, das angewendet wird, um feine Drähte oder Streifen aus Metall zu erzeugen, wird das betreffende Metall auf galvanischem Wege auf einer leitfähigen Kathode niedergeschlagen, und der so auf galvanoplastischem Wege erzeugte Draht oder Streifen wird dann von der Kathode abgezogen und aufgespult. Dieses Verfahren erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn sehr feine Stränge mit kleiner Querschnittsfläche hergestellt werden sollen, denn die Herstellung solcher Stränge unter Anwendung des bekannten Ziehrerfahrens ist relativ zeitraubend und zum Teil deshalb kostspielig, weil man eine große Anzahl von Maschinen benötigt, um Ziehvorgänge in der erforderlichen großen Anzahl durchführen zu können.

Bei der galvanoplastik, die auch als "Elektroformung" bezeichnet wird, kommt der Konstruktion und der Form der Kathode sowie der zugehörigen Plattierfläche, auf der das Metall

509851/0776

niedergeschlagen wird, eine ausschlaggebende Bedeutung zu. Bei einer bekannten Methode ist eine ebene Plattierfläche vorhanden, und der Niederschlag wird in einer oder mehreren Nuten erzeugt, mit denen die Plattierfläche versehen ist. Der Boden der bzw. jeder Nut wird gewöhnlich durch die elektrisch leitende Plattierfläche gebildet, während die Seitenwände der bzw. jeder Nut aus einem elektrisch nicht leitenden Material bestehen und dazu dienen, die Plattierfläche so abzudecken, daß sie die Fläche abgrenzen, auf der ein Niederschlag erzeugt werden soll, so daß diese Seitenwände praktisch eine rohe Form bilden, die dazu beiträgt, dem herzustellenden Erzeugnis die gewünschte Querschnittsform zu geben. Ein gebräuchliches Verfahren zum Ausbilden dieser Nuten besteht darin, daß man auf eine leitfähige Fläche eine Schicht aus einem isolierenden Material aufbringt und dann bestimmte Teile der Schicht dort, wo das Vorhandensein einer Plattierfläche zum Erzeugen eines galvanischen Niederschlags erwünscht ist, z.B. durch Abkratzen, eine maschinelle Bearbeitung oder dergl. entfernt. Bei den bis jetzt gebräuchlichen Kathoden dieser Art werden jedoch keine lückenlosen Plattierflächen verwendet, sondern es sind mehrere parallele geradlinige Flächen oder eine unzusammenhängende gekrümmte Plattierfläche, z.B. eine spiralförmige Fläche, vorhanden. Mit Hilfe solcher unzusammenhängender Plattierflächen lassen sich notwendigerweise nur Abschnitte von Metallsträngen erzeugen, von denen jeder eine vorbestimmte Länge hat, die der lückenlosen Länge der Plattierfläche entspricht, auf welcher die Metallstränge erzeugt werden. Solche kurzen Stränge erweisen sich natürlich in zahlreichen Anwendungsfällen als nicht brauchbar, z.B. dann, wenn eine Weiterverarbeitung der Stränge beabsichtigt ist, um aus den Strängen isolierte oder geflochtene bzw. geklöppelte Drahterzeugnisse herzustellen.

Bei einer weiteren Kathode bekannter Art wird ein zylindrischer Kathodenkörper benutzt, der Plattierflächen in Form spiralförmiger oder kreisrunder Nuten aufweist. Ebenso wie bei der beschriebenen Kathode mit einer ebenen Plattierfläche entstehen bei der Benutzung solcher spiralförmiger oder kreisrunder Nuten nur Metallstrang mit einer vorbestimmten länge,

S098S1/077S

Jedoch gibt es auch Verfahren, bei denen mit einer kreisrunden Nut gearbeitet wird, und die es dennoch ermöglichen, Metallstränge von unbestimmter bzw. beliebiger Länge zu erzeugen. Beispielsweise ist in der US-Patentschrift 1 600 252 eine zylindrische Kathode beschrieben, die an ihrer Umfangsfläche mehrere in parallelen Querebenen liegende kreisrunde Nuten aufweist. Wenn man einen Teil jeder dieser kreisrunden Nuten in eine Plattierlösung eintaucht und die zylindrische Kathode dreht, ist es möglich, aus jeder kreisrunden Nut bei ihrem Austreten aus der Plattierlösung kontinuierlich einen Strang von unbestimmter Länge zu entnehmen. Bei diesem Verfahren besteht jedoch ein Nachteil darin, daß es übermäßig viel Zeit in Anspruch nimmt, da die Kathode zur Erzielung einer hohen Strangproduktionsgeschwindigkeit schnell gedreht werden müßte, da es jedoch bei einer hohen Drehgeschwindigkeit nicht möglich ist, den betreffenden Teil jeder Nut so lange in der Plattierlösung zu belassen, daß eine ausreichende Metallmenge niedergeschlagen wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Kathodenkonstruktionen besteht darin, daß sich die Kathoden bei häufiger oder kontinuierlicher Verwendung abnutzen. Dieser Nachteil macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn das isolierende Abdeckmaterial in Form einer dünnen äußeren Schicht mit einer ebenen oder zylindrischen leitfähigen Fläche verbunden ist. Hierbei neigt die isolierende Schicht dazu, sich nach mehrmaliger Benutzung von der leitfähigen Fläche abzulösen. Während des Plattierens lagert sich dann ein Teil des Metalls im Bereich der zwischen der leitenden Fläche und den abgelösten Teilen der isolierenden Schicht ab, so daß Grate oder Ansätze entstehen, die das Abheben des gebildeten Streifens von der Plattierfläche behindern und häufig dazu führen, daß der Streifen beim Entfernen durchreißt oder verformt wird. Ferner sind die schmalen Ränder der isolierenden Schicht sehr empfindlich, eo daß sie durch eine- Sehleifwirkung abgenutzt werden, die beim Abheben des erzeugten Strangs auftritt. Eine solche Abnutzung führt zum Entstehen von Strängen, die über ihre Länge keinen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen.

