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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von porösem
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Metall in Bandform Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von porösem Metall in Bandform. Das Verfahren zeichnet sich dadurch
aus, dass einem nicht leitenden porösen Band aus einem organischen oder anorganischen
Material elektrische Leitfähigkeit verliehen und dass das Band bis zu einer gegebenen
Dicke mit einem galvanischen Überzug versehen ist.
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Bei der Herstellung eines galvanischen Überzugs auf einer porösen
Bahn oder einem Band ist ein gleichmässiger Niederschlag in seinen Poren erforderlich.
Dies stellt ein grosses Problem dar. Die Schwierigkeit der Erreichung eines gleichmässigen
Niederschlags entsteht dadurch, dass sich die Stromdichte in Richtung der Dicke
verändert, d. h. von der Oberfläche des Bands zu seiner inneren Schicht. Je grösser
der spezifische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche des
porösen Bands ist, umso grösser ist
der Spannungsabfall an dessen
inneren Schicht. Somit ist die Stromdichte an der Oberflächenschicht grösser als
an der inneren Schicht. Daher werden freigegebene Metallionen hauptsächlich auf
der Oberflächenschicht niedergeschlagen, während sie an der inneren Schicht knapp
sind. Diese Erscheinung tritt nicht nur auf Grund des spezifischen Widerstands der
elektrisch leitenden Schicht auf, sondern auch auf Grund der Widerstandsdifferenz
des Elektrolyten, resultierend aus dem Abstand zwischen der Kathode und der Anode,
und auf Grund der Polarisierung an der Grenzfläche zwischen der Kathode und dem
Elektrolyt.
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Im allgemeinen ist die Galvanisierungsgeschwindigkeit proportional
dem Produkt aus der Stromdichte und der Stromausbeute. Wenn jedoch bei der galvanischen
Herstellung eines Uberzugs auf einem porösen Glied die Stromdichte zu stark erhöht
wird, kann sie an der Oberflächenschicht übermässig gross werden, so dass die Metallionen
auf Grund der übermässigen Polarisierung in der inneren Schicht knapp werden.
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Daher überschreitet die Stromdichte gegebenenfalls die zulässige -Grenze,
so dass sich Kristalle in Zweig-, Schwamm-oder Pulverform, etwa Nickelhydroxid,
ausscheiden.
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Wenn das Stromdichteverhältnis an der Oberflächenschicht zur Stromdichte
an der inneren Schicht zu gross ist, werden der Unterschied in der Galvanisierungsdicke
zwischen der Oberflächenschicht und der inneren Schicht und die Dichteveränderung
in Richtung der Produktdicke übermässig gross.
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Auch wenn der spezifische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht
zu gross wäre, würde der Spannungsabfall am gerade galvanisierten Band übermässig
gross, und würde die Badspannung extrem ansteigen. Dies macht eine Steuerung der
Stromdichte erforderlich. Somit kann zum Galvanisieren von elektrisch nicht-leitenden
porösen Teilen nur ein Zehntel bis ein Hundertstel der normalerweise zum Galvanisieren
gewöhnlicher Platten oder Drähte verwendeten Stromdichte verwendet werden.
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Zur Gewährleistung einer gleichmässigen Galvanisierung und Erhöhung
der Arbeitsstromdichte, somit der Produktivität, muss der spezifische Widerstand
der elektrisch leitenden Schicht vermindert und der Galvanisierungsvorgang verbessert
werden, wodurch der Spannungsabfall am gerade galvanisierten Band vermindert wird.
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Unter den Verfahren, die einem porösen Band elektrische Leitfähigkeit
erteilen, befinden sich das stromlose Überziehen, das Überziehen mit einer elektrisch
leitenden Farbe, die Kohle-, Silber-, Kupfer- usw.-Pulver enthält, und die Vakuumverdampfung
von Metall. Die Verfahren, durch die der spezifische Widerstand vermindert werden
kann, haben aber den Nachteil hoher Anlagekosten oder eines schwierigen Arbeitsvorgangs.
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Im allgemeinen werden zur kontinuierlichen Galvanisierung einer Kathode
in Bandform Vorschubrollen ausserhalb des Bads für die Lieferung von Strom verwendet.
Ein solches herkömmliches Verfahren ist wirksam für Metallbänder mit einem sehr
geringen spezifischen Widerstand. Wenn es aber zur Galvanisierung eines porösen
Bandes verwendet werden würde, das einen spezifischen Widerstand mit dem 102 bis
105-fachen desjenigen derartiger Netallbänder hat würde das Gerüst des porösen Bands
einen Widerstand darstellen, der einen hohen Spannungsabfall verursacht und eine
grosse Veränderung der Stromdichte in waagerechter Richtung erzeugt.
