DE3782638T2 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen elektrochemischen behandlung von metallen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrochemischen Behandeln von Metallen. Genauer gesagt, betrifft sie ein Verfahren, das vertikale Zellen verwendet, in denen der Elektrolyt in solcher Weise bewegt wird, daß die gewünschten Strömungsdurchsatzwerte für den Elektrolyten und die Konstanz solcher Werte innerhalb jeder der für die Behandlung verwendeten Elektrolysezellen gewährleistet ist.
• Es ist bekannt, daß elektrolytische Metallabscheidebehandlungen Verfahren sind, bei denen eine große Anzahl von Variablen, wie Temperatur, die Zusammensetzung und der pH-Wert der Elektrolyselösung, die verwendete Stromdichte und die Geometrie der Elektrolysebehandlungszelle eine wichtige Rolle für die Plattierprozeßausbeute und die Qualität der Abscheidung spielen, wie dies in der vom selben Anmelder eingereichten italienischen Patentanmeldung Nr. 48371A/85 beschrieben ist.
• Insbesondere muß eine feste Beziehung zwischen der Stromdichte und den Fluiddynamikbedingungen des Elektrolyten beibehalten werden, um Abscheidungen hoher Qualität zu erhalten, insbesondere bei Elektrolyseprozessen, die hohe Stromdichten verwenden.
• Jedoch fehlt es der Industrie tatsächlich immer noch an Verfahren und Vorrichtungen, die diese Beziehung gewährleisten können und Erzeugnisse konstant hoher Qualität erzeugen, insbesondere, wenn die fraglichen Elektrolyseprozesse mit hoher Stromdichte ausgeführt werden.
• Vorrichtungen für die kontinuierliche elektrolytische Behandlung von Metallen sind bekannt, z. B. diejenige, wie sie im US-Patent Nr. 2,673,836 beschrieben ist. Diese Vorrichtungen sind jedoch nicht zufriedenstellend, da der Elektrolyt in einer Zelle entgegen dem Stromfluß auf den Metallgegenstand trifft, während er in der anderen in paralleler Strömung auf diesen trifft, wodurch der wesentlichen Bedingung konstanter Relativgeschwindigkeit zwischen dem Metallgegenstand und dem Elektrolyten nicht genügt wird. Demgemäß sind mit solchen Vorrichtungen nicht in jeder der Behandlungszellen Behandlungen möglich, die identische Fluiddynamikzustände verlangen. Ein weiterer Nachteil bei derartigen Vorrichtungen ist es, daß die untere Umlenkrolle nicht zur Stromführung verwendet werden kann, da sie in den Elektrolyten eingetaucht ist.
• Wegen des immer größeren Erfordernisses, kontinuierliche elektrolytische Behandlung von Metallgegenständen mit hohen Liniengeschwindigkeiten (200 m/min oder mehr) bei hohen installierten Strömen (etwa 80.000 A pro Einheit) und mit hohen Stromdichten (etwa 200 A/dm²) zu entwickeln, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, dazu in der Lage zu sein, Strom auch über die untere Umlenkrolle zu leiten, um den vom zu behandelnden Metallgegenstand dargebotenen Widerstand zu halbieren und dadurch den installierten Strom für jede Einheit und demgemäß für die gesamte Behandlungslinie zu verdoppeln.
• Verschiedene Vorrichtungen zum kontinuierlichen elektrolytischen Behandeln von Metallgegenstand wurden mit Erfolg entwickelt (italienische Patentanmeldung Nr. 47663A/85 vom selben Anmelder). Diese beinhalten vertikale Elektrolysezellen, in denen die Fluiddynamikzustände in jeder Elektrolysezellen konstant und gleich gehalten werden können. Jedoch kann selbst bei diesen Vorrichtungen kein Strom über die untere Umlenkrolle geführt werden, da diese auch hier in den Elektrolyten eingetaucht ist. Darüber hinaus können bei derartigen Vorrichtungen die Elektrolytströmungen nicht gesteuert und für jede Zelle verschieden eingestellt werden. Tatsächlich wird bei der beschriebenen Zellenanordnung dann, wenn die Strömungen einmal eingestellt wurden, der Elektrolyt in solcher Weise bewegt, daß der aktuelle Strömungsdurchsatz für die erste Zelle dem Strömungsdurchsatz für die anderen Zellen in umgekehrter Richtung entspricht, was der einzige Weg ist, dieselben Fluiddynamikzustände in jeder Zelle zu erhalten.