509851/0776

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektroformungsverfahren zu schaffen, das es ermöglicht, kontinuierlich einen feinen Metallstrang von unbestimmter Länge unter Einhaltung einer hohen Produktionsgeschwindigkeit und einer hohen Maßgenauigkeit herzustellen, bei dem ferner die Abnutzung der isolierenden Abdedkung auf ein Minimum verringert ist, so daß das Entstehen von Graten vermieden wird, die sich in liicken zwischen der Unterlage und der isolierenden Abdekkung hinein erstrecken, bei dem von einer ortsfesten Kathode Gebrauch gemacht wird, und bei dem sich eine zuverlässigere Verbindung zwischen den leitfähigen Teilen der Unterlage und der isolierenden Abdeckung erzielen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines Metallstrangs von unbestimmter Länge geschaffen worden, das Maßnahmen umfaßt, um eine Kathode bereitzustellen, die einen leitfähigen Teil besitzt, welcher eine Plattierfläche in Form einer geschlossenen Schleife mit einer relativ schmalen freiliegenden leitfähigen Fläche aufweist, wobei die Plattierfläche von dem Metall weitgehend abziehbar ist, und wobei ein isolierendes Material ständig in Berührung mit den Bändern der Plattierfläciie stellt und mit den Seitenflächen des leitfähigen feils verbunden ist, welche eich im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläciie erstrecken, um auf galvanischem Wege ein Metall auf der Plattierfläche niederzuschlagen, um den hierbei entstandenen endlosen Metallstrang zu öffnen, und um den Metallstrang dann von der Plattierfläche zu entfernen.

Ferner ist durch die Erfindung eine Kathode für die kontinuierliche Elektroformung von Metallsträngen unbestimmter Länge geschaffen worden, zu der eine leitfähige Basis gehört, die auf einer Seite eine Plattierfläche in Form einer geschlossenen Schleife besitzt, wobei diese Schleife als relativ schmale, freiliegende, leitfähige Fläche ausgebildet ist, wobei die Plattierfläche von dem Metall im wesentlichen abziehbar ist, und wobei ein isolierendes Material vorhanden ist, das ständig in Berührung mit den Händern der Plattierfläche steht und mit

5G98S1/077S

den seitlichen Flächen des leitfähigen Teils verbunden ist, welche sich im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche erstrecken.

Bei dem Elektroformungsverfahren nach der Erfindung wird eine Kathode benutzt, die einen leitfähigen Teil in Form einer geschlossenen Schleife aufweist, welche eine Plattierfläche bildet, die für eine Plattierlösung zugänglich ist. Ein isolierender Teil der Kathode ist mit dem leitfähigen Teil an Flächen verbunden, die in einer Ebene liegen, welche im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche verläuft, und der isolierende Teil steht ständig in Berührung mit den Rändern der Plattierfläche. Eine die Form einer geschlossenen Schleife bildende Schicht aus dem zu formenden Metall, bei dem es sich gewöhnlich um Kupfer handelt, wird galvanisch aus der Plattierlösung auf der Plattierfläche niedergeschlagen. Sobald der Metallniederschlag die gewünschte Stärke erreicht hat, wird die Schicht durchschnitten, und eines der durch den Schnitt erzeugten Enden wird von der Plattierfläche der Kathode abgezogen und einer Aufspuleinrichtung zugeführt. Wenn man sowohl die Ziehgeschwindigkeit als auch die Geschwindigkeit der galvanischen Erzeugung des Niederschlags entsprechend regelt, erhält man einen zusammenhängenden Strang, der die gewünschten Querschnittsabmessungen aufweist. Die Benutzung einer Kathode mit einer Plattierfläche in Gestalt einer Doppelspirale ermöglicht eine wirtschaftliche Ausnutzung der Kathodenfläche und die Erzielung einer außergewöhnlich hohen Produktionsgeschwindigkeit.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise perspektivisch und teilweise schematisch gezeichnete Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Kathode nach Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

509851/0776

Fig. 3 die Draufsicht einer Doppelspiralkathode nach der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen der Kathode nach Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 3, der den Aufbau einer mit Hilfe des Verfahrens nach Fig. 4 hergestellten Kathode erkennen läßt; und

Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt entsprechend Fig. 5 durch eine nach einem anderen Verfahren hergestellte Doppelspiralkathode nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird ein Metallstrang 12 auf einer Kathode 14 gebildet, die in einen Plattierbehälter 16 eingetaucht ist, in welchem sich eine Elektrolytlösung 18 befindet. Nach seiner Entstehung wird der Metallstrang 12 von einer Plattierfläche bzw. einem Steg 20 der Kathode 14 abgeschält und einer Aufspuleinrichtung 22 zugeführt. Gemäß Fig. 1 dienen eine Stromquelle 24 und ein Gleichrichter 26 dazu, der Kathode 14 und einer Anode 28 einen Gleichstrom zuzuführen. Die Kathode 14 ist mit einem eine geschlossene Schleife bildenden Band 30 aus einem leitfähigen Material versehen, das sick gegenüber dem aufplattierten Metall chemisch im wesentlichen neutral verhalt bzw» von dem niedergeschlagenen Metall abstreifbar ist. Mit beiden Umfangsflächen 30a des Bandes 30 sind Schichten 32 aus isolierendes Material so verbunden, daß eine Stirnkante bzw. ein Sand des Bandes freiliegt und eine Plattierfläche 20 bildet.

Bei der Kathode nach Fig. 1 und 2 ist das Band 30 aus einem Streifen eines leitfähigen Materials gebildet, dessen Enden durch Verschweißen oder auf andere Weise so miteinander verbunden sind, daß das Band die Form einer geschlossenen Schleife bzw. eines Rings hat. Das Material des Bandes muß von dem niederzuschlagenden Material abstreifbar sein. Im folgenden soll der Auedruck "abstreifbar" alle Materialien ausschließen, bei denen sich eine Schädigung der Plattierfläche 20 oder

609851/0776

des niedergeschlagenen Metalls ergibt, oder die mit dem Niederschlag physikalisch so reagieren, daß der Niederschlag an der Plattierfläche so fest haftet, daß sich der Strang 12 praktisch nicht von der Plattierfläche trennen läßt. Sollen z.B. Kupferstränge im Wege der Elektroformung hergestellt werden, kann das Band 30 aus nichtrostendem Stahl, Chrom, Titan, Rhenium oder Molybdän bestehen, wobei nichtrostender Stahl wegen seiner geringeren Kosten und seiner leichteren Beschaffbarkeit bevorzugt wird.

Gemäß Pig. 2 hat das Band 30 eine allgemein rechteckige Querschnittsform, und eine Stirnfläche des Bandes bildet die Plattierfläche 20. Somit haben das dargestellte Band 30 und seine Plattierfläche 20 eine kreisrunde Form. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, zahlreiche andere Formen zu wählen, z.B. eine ovale Form, eine Nierenform oder kompliziertere Formen mit Krümmungen oder Wendeln, vorausgesetzt daß die Plattierfläche eine geschlossene lückenlose Schleife bildet. Ferner kann das Band anstelle der dargestellten Querschnittsform auch eine andere Querschnittsform, z.B. eine trapezförmige oder eine dreieckige Querschnittsform erhalten. Die rechteckige Querschnittsform nach Fig. 2 wird jedoch bevorzugt, da das benötigte Material leicht als Walzmaterial zu beschaffen ist, und da die Kantenflächen 20 bei einem solchen Walzmaterial sehr gleichmäßig und daher besonders gut zur Erzeugung entsprechender gleichmäßiger Metallstränge 12 geeignet sind.

Die isolierenden Schichten 32 können aus einem beliebigen Material bestehen, das bezüglich seiner Isolierfähigkeit, seiner Verbindbarkeit mit dem Band 30 und seiner Haltbarkeit die erforderlichen Eigenschaften hat. Die Haftfähigkeit richtet sich unter anderem auch nach der Elastizität und/oder den thermischen Eigenschaften, d.h. die Verbindung zwischen dem isolierenden Material und dem Band muß innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs erhalten bleiben, und der Auedruck "Haltbarkeit" bezeichnet auch die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber dem Plattierbad. Zu den geeigneten isolierenden Materialien gehören Epoxydharze, keramische Materialien und Kunst-

¹ . 509851/0776

252A055

stoffe, z.B. die unter den gesetzlich geschützten Bezeichnungen "Lucite" und "Bakelit" erhältlichen Materialien.