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Mit anderen Worten, wenn das herkömmliche Verfahren zur Galvanisierung
eines derartigen porösen Körpers verwendet wird, ist die Produktionskapazität extrem
niedrig, da die verwendete Stromdichte begrenzt ist. Versuche zeigen, dass für eine
Arbeitsstromdichte von 0,1 bis 1 A/dm2 die Vorschubgeschwindigkeit 0,1 bis 1 cm/min
beträgt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur kontinuierlichen
Herstellung von porösem Metall in Bandform, das eine verhältnismässig klein bemessene
Anlage benötigt
und die Arbeitsstromdichte um das 10- bis 15fache
und die Vorschubgeschwindigkeit um das 10- bis Ofache erhöht, wodurch die Produktion
drastisch erhöht wird, und das eine gleichmässige Galvanisierungsdicke hervorbringt.
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Dies wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss
erreicht durch Behandlung eines nicht leitenden porösen Bands, um dessen Gerüstoberfläche
elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, und durch anschliessende Bewegung des Bandes
in einem elektrolytischen Bad in enger Berührung mit einem in das Bad eingetauchten,
sich bewegenden Kathode, um das Band bis zu einer gegebenen Dicke mit einem galvanischen
Überzug zu versehen.
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Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur Galvanisierung eines
behandelten porösen Bands mit im wesentlichen gleicher Stromdichte, um dessen Oberfläche
elektrische Leitfähigkeit zu verleihen.
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Ein Problem bei dieser Art des Galvanisierens besteht darin, dass
ein solches zu galvanisierendes poröses Band einen spezifischen Widerstand in der
Grössenordnung des 102 bis 105~flachen desjenigen einer Netallbands hat, selbst
wenn es für elektrische Leitfähigkeit behandelt wurde. Ein wirksames Verfahren zur
Galvanisierung eines solchen Körpers mit einem hohen spezifischen Widerstand besteht
im Anlegen einer Spannung an das poröse Band in Berührung mit einer Zufuhrklemme
in einem elektrolytischen Bad. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, die Abscheidung
oder den Niederschlag von Metall auf den im elektrolytischen Bad eingetauchten Zufuhrklemmen
zu vermeiden. Ein solcher Niederschlag würde nicht nur Anodenmaterial und Galvanisierungsenergie
verschwenden, sondern auch die Glattheit der Klemmenoberfläche beeinträchtigen und
das gerade galvanisierte Band beschädigen.
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Eine Lösung dieses Problems besteht darin, das poröse Band in einem
elektrolytischen Bad in enger Berührung mit einer Kathode in Form einer sich drehenden
Trommel zu bewegen.
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Bei dieser Anordnung ist die Zufuhrklemme im Bad, d. h.
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die Trommelkathode, dem Elektrolyt nicht unmittelbar ausgesetzt, sondern
durch das zu galvanisierende Band vollständig abgeschlossen, so dass sich nur wenig
Galvanisierungsmetall auf dessen Oberfläche niederschlägt.
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Die Erfindung betrifft kurz zusammengefasst ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von porösem Metall in Bandform mit den Schritten der Behandlung eines
nicht leitenden porösen Bands, um dessen Gerüstoberfläche elektrische Leitfähigkeit
zu erteilen, und des sich anschliessenden Bewegens des porösen Bands in einem elektrolytischen
Bad in enger Berührung mit einer in das Bad eingetauchten sich bewegenden Kathode,
um das Band bis zu einer gegebenen Dicke mit einem galvanischen Überzug zu versehen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Verfahrens nach
der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform hiervon;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer aritten Ausführungsform hiervon Fig. 4 eine
schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform hiervon; Fig. 5 einen vergrösserte
Teilansicht eines porösen Glieds mit räumlichem unregelmässigem Ne tzaufb au eines
durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellten porösen Metalls.
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Eine in ein elektrolytisches Bad 2 eingetauchte Vorschubtrommel 1
wird von einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung mit konstanter Drehzahl gedreht.
Elektrischer-Strom wird durch einen an einer Trommelwelle 4 befestigten Schleifring
5 so zugeführt, dass eine gegebene Spannung zwischen der Vorschubtrommel
1
und einer Anode 6 angelegt ist. Ein poröses Band 3, dessen Gerüstoberfläche elektrisch
leitend gemacht wurde, steht in enger Berührung mit dem Aussenumfang der Vorschubtrommel
1 im Bad 2. Somit läuft während des Galvanisierens das Band mit derselben Geschwindigkeit
wie die Vorschubtrommel 2.