• Demgemäß war es erforderlich, ein Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Behandeln metallischer Gegenstände sowie eine Vorrichtung mit vertikalen Zellen zum Ausführen des Prozesses zu entwickeln, um perfekte Einstellung der gewünschten Fluiddynamikzustände in jeder der verwendeten Elektrolysezellen zu erzielen, d. h., um zu gewährleisten, daß der Elektrolyt, der einfach durch Ventile, Strömungsmesser, Pumpen und vielleicht durch andere für sich bekannte Strömungseinstellglieder bewegt wird, die geeigneten Fluiddynamikzustände für die auszuführende Behandlungsart wie auch für die Bewegungszustände des zu behandelnden Metallgegenstands garantieren sollte.
• Es war auch erforderlich, daß die erdachte Vorrichtung es gewährleistet, daß die untere Umlenkrolle nicht in den Elektrolyten eingetaucht ist, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Anode und dieser Rolle beseitigt wird, so daß sie zum Führen von Strom verwendet werden kann. Es wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Behandeln von Metallgegenständen entwikkelt, die es erlauben, daß das Vorstehende erreicht wird. In diesem Zusammenhang deckt der Begriff "Metallgegenstand" diejenigen dünnen, kontinuierlichen Metallgegenstände ab, die in ihrer Bewegung abgelenkt werden können, wie z. B. ein Band oder ein Draht.
• Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Behandeln von Metallgegenständen, wie in Anspruch 1 beansprucht, das vertikale Zellen verwendet, in denen der Elektrolyt in solcher Weise bewegt wird, daß Kontrolle der Fluiddynamikzustände in jeder für die Behandlung verwendeten Zellen gewährleistet wird, wobei der Begriff "Kontrolle der Fluiddynamikzustände" das Erzielen der gewünschten elektrolytischen Strömungsdurchsatzwerte und der Konstanz dieser Werte in jeder Zelle bedeutet, wobei impliziert ist, daß diese gewünschten, vorgegebenen Strömungsdurchsätze in jeder Zelle gleich oder verschieden sein können, abhängig von der Art der auszuführenden elektrolytischen Behandlung und von den Betriebsbedingungen, wie z. B. der Laufgeschwindigkeit des kontinuierlich zu behandelnden Metallgegenstands und der Stromdichte. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von Metallgegenständen, wie durch Anspruch 2 beansprucht, mit mindestens einer Elektrolysebehandlungseinheit mit Paaren vertikaler Elektrolysezellen, um eine Bewegung des Elektrolyten in solcher Weise zu erlauben, daß die genannte Kontrolle und Konstanz der Fluiddynamikzustände erzielt wird.
• Gemäß der Erfindung weist das Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Behandeln von Metallgegenständen, das die Kontrolle und Konstanz der Fluiddynamikzustände während des gesamten Verfahrens gewährleistet, die folgende Gesamtheit von Abläufen in Kombination auf:
• - Hindurchführen des zu behandelnden Metallgegenstands durch mindestens eine Behandlungseinheit, die eine erste und eine zweite vertikale Elektrolysezelle aufweist, die einander benachbart und identisch sind und jeweils einen vertikalen Kanal aufweisen, in deren Wänden Elektroden untergebracht sind und die jeweils eine obere und eine untere Verteilungskammer aufweisen; wobei der Metallgegenstand durch eine obere Führungsrolle nach unten abgelenkt wird, vertikal durch die erste Zelle nach unten läuft und dann durch eine untere Führungsrolle nach oben abgelenkt wird und im wesentlichen durch die zweite Zelle nach oben durchläuft, wo er erneut von einer oberen Führungsrolle abgelenkt wird, wobei keine der Führungsrollen in den Elektrolyten eingetaucht ist; welche vertikalen Zellen oberhalb der unteren Rolle in Abdichtungen enden, die in jeder Kammer so untergebracht sind, daß sie sowohl den Durchgang des Metallgegenstands als auch den einer Leckströmung zulassen;
• - Gewährleisten eines steuerbaren Strömungsdurchsatzes des Elektrolyten in jeder Zellen dadurch, daß ein bekannter Hauptstrom eingespeist wird und gleichzeitig zusätzliche, bekannte Ströme eingeleitet werden, um den durch das Auslekken verlorenen Elektrolyten zu ergänzen, wodurch der Elektrolytpegel in jeder oberen Kammer aufrechterhalten wird;
• - Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen dem zu behandelnden Metallgegenstand und den Elektroden.