Die isolierenden Schichten 32 werden mit den breiten Umfangsflächen 30a des Bandes 30 so verbunden, daß nur die Plattierfläche 20 zugänglich bleibt. Die Umfangsflächen 30a werden vor dem Anbringen der isolierenden Schichten vorzugsweise mit einer Oxidschicht versehen, da dies zu einer Verbesserung sowohl der Isolation als auch der Verbindung führt. Während man nichtrostenden Stahl oxidieren kann, ist es bei Molybdän, Rhenium und anderen Metallen möglich, sie mit einem Oxid, z.B. Aluminiumoxid, zu überziehen. Um die eigentliche Verbindung herzustellen, kann man eine Presse für metallographische Zwecke benutzen. Beim Herstellen der Kathode werden die über die Ränder des Bandes 30 hinausragenden Randabschnitte der isolierenden Materialschichten so miteinander verbunden, daß sie jeweils einen isolierenden Randabschnitt 34 des Überzugs bilden. Dann schleift man einen Randabschnitt oder beide Randabschnitte ab, um die gewünschte Plattierfläche 20 freizulegen. Somit dienen die isolierenden Schichten 32 dazu, Teile des Bandes 30 abzudecken und die Plattierfläche 20 abzugrenzen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht.darin, daß sich die isolierenden Schichten 32 und die Verbindungsflächen zwischen diesen Schichten und dem Band 30 im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche 20 erstrecken. Sollten sich Teile der isolierenden Schichten 32 von dem Band 30 ablösen, erstrecken sich außerdem alle Metallablagerungen, die sich in den entstehenden Lücken bilden, automatisch allgemein in der Richtung, in welcher der Strang 12 von der Plattierfläche 20 abgezogen wird. Hierdurch verringert sich die Gefahr eines Abscherens oder einer Verformung des Strangs beim Abaiehen von der Plattierfläciie, und außerdem ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Abnutzung der Stirnkanten 36 der isolierenden Schichten 32 beim Abziehen des Strangs. Eine Kathode oder Elektrode der soeben beschriebenen Art läßt sich somit herstellen, ohne daß es erforderlich ist, eine Fläche einer äußeren isolierenden Schicht, die mit einer Plattier-

509851/0776

fläche verbunden ist, durch Einritzen oder mittels einer mechanischen Bearbeitung mit Nuten oder dergl. zu versehen.

Pig. 1 zeigt sohematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Erzeugen feiner Stränge 12 von unbestimmter Länge. Lediglich um ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung zu geben, wird im folgenden die Herstellung eines dünnen Kupferdrahtes beschrieben. Gemäß Pig. 1 ist eine isolierte Leitung 38 vorhanden, die sich durch eine der isolierenden Schichten 32 erstreckt und dazu dient, eine Wechselstromquelle 24 über die negative Klemme des Gleichrichters 26 mit dem Band 30 und daher auch mit der Plattierfläche 20 zu verbinden. Eine weitere isolierte Leitung 40 verbindet die positive Klemme des Gleichrichters 26 mit der Anode 28, bei der es sich um einen Korb 28a aus Platindraht handelt, der Kupferstücke 29 enthält, wobei eine relativ geringwertige Kupfersorte verwendbar ist. Die Kathode 14 und die Anode 28 sind in einem Abstand voneinander in eine Plattierlösung 18 von bekannter Zusammensetzung eingetaucht. Eine zu Versuchszwecken verwendete Lösung enthielt bei Raumtemperatur je Liter 240 g hydratisiertes Kupfersulfat und 39 ml Schwefelsäure.

Bei der Anordnung nach Pig. 1 wird auf der Plattierfläche 20 eine Kupferschicht niedergeschlagen. Die Geschwindigkeit, mit der ein solcher Niederschlag entsteht, richtet sich auf bekannte Weise nach mehreren variablen Größen, z.B. den Abmessungen der Plattierfläche, der Stromdichte und der Konzentration der Plattierlösung. Bei einer bestimmten konstanten Stromdichte an der Kathode ist die Menge des niedergeschlagenen Metalls direkt proportional zur Plattierzeit.

Der entstehende Niederschlag nimmt die Porm der lückenlosen, eine geschlossene Schleife bildenden Plattierfläche an, und der Strang wird durch die Ränder der Plattierfläche und der isolierenden Schichten 36 mit gleichmäßigen parallelen Kanten versehen. Um den Betrieb der Vorrichtung nach Pig. 1 einzuleiten, wird zunächst zugelassen, daß sich auf der Plattierfläche 20 Metall während einer Zeitspanne niederschlägt,

509851/0776

die ausreicht, um eine Schicht mit der gewünschten Dicke zu bilden; dann wird der schichtförmige Niederschlag durchschnitten. Eines der hierbei entstehenden Enden des Strangs wird von der Plattierfläche 20 abgezogen und auf bekannte Weise über eine Umlenkrolle 42 zu einer Aufspuleinrichtung geleitet. Die Aufspuleinrichtung dient dazu, einen kontinuierlich gebildeten Strang aus Kupfer von der Plattierfläche abzuziehen und aufzuwickeln. Wird der Strang 12 durch die Einrichtung 22 unter Einhaltung einer konstanten Laufgeschwindigkeit aufgespult, und bleiben die übrigen Parameter, z.B. die Stromdichte, unverändert, erhält der Strang 12 einen gleichmäßigen Querschnitt, jedoch mit Ausnahme des Anfangsabschnitts, der von der Kathode 14 abgezogen worden ist, und dessen Länge der Umfangslänge der Plattierfläche 20 entspricht. Dieser Anfangsabschnitt hat gewöhnlich eine größere Dicke als der herzustellende Strang, denn der größte Teil dieses Anfangsabsehnitts verbleibt länger auf der Plattierfläche 20 als sämtliche nachfolgenden Abschnitte, wobei die Dicke des Anfangsabschnitts durch die Zeit bestimmt wird, während welcher die erste Schleife gebildet und dann entfernt wird. Im Gegensatz zu dem Anfengsabsclmitt verbleiben alle weiteren Abschnitte des Strangs während der gleichen Zeit auf der Plattierfläche 20, wobei diese Zeit durch die Aufspulgeschwindigkeit der Aufspuleinrichtung, die während jeder Arbeitsperiode konstant gehalten wird, sowie durch die Umfangslänge der Plattierfläche bestimmt wird.