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Bei diesem Verfahren, bei dem elektrischer Strom dem zu galvanisierenden
Band von der auf einem gleichmässigen Potential gehaltenen Vorschubtrommel aus zugeführt
wird, ist der Abstand von der Vorschubtrommel auf der Oberfläche des porösen Bands
am grössten, wobei der maximale Abstand etwa gleich der Dicke des Bands ist. Somit
ist die durch den elektrischen Widerstand des Bands bedingte Potentialzunahme beinahe
vernachlässigbar. Dies ermöglicht die Verwendung einer Stromdichte von einigen wenigen
Ä/dm2, selbst wenn das Band einen verhältnismässig hohen Widerstand hat, etwa wie
das mit einer elektrisch leitenden Kohlenstofffarbe beschichtete Band.
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Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass sich die Galvanisierungsbedingungen
mit den Seiten des Bands ändern.
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An der der Anode 6 zugewandten Aussenseite des Bands werden die Metallionen
durch Niederschlag verbraucht, während an der Innenseite des Bands angrenzend an
die Kathodenrolle ein Mangel an Ionen auftritt. Je kleiner der Porendurchmesser
der porösen Bahn ist, umso bemerkenswerter ist diese Tendenz.
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Dieser Zustand ist unzulässig, weil die Niederschlagsnenge auf dem
Bandgerüst sich mit den Seiten des Produkts ändert.
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Zur Vermeidung dieser Tendenz ist die Anordnung von Fig. 2 zu bevorzugen,
bei der zwei mit dem Bad 2 in Fig. 1 identische Bäder verwendet werden, zur Behandlung
beider Seiten des Bands abwechselnd unter im wesentlichen denselben Bedingungen.
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Bei dieser Anordnung werden mehr Ionen auf der Seite 3B des-Bands
im Bad 2A und auf der Seite 3A im anderen Bad 2B abgelagert. Jede beliebige gerade
Anzahl von Bädern kann anstelle von zwei Bädern verwendet werden. Dies gewährleistet
einen
gleichmässigen Niederschlag von Ionen auf beiden Seiten des Bands.
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Dieses eine sich drehende Trommelkathode verwendende Verfahren benötigt
hohe Anlagekosten, da die Kathode einen kreisförmigen Querschnitt hat. Zur Erzielung
derselben Wirkung mit verminderten Anlagekosten kann ein in einem Bad kontinuierlich
bewegbarer elektrisch leitender Riemen anstelle einer Kathodentrommel verwendet
werden. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein elektrisch leitender Riemen
7 in das elektrolytische Bad 2 eingetaucht und durch eine nicht gezeigte geeignete
Antriebseinrichtung mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Bahn vorwärtsbewegt
wird, die durch eine Vielzahl von Führungsrollen 9 festgelegt ist.
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Der leitende Riemen 7 kann entweder, wie dargestellt, endlos oder
in Form eines vor- und zurückbewegten Streifens vorliegen. Elektrischer Strom wird
von zwei Zufuhrklemmen 8, 8' zum leitenden Riemen 7 geliefert zur Anlage einer gegebenen
Spannung zwischen dem Riemen und der Anode 6. Ein poröses Band 3, dessen Gerüstoberfläche
für elektrische Leitfähigkeit behandelt ist, wird im Bad auf einem gegebenen Potential
gehalten, da es in enger Berührung mit dem leitenden Riemen 7 steht. Das Band 3
wird während des Galvanisierens mit derselben Geschwindigkeit wie der Riemen 7 vorwärtsbewegt.
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Der leitende Riemen 7 ist vorzugsweise durch Führungsrollen 9 im Bad
geführt, und läuft somit mit derselben Krümmung, um eine enge Berührung zwischend
dem leitenden Riemen und dem porösen Band zu gewährleisten. Es können Druckrollen
verwendet werden, die das poröse Band 3 gegen den leitenden Riemen 7 drücken. Die
Verwendung eines derartigen leitenden Riemens als Kathode ermöglicht die Erzielung
desselben Ergebnisses, als wenn die Kathode in Form einer Trommel gemäss Fig. 1
oder 2 verwendet wird, wobei sich verringerte Anlagekosten ergeben. Auch bei dieser
Ausführungsform wird vorzugsweise eine gerade Anzahl von Galvanisierungsbädern verwendet
zur Gewährleistung eines gleichmässigen Niederschlags auf beiden Seiten des Bands.