• Die Zellengeometrie kann so verändert werden, daß sie an die Geometrie der zu behandelnden Metallgegenstand angepaßt ist. Wenn z. B. der Metallgegenstand runden Querschnitt aufweist, weisen auch die Kanäle runden Querschnitt auf. Wenn es sich statt dessen um ein Metallband handelt, sind die Zellen vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, und die Elektroden sind in den zwei Wänden der Kanäle parallel zu den Flächen des zu behandelnden Bandes angeordnet. Die erfindungsgemäße Bewegung des Elektrolyten kann auf verschiedene Weise abhängig davon erzielt werden, ob der Strom mit bekanntem Strömungsdurchsatz den Zellen von unten durch die untere Verteilungskammer oder von oben durch die obere Verteilungskammer zugeführt wird.
• Wenn demgemäß der hauptelektrolytische Strom mit bekanntem Strömungsdurchsatz in die untere Ausdehnungskammer der ersten Zelle eingespeist wird, wird gleichzeitig ein zusätzlicher Elektrolysestrom in diese Kammer eingespeist, um den Strom zu kompensieren, der durch Auslecken durch die Dichtungen verlorenging, wobei die Verluste in geeigneter Weise gemessen werden.
• Der Elektrolyt wird dazu gezwungen, durch diese Kammer zu strömen, und er läuft im vertikalen Kanal der ersten Zelle in die entsprechende obere Kammer hoch, die mit der oberen Kammer der zweiten Zelle in Verbindung steht. Der Elektrolyt bewegt sich dann aufgrund der Schwerkraft im vertikalen Kanal der zweiten Zelle nach unten und erreicht die entsprechende zweite Kammer, aus der ein Teil als Leckverlust verlorengeht und ein Teil über einen besonderen Auslaß ausströmt. Gleichzeitig wird in die obere Kammer ein weiterer zusätzlicher Elektrolytstrom mit bekanntem Strömungsdurchsatz so eingespeist, daß dort ein konstanter Elektrolytpegel beibehalten wird, was z. B. mit Hilfe eines einstellbaren Überlaufs erfolgt. Demgemäß bestimmt die Gesamtheit der Ströme mit bekanntem Strömungsdurchsatz, wie sie über die oberen Kammern eintreten, verringert um die bekannte Strömungsrate, die über einen der Überläufe abläuft, die Elektrolytströmungsdurchsatz in der zweite Zelle.
• Im besonderen Fall, bei dem der über den Überlauf ablaufende Strömungsdurchsatz dem zusätzlichen Strömungsdurchsatz entspricht, sind die Strömungsdurchsätze in den beiden Zellen der Behandlungseinheit gleich, wie sie dem Hauptstrom mit bekanntem Strömungsdurchsatz überlagert werden, der in die untere Kammer der ersten Zelle eingespeist wird.
• Wenn der Hauptstrom mit bekanntem Strömungsdurchsatz in die obere Ausdehnungskammer der ersten Zelle eingespeist wird, wird der Elektrolyt dazu gezwungen, durch den vertikalen Kanal der ersten Zelle nach unten und dann durch den vertikalen Kanal der zweiten Richtung nach oben durchzuströmen, welche Bewegung durch eine Pumpe gewährleistet wird, die den Elektrolyten von der unteren Kammer der ersten Zelle in die untere Kammer der zweiten überführt. Elektrolyt, der durch die Dichtungen als Leckverlust - vom Metallgegenstand mitgerissen - durchläuft, läuft aus diesen Kammern als gemessene Strömung aus. Gleichzeitig wird eine zusätzliche, gemessene Elektrolytströmung in die untere Kammer der zweiten Zelle eingespeist, um die Strömungsverlustströmung auszugleichen. Zusätzlich wird eine weitere abgemessene Elektrolytströmung in die obere Kammer der ersten Zelle in solcher Weise eingespeist, daß z. B. mit Hilfe eines einstellbaren Überlaufs der dortige Flüssigkeitspegel wie gewünscht konstantgehalten wird.
• Im allgemeinen geschieht es, daß die Summe der bekannten, in die obere Kammer eintretenden Strömungsdurchsätze, verringert um den bekannten Strömungsdurchsatz über den Überlauf, den Elektrolytströmungsdurchsatz in der Zelle mit dem nach unten gerichteten Strom bestimmt.
• Insbesondere dann, wenn der Strömungsdurchsatz über den Überlauf dem Strömungsdurchsatz des weiteren, zusätzlichen Stroms entspricht, wird der gesamte Hauptstrom bekannten Strömungsdurchsatzes in die erste Zelle eingespeist und stimmt dort mit dem Strömungsdurchsatz durch die zwei Zellen der Behandlungseinheit überein.