Die mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens erzielbare Produktionsgeschwindigkeit und die Querschnittsabmessungen des erzeugten Strange stehen in Wechselbeziehung miteinander und hängen zum Teil von den gleichen Parametern ab. Zu diesen Parametern gehören die Breite und die Länge der Plattierfläche Durch die Breite der Plattierfläche wird die Breite des Strangs 12 bestimmt, und wenn die übrigen Faktoren konstant gehalten werden, führt eine Verbreiterung der Plattierfläche zu einer Verlängerung der Zeit, die benötigt wird, um eine Schicht mit einer vorbestimmten Dicke zu erzeugen. Die Länge der durch die

509851/0776

Plattierfläche bestimmten Schleife beeinflußt die Wahl ά der Geschwindigkeit, mit welcher der Überzug erzeugt wird, und sie bestimmt in Verbindung mit der Geschwindigkeit des Abziehen des Strangs die Zeit, während welcher jeder Abschnitt des Strangs 12 auf der Plattierfläche verbleibt. Ein weiterer variabler Parameter, nämlich die Abziehgeschwindigkeit, entspricht direkt der Produktionsgeschwindigkeit.

Wenn die übrigen Faktoren konstant gehalten werden, führt eine Erhöhung der Abziehgeschwindigkeit zu einer Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit, doch erhält man in diesem Fall einen dünneren Strang, da der Strang schon nach einer kürzeren Zeit von der Plattierfläche abgezogen wird. Es ist zu bemerken, daß sich die Benutzung einer Plattierfläche von großer Umfangslänge als vorteilhaft erweist, da es hierbei möglich ist, mit einer hohen Abziehgeschwindigkeit zu arbeiten, und da gleichzeitig genügend Zeit zur Verfügung steht, während welcher sich auf der Plattierfläche ein Metallstrang mit der gewünschten Dicke aufbauen kann. Zu den übrigen Parametern, welche die Produktionsgeschwindigkeit und die Querschnittsabmessungen des Strangs beeinflussen, gehören diejenigen, welche sich auf die Geschwindigkeit auswirken, mit denen der Niederschlag entsteht, d.h. die Stromdichte an der Kathode, die Zusammensetzung, Konzentration und Temperatur der Plattierlösung sowie die Beschaffenheit der Plattierfläche. Um ein Beispiel zu geben, sei erwähnt, daß es mit Hilfe einer kreisrunden Kathodenfläche mit einer Umfangslänge von 2000 mm und einer Breite von 10 mm, bei der die Plattierfläche eine Breite von 0,001 mm hat, und die in die vorstehend beschriebene lösung eingetaucht ist, wobei eine Stromdichte von 120 mA/cm aufrechterhalten wird, möglich ist, den Anfangsabschnitt innerhalb von 2 Stunden zu erzeugen, und daß sich danach ein Strang mit einer Querschnittsfläche von etwa 0,0774 mm² mit einer Geschwindigkeit von 1050 mm/h kontinuierlich von der Plattierfläche abziehen läßt.

Der mit Hilfe dieses Verfahrens erzeugte Strang hat gewöhnlich einen abgerundeten rechteckigen oder trapezförmigen

509851/0776

Querschnitt. In vielen Anwendungsfällen ist es erwünscht, einen Strang von rundem Querschnitt herzustellen. Zu diesem Zweck kann man bekannte Zieh- oder Streckverfahren anwenden. Beispielsweise kann man der Aufspuleinrichtung ein oder mehrere Ziehwerkzeuge und Ziehrollen vorschalten, so daß der Strang schon vor dem Aufspulen die gewünschte Querschnittsform erhält. Da schon die Querschnittsfläche des noch nicht gezogenen Strangs relativ klein ist, ergibt sich hierbei eine erhebliche Verringerung der Gefahr, daß der Strang abgeschert wird, oder daß er sich verformt, oder daß überbeanspruchte Abschnitte entstehen.

. 3 zeigt eine bevorzugte Auaführungaform einer Kathode für die erfindungsgemäße Erzeugung von Metallsträngen unbestimmter Länge. Bei der Anordnung nach Fig. 3 bildet die Plattierfläche eine endlose Doppelspirale. Eine solche Form der Plattierfläche entsteht, wenn man spiralförmig ein langes endloses Band aufwickelt, das zwei durch einen kleinen Querabstand voneinander getrennte flache Stränge aufweist, welche an den Enden an schlingenförmigen Abschnitten 44 und 46 ineinander übergehen. Zu den erheblichen Vorteilen dieser Ausführungsform gehört die Tatsache, daß jede vollständige, sich über den Umfang der Plattierfläohe erstreckende Schleife eine relativ große Länge hat, so daß sich eine hohe Produktionegeschwindigkeit erzielen läßt, daß ferner bezogen auf eine Flächeneinheit der Kathode eine hohe Produktionsmenge erzielbar ist, und daß die Plattierfläche entlang ihrer Längsachse keine scharfen Krümmungen aufweist, die das Abziehen des erzeugten Drahtes erschweren könnten.