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Beim oben erwähnten Verfahren, bei dem das gerade behandelte poröse
Band in einer Richtung und in der anderen Richtung zurückgebogen wird, wenn es sich
von einem Bad zum nächsten bewegt, kann das Band auf seiner Oberfläche auf Grund
der Biegespannung Risse bekommen, insbesondere wenn es verhältnismässig dick ist.
Ein weiteres Problem derartiger Verfahren, bei denen das poröse Band in enger Berührung
mit der Kathode galvanisiert wird, besteht darin, dass die Niederschlagsmenge in
der mittleren Schicht des Bands in Richtung der Dicke kleiner als auf dessen Oberfläche
ist, wo das poröse Band eine verhältnismässig grosse Dicke und einen kleinen Porendurchmesser
hat. Für den Fall, dass ein solcher Nachteil auftritt, kann das in Fig. 4 gezeigte
Verfahren verwendet werden, bei dem das Band in enger Berührung mit der Kathode
in einem ersten Schritt und ohne Berührung mit der Kathode weiter behandelt wird,
d. h. durch das übliche Verfahren unter Verwendung von Vorschubrollen ausserhalb
des Bads im zweiten und den nachfolgenden Schritten.
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Das poröse Band, dessen Gerüstoberfläche für elektrische Leitfähigkeit
behandelt wird, unterzieht sich dem ersten Schritt des Galvanisierens, bei dem es
vorwärtsbewegt wird in enger Berührung mit einer sich drehenden Vorschubtrommel
aus Metall gemäss Fig. 1 oder mit einem sich kontinuierlich bewegenden leitenden
Riemen gemäss Fig. 3, um einen Niederschlag von 0,1 bis zu einigen wenigen Mikron
Dicke zu erhalten. Dies bedeutet, dass das poröse Band nun die zweite elektrisch
leitende Schicht aufweist, wobei der spezifische Widerstand beträchtlich verringert
ist. Dies ermöglicht die Verwendung einer verhältnismässig hohen Stromdichte (10
A/dm2 oder mehr), selbst von Vorschubwalzen ausserhalb des Bads im zweiten und in
den nachfolgenden Galvanisierungsschritten, wodurch ein Niederschlag bis zur gewünschten
Dicke erhalten wird. Beim ersten Galvanisieren, bei dem das Band von einer Seite
her (nicht von beiden Seiten) galvanisiert wird, ist eine Galvanisierungsdicke von
0,1 bis zu einigen P'Ilkron ausreichend, da die Aufgabe des ersten Galvanisierungsschritts
darin
besteht, den spezifischen Widerstand des zu galvanisierenden Gegenstands zu verringern.
Da die Ixtiederschlagsmenge hauptsächlich durch die zweiten und nachfolgenden Galvanisierungen
bestimmt wird, wird ein gewisser Unterschied in der Niederschlagsmenge zwischen
den Seiten des Bands beim ersten Galvanisieren eventuell vernachlässigbar. Dort,
wo ein solcher geringfügiger Unterschied unerwünscht ist, kann der erste Galvanisierungsschritt
in zwei Schritte unterteilt werden zur Behandlung des Bands in zwei Bädern in der
oben beschriebenen Weise.
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Da dem porösen Band beim ersten Galvanisierungsschritt eine nur geringe
Galvanisierungsdicke (0,1 bis zu einigen wenigen Mikron) gegeben wird, behält es
seine ursprüngliche Biegsamkeit bei. Es kann somit auf Grund des Biegens beim ersten
Galvanisieren keine Risse bekommen.
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Bei diesem Verfahren nimmt der erste Schritt eine nur verhältnismässig
kurze Zeit ein, auf Grund dieser geringen Galvanisierungsdicke. Die Bandvorschubgeschwindigkeit,
die hauptsächlich durch die benötigte 1Niederschlagsmenge im zweiten und in den
nachfolgenden Schritten bestimmt wird, beträgt 10 bis 50 cm/min. Dies Geschwindigkeit
entspricht normalerweise einer Stromdichte von 10 A/dm2 oder mehr.
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Bei der Anordnung von Fig. 4 erfolgt das erste Galvanisieren in derselben
Weise wie in Fig. 1. Es werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Teile verwendet.