• Durch geeignete Strömungsmesser servogesteuerte Ventile und andere Regel- und Meßsysteme, wie sie Technikern dieser Branche bereits bekannt sind, die möglicherweise die Hilfe zusätzlicher bekannter Einrichtungen, wie Injektoren, Ejektoren und anderer nützlicher Vorrichtungen nutzen, um der Wahl von Betriebsbedingungen und dem Elektrolyttyp zu genügen, werden alle zum Bewegen des Elektrolyten in der gewünschten Richtung mit dem erforderlichen Strömungsdurchsatz in den beiden Zellen jeder Behandlungseinheit verwendet.
• Strömungen, die durch das Dichtungssystem auslecken, sind nicht nur unvermeidlich, weil die Dichtungen den Durchlauf des Metallgegenstands zulassen müssen, sondern sie sind auch erforderlich, da sie eine wichtige Rolle beim Benetzen des Metallgegenstands spielen. Wenn der Metallgegenstand von einer unteren, nicht in den Elektrolyten eingetauchten Rolle abgelenkt wird, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, muß er notwendigerweise vom Elektrolyten benetzt werden, damit das Durchlaufen von Strom durch ihn nicht zu einem elektrischen Bogen führt, was sogar zu einer ernsthaften Beschädigung führen könnte, wenn die untere Rolle als Stromleiter verwendet wird.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die die Bewegung des Elektrolyten zuläßt, wie z. B. die oben beschriebene, weist mindestens eine Behandlungseinheit auf, die aus zwei identischen, vertikalen Elektrolysezellen besteht.
• In jeder Einheit wird der kontinuierlich zu behandelnde Metallgegenstand von einer oberen Führungsrolle abgelenkt, läuft vertikal nach unten durch eine erste Zelle durch, wird durch eine untere Führungsrolle nach oben abgelenkt und läuft von oben nach unten durch die zweite Zelle durch, wo er von einer anderen oberen Führungsrolle abgelenkt wird, wobei keine Führungsrolle in den Elektrolyten eingetaucht ist.
• Jede Elektrolysezelle weist einen vertikalen Kanal auf, an dessen Seiten die Elektroden untergebracht sind, wobei der Kanal eine obere und eine untere Ausdehnungskammer aufweist, wobei die letztere über der unteren Führungsrolle endet, und sie weist Dichtungen auf, die den Durchtritt des zu behandelnden Metallgegenstands zulassen.
• Die oberen Verteilungskammern jeder Einheit sind vorzugsweise über ein Ventil miteinander verbunden, während die unteren Kammern über eine Pumpe miteinander verbunden sind.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der oberen Kammern ist das einer offenen Konstruktion, so daß sie mit einstellbaren Überlaufwehren ausgebildet werden können.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine einzige obere Ausdehnungskammer vorhanden, die den zwei Zellen der Einheit gemeinsam ist, wobei derselbe Elektrolyt, der in der einen Zelle nach unten strömt, durch die obere, gemeinsame Kammer in die zweite Zelle mit Strömung nach unten durchläuft.
• Jede Einheit weist Sammelbehälter und Systeme zum Messen der Leckströmungen auf, wie auch eine Zusammenwirkungseinrichtung für die Steuerung und die Umkehr der Elektrolytströmungen in jeder der Zellen, die die Behandlungseinheit bilden.
• Eine derartige Zusammenwirkungseinrichtung weist Ventile für die Einstellung der Elektrolytströmungsdurchsätze, Pumpen und Strömungsmesser auf.
• Jede der erfindungsgemäßen Behandlungseinheiten ist so ausgebildet, daß sie das Einspeisen des Elektrolyten in die untere Kammer oder die obere Kammer jeder der Zellen zuläßt, die die Einheiten bilden. Darüber hinaus läßt sie es auch zu, daß derselbe Elektrolytstrom jeweils von der ersten in die zweite Zelle eingespeist wird, um jede der die Behandlungseinheit bildenden Zellen unabhängig zu speisen.
• Durch diese Einspeisungen ist es demgemäß möglich, z. B. konstante und gleiche Ströme in jeder Zelle oder, alternativ, verschiedene, eingestellte Ströme in jeder derselben vorliegen zu haben, da die Vorrichtung die gewünschten Elektrolytströmungsdurchsätze und die Konstanz derselben in jeder Zelle gewährleisten kann. Tatsächlich kann einfach durch bekannte Vorrichtungen zum Führen des Elektrolyten in jede Zelle oder aus dieser und durch bloßes Betätigen von Ventilen und Pumpen der Strömungsdurchsatz und die Bewegungsrichtung des Elektrolyten so eingestellt werden, daß sie an die Bewegungszustände des zu behandelnden Metallgegenstands, die verwendete Stromdichte und die Art der auszuführenden