Fig. 4 veranschaulicht eohematieoh ein Verfahren eum Herstellen einer doppelepiralförmigen Kathode der in yig. 3 gezeigten Art. Bei diesem Verfahren wird ein Streifen 48 aus einem zum Herstellen einer Plattierfläche geeigneten Material, s,B. nichtrostendem Stahl, und zwei als Abstandhalter wirkende Streifen 50 und 51 gleichzeitig von Vorratsrollen 48a, 48b, 50a und 51a aus auf einer Kathodennabe 52 aufgewickelt. Die beiden freien Enden dee Streifens 48 sind hierbei vorher auf

503851/077S

voneinander getrennten Rollen aufgewickelt worden, um die Vorratsspulen 48a und 48b zu bilden, und die Schleife 44 nach Fig. 3 wird gemäß Fig. 4 durch einen Abschnitt des Streifens 48 gebildet, der in der Mitte zwischen den Vorratsrollen 48a und 48b liegt. Die Kathodennabe 52 weist einen Schlitz 54 auf, der es ermöglicht, das schleifenförmige innere Ende 44 des Streifens 48 in die gewünschte Form zu bringen und sie in eine zentrale Öffnung 52a der Kathodennabe einzuführen. Ein zweckmäßiges Verfahren zum Ausbilden der äußeren Schleife 46 derart, daß der Streifen 48 eine endlose Plattierfläche bildet, besteht darin, daß man die freien Enden des Streifens 48 stumpf miteinander verschweißt und die Schweißstelle mit hoher Genauigkeit so schleift, daß sie die gleiche Dicke erhält wie der Streifen 48. Die oder jede Längskante des geschlossenen bzw. endlosen Streifens 48 bildet dann eine Plattierfläche 20.

Gemäß Fig. 5 haben die Streifen 50 und 51 im rechten Winkel zu der Plattierfläche 20 eine kleinere Abmessung als der Streifen 48, und diese Streifen werden während des Wickelvorgangs so zentriert, daß sie durch einen gleichmäßigen Abstand von einer Längskante oder beiden Längskanten des Streifens 48 getrennt sind, was sich jeweils danach richtet, ob ein Plattiervorgang nur auf einer Stirnseite der Kathode oder auf beiden Stirnseiten durchgeführt werden soll. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die als Abstandhalter wirkenden Streifen 50 und 51 nur von derjenigen Fläche der Kathode durch einen Abstand getrennt, die einen galvanisch aufgebrachten Strang 12 trägt. Bei dieser Anordnung ist eine Nut zwischen den Spiralwindungen der Plattierfläche 20 vorhanden. Alternativ können die als Abstandhalter wirkenden Streifen die gleiche Breite erhalten wie der Streifen 48, und die erwünschten Nuten können mit Hilfe eines Ätzvorgangs erzeugt werden. Man kann die Durchführung des Ätzvorgangs dadurch erleichtern, daß man die als Abstandhalter wirkenden Streifen aus Kupfer oder einem für Ätzmittel auf ähnliche Weise angreifbaren Material herstellt. Die Verwendung eines leitfähigen Metalls zur Herstellung der Streifen 50 und 51 bietet außerdem den Vorteil, daß sämtliche Teile

509851/0776

des Kathodenkörpers eine höhere elektrische Leitfähigkeit erhalten. Gemäß Fig. 5 wird die elektrische Leitfähigkeit der Kathode noch durch eine Stützschicht 55 aus Kupfer gesteigert, die in elektrischer Berührung mit sämtlichen Windungen der Streifen 48, 50 und 51 steht.

Gemäß Mg. 5 wird ein Isoliermaterial 56 verwendet, um die in der beschriebenen Weise erzeugte spiralförmige Nut auszufüllen, so daß die Plattierfläche 20 auf ähnliche Weise abgegrenzt wird, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 2 durch die Schichten 32 geschieht, wobei die übrigen leitfähigen Flächen der Kathode isoliert werden. Das Isoliermaterial 56 wird in die spiralförmige Nut in zähflüssiger Form eingebracht, so daß es die Nut ausfüllen kann. Die hierzu erforderliche Viskosität des Isoliermaterials richtet sich in erster Linie nach den Abmessungen der spiralförmigen Nuten. Soll ein Draht mit einem Durohmesser von etwa 0,16 mm hergestellt werden, haben die Nuten z.B. eine Breite von etwa 0,51 mm und eine Tiefe von etwa 2,54 mm, und sie sind durch Plattierflächen oder Stege getrennt, deren Breite etwa 0,1 mm beträgt. Bei der Herstellung von Strängen mit einer Stärke von etwa 0,51 mm haben die Nuten z.B. eine Breite von etwa 1,27 mm und eine Tiefe von etwa 2,54 mm, und sie sind durch Plattierflächen mit einer Breite von etwa 0,33 mm getrennt. Außer der erforderlichen Viskosität muß das Isoliermaterial ferner die bezüglich der Schichten 32 nach Fig. 2 erwähnten Eigenschaften hinsichtlich der Haftfähigkeit, des thermischen Verhaltens bzw. der Elastizität sowie der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Plattierlösung besitzen. Als Isoliermaterial wird gemäß der Erfindung bevorzugt ein mit Füllstoffen versehenes Harz von geringer Viskosität verwendet, das die nachstehende Zusammensetzung hat:

Zusammensetzung Teile

CIBA Araldite 1138 (WZ) Dow DER 736 (WZ) .
Hexahydrothalicanhydrid Polyaaelainpolyanhydrid Be nzyIdimethylamin

503851/0776

35	50
15	75
37
6.
O,

Ein weiteres geeignetes Isoliermaterial ist das Füllstoffe enthaltende Harz von niedriger Viskosität, das von der Firma Emerson and Cuming unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Stycast 2651 MM" auf den Markt gebracht wird.