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Beim zweiten Galvanisieren und danach sollte das zu galvanisierende
Band in Intervallen mit einem für seinen spezifischen Widerstand geeigneten Galvanisierungestrom
beliefert werden. Beim Verfahren nach der Erfindung hat das zu galvanisierende Band
den maximalen spezifischen Widerstand, wenn es ein Gerüst aufweist, das mit einer
elektrisch leitenden Schicht überzogen ist. Sein spezifischer Widerstand
nimmt
allmählich ab, wenn auf seiner Oberfläche Metall abgelagert wird. Somit sollte bei
einer frühen Galvanisierungsstufe der Abstand zwischen den Zufuhrklemmen klein sein,
um den Spannungsabfall über der grösstzulässigen Grenze zu halten, die normalerweise
10 % der Spannung zwischen der Anode und der Kathode beträgt, jedoch von der Länge
der Anlage, der gewünschten Produktionsgeschwindigkeit usw. abhängt. Da der spezifische
Widerstand bei fortschreitender Galvanisierung abnimmt, kann der Abstand zwischen
den Zufuhrklemmen bei einer späteren Galvanisierungsstufe allmählich erhöht werden.
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Gemäss Fig. 4 wird das im Bad 2 behandelte poröse Band 10 in Galvanisierungsbädern
11, 12 und 13 weiter galvanisiert, so dass eine poröse Netallbahn 14 erzeugt wird.
Das poröse Band 10 wird zuerst im Bad 11 galvanisiert und durch zwei Vorschubrollen
15, 15' und 16, 16' gegenüber Anoden 19, 19' auf einem negativen Potential gehalten.
Das Potential am porösen Band 10 erhöht sich bei Zunahme des Abstands Jedes Paars
von Vorschubrollen 15, 15' (16, 16'), bis er an einer mittleren Stelle 22 ein Maximum
erreicht. Das Potential hängt dort ab von der verwendeten Stromdichte und der Länge
des zu galvanisierenden Bands zwischen den Vorschubrollen 15, 15' und 16, 16'. Es
ist somit möglich, die Potentialzunahme an der mittleren Stelle 22 dadurch unter
der zulässigen Grenze zu halten, dass der Abstand zwischen den Paaren von Vorschub
rollen auf einen geeigneten Wert gemäss der verwendeten Stromdichte eingestellt
wird. Dies gilt für das zweite und das dritte Vad 12 bzw. 13, für die der Abstand
zwischen den Vorsc hubrollen 16, 16' und 17, 17' bzw. derjenige zwischen den Vorschubrollen
17, 17' und 18, 18' in Frage kommt. Gemäss Fig. 4 kann der Abstand zwischen den
Vorschubrollen erhöht werden, da der spezifische Widerstand des Bands abnimmt, wenn
es sich vom Bad 11 zum Bad 12 und danach zum Bad 13 bewegt.
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Wenn auch die Anordnung von Fig. 4 drei Bäder enthält, gilt dasselbe,
wenn das System mehr als drei Bäder enthält.
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Beim Verfahren nach der Erfindung kann die Produktionskapazität nach
Wunsch erhöht werden durch Erhöhung des Durchmessers der Vorschubrolle für den ersten
Galvanisierungsschritt und der Anzahl von Bädern im zweiten und in den nachfolgenden
Schritten, was eine Erhöhung der Bandvorschubgeschwindigkeit ermöglicht. Jegliche
Zunahme der Anlagenbreite erhöht auch die Produktion äe Zeiteinheit. Es besteht
keine Möglichkeit dafür, dass eine Zunahme der Systembreite eine geringe Ungleichmässigkeit
des Niederschlags in Richtung der Breite erzeugt, da das Galvanisieren gleichmässig
über die gesamte Breite des Bands fortschreitet.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist wirksam unabhängig davon, ob
der poröse Körper eben oder räumlich ist. Das Verfahren ist aber besonders wirksam
für räumliche, poröse Teile. Der poröse Körper kann einen räumlichen netzförmigen,
ungewebten oder wabenförmigen Aufbau haben. Fig. 5 ist eine vergrösserte Teilansicht
eines räumlichen unregelmässigen, porösen Körpers aus netzförmigem Metall mit einem
Gerüst 25 und Poren 26.
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Es besteht auch eine gewisse Möglichkeit dafür, dass poröse Körper
mit in ihren Poren eingefangenen Luftblasen galvanisiert werden. Solche Luftblasen
würden einen zufriedenstellenden Niederschlag beeinträchtigen. Bevor das Band in
den Elektrolyt eindringt, sollte vorzugsweise reines Wasser oder ein Elektrolyt
auf das poröse Band gesprüht werden, um die Luftblasen aus den Poren hinauszutreiben.
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Die Hinzufügung eines oberflächenaktiven Mittels zum Elektrolyt ist
ebenfalls wirksam.
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