Um das isolierende Harzmaterial 56 einzubringen, wird die gewickelte Kathode in einer geschlossenen Form angeordnet, in die dann eine Harzmenge eingebracht wird, die ausreicht, um die Kathode vollständig zu überziehen. Durch das Aufbringen von Unterdruck und eine mäßige Erwärmung der Form werden das vollständige Füllen der Nuten und die Entlüftung des Harzes gefördert. Nach dem Füllen der Nuten wird das Harz ausgehärtet, und die Plattierfläche der Kathode wird geschliffen und poliert, um die Plattierfläche 20 freizulegen. Etwa vorhandene Risse oder Unregelmäßigkeiten lassen sich leicht durch Aufbringen von zusätzlichem Harz auf die betreffenden Stellen beseitigen. Sollte der Schleifvorgang zum Freilegen von Teilen der Kupferstreifen 50 und 51 führen, kann man die Kupferstreifen auf eine größere Tiefe wegätzen und sie dann mit dem Harz abdecken.

Zu den weiteren Verfahren, mittels welcher sich eine doppelspiralförmige Kathode herstellen läßt, gehören Verfahren, bei denen eine massive Unterlage aus Metall durch eine maschinelle Bearbeitung oder mit Hilfe eines Photoätzverfahrens mit Nuten der gewünschten Form versehen wird. Fig. 6 zeigt einen Teil einer mittels eines Photoätzverfahrens hergestellten Kathode. Eine Platte 58, die vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl der Sorte 516 besteht, wird auf der bzw. jeder Fläche, an der eine Plattierfläche 20 entstehen soll, mit einem photogmphischen Abdeckmittel überzogen. Die betreffende,Fläche wird vorzugsweise leicht aufgerauht, um ein besseres Anhaften des Abdeckmittels an der Fläche zu gewährleisten. Hierauf wird das Abdeckmittel auf bekannte Welse entsprechend dem zu erzeugenden doppelspiralförmigen Muster belichtet, woraufhin das Abdeckmittel einer entsprechenden Behandlung unterzogen wird; die unbelichtet gebliebenen Flächen des Abdeokmittels werden dann durch Ätzen entfernt, woraufhin die Nuten 60 nach Fig. 6 entstehen. Nunmehr wird eine Schicht aus einem geeigneten

509851/0776

abstreifbaren Plattierflächenmetall, z.B. Chrom, auf die entstandenen Stege aufplattiert oder auf andere Weise aufgebracht, so daß die Plattierfläche 20 entsteht. Das Isoliermaterial wird in der gleichen Weise aufgebracht wie bei der weiter oben beschriebenen gewickelten Kathode nach Fig. 3 bis 5. Schließlich wird wie bei allen schon beschriebenen Kathoden eine isolierte elektrische Verbindung zu der Kathode hergestellt, damit an der Plattierfläche ein Strom von gleichmäßiger Stromdichte zur Wirkung gebracht werden kann. Bei den Ausführungsfonnen nach Pig. 5 und 6 wird diese Verbindung zu der Kupferschicht 55 bzw. 58 hergestellt, wobei sich die Verbindung durch die benachbarte Schicht 56a aus Isoliermaterial erstreckt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind durch die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen geschaffen worden, die es ermöglichen, unter Erzielung einer hohen Produktionsgeschwindigkeit im Wege der Elektroformung feine Metallstränge von unbestimmter Länge und mit sehr gleichmäßigen Abmessungen zu erzeugen, und bei denen eine ortsfeste Kathode benutzt wird, die eine als endlose Schleife ausgebildete Plattierfläche aufweist und mit Abdeckschichten aus Isoliermaterial versehen ist, welche sich im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche erstrecken. Zwar wurde die Erfindung für den Fall beschrieben, daß die Kathode eine oder mehrere allgemein kreisrunde Plattierflächen aufweist, doch ist zu bemerken, daß man auch Kathoden der verschiedensten anderen Form benutzen könnte, vorausgesetzt daß die freiliegende Plattierfläche eine endlose Schleife bildet.

Ansprüche!

S09851/077S

Claims

ANSPRÜCHE

M,-' Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines Metallstrangs von unbestimmter Länge mit Maßnahmen zum Bereitstellen einer Kathode mit einer freiliegenden leitfähigen Plattierfläche, zum galvanischen Niederschlagen des Metalls auf der Plattierfläche sowie zum Entfernen des hierdurch gebildeten Metallstrangs von der Plattierfläche, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Kathode ein leitfähiger Teil gehört, der eine Plattierfläche in Form einer endlosen Schleife mit einer relativ schmalen, freiliegenden, leitfähigen Fläche aufweist, daß die Plattierfläche gegenüber dem niederzuschlagenden Metall im wesentlichen abstreifbar ist, und daß ein Isoliermaterial in lückenloser Berührung mit den Rändern der Plattierfläche steht, mit den Seitenflächen des leitfähigen Teils verbunden ist und sich im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode im unbewegten Zustand gehalten wird, während der Metallstrang von ihr entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kathode und eine Anode mit dem auf der Plattierfläche galvanisch niederzuschlagenden Metall in eine Plattierlösung eingetaucht werden, daß zugelassen wird, daß auf der Plattierfläche eine Metallschicht von vorbestimmter Dicke niedergeschlagen wird, daß der so entstandene Metallstrang durchtrennt wird, und daß eines der hierbei entstandenen Enden des Metallstrangs von der Plattierfläche abgezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der von der Plattierfläche abgezogene Metallstrang in die gewünschte Form gebracht wird.

$09851/0776
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der von der Plattierfläche abgezogene Metallstrang auf einer Spule aufgewickelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der von der Plattierfläche abgezogene Metallstrang im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche von ihr entfernt wird, daß bewirkt wird, daß der Punkt, an dem der Metallstrang von der Plattierfläche abgehoben wird, die genannte geschlossene Schleife kontinuierlich durchläuft, und daß von der Plattierfläche jeweils der dickste Abschnitt der Metallschicht abgezogen wird, welcher im Zeitpunkt des Abziehens auf der Plattierfläche vorhanden ist.
?« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die endlose Schleife als kreisrunde Schleife ausgebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7_f dadurch gekennzeichnet , daß die geschlossene Schleife in l?orm einer Ooppeispirale angeordnet -wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit, mit der das Metall galvanisch niedergeschlagen wird, und die Geschwindigkeit, mit welcher der Metallstrang von der Plattierfläche abgezogen wird, so aufeinander abgestimmt werden, daß der abgezogene Metallstrang die gewünschte Querschnittsfläche erhält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Plattierfläche Kupfer elektrolytisch abgeschieden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall elektrolytisch auf einer Plattierfläche aus nichtrostendem Stahl abgeschieden wird.

509851/0776
12. Kathode zum Gebrauch bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum kontinuierlichen Erzeugen eines Metallstrangs, dadurch gekennzeichnet , daß ein leitfähiges Basisteil (30; 48; 58) vorhanden ist, das auf einer Seite eine Plattierfläche (20) in Form einer geschlossenen Schleife aufweist, die als relativ schmale, freiliegende, leitfähige Fläche ausgebildet ist, daß die Plattierfläche gegenüber dem Metall im wesentlichen abstreifbar ist, daß ein Isoliermaterial (32; 56) vorhanden ist, das in lückenloser Berührung mit den Rändern der Plattierfläche steht, daß das Isoliermaterial mit den Seitenflächen (30a) des leitfähigen Teils verbunden ist, und daß sich das Isoliermaterial im wesentlichen im rechten Winkel zu der Plattierfläche erstreckt.
13. Kathode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierfläche (20) im wesentlichen eben ist und eine konstante Breite hat.
14. Kathode nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß zu dem leitfähigen Teil der Kathode ein Band (30; 48) aus leitfähigem Material gehört, das einen allgemein rechteckigen Querschnitt hat, und daß die Plattierfläche (20) durch eine Randfläche des Bandes gebildet ist.
15. Kathode nach einem der Ansprüche 12 bie 14» dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem leitfähigen Teil (30; 48; 58) und dem Isoliermaterial (32; 56) eine Oxidschicht vorhanden ist.
16. Kathode nach einem der Ansprüche 12 bis 15» dadurch gekennzeichnet , daß der leitfähige Teil (30; 48; 58) aus nichtrostendem Stahl besteht.
17. Kathode nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Isoliermaterial (32; 56) ein Kunststoff ist, der die der gegebenen Beschreibung entsprechenden erforderlichen Eigenschaften bezüglich der Isolierfähigkeit, der Haftfähigkeit und der Haltbarkeit besitzt.

509851/0776

_2o- 252A055
18. Kathode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (32; 56) ein Epoxidharz ist.
19. Kathode nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die geschlossene Schleife eine kreisrunde Schleife ist.
20. Kathode nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die geschlossene Schleife eine Doppelspirale ist.
21. Kathode nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß zu dem leitfähigen Basisteil (48) Windungen aus gewickelten Streifen gehören, die durch als Abstandhalter wirkende Streifen (50, 51) getrennt sind, und daß jeweils ein Rand jedes als Abstandhalter wirkenden Streifens gegenüber der Plattierfläche (20) nach innen versetzt ist, um zwischen den Windungen der gewickelten Streifen des leitfähigen Basisteils Nuten abzugrenzen.
22. Kathode nach Anspruch 21» dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten mit einem Isoliermaterial (56) gefüllt sind«

23« Kathode nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Isolierteterial (56) ein Epoxidharz ist.

Ber/Patentanwalti

509851 /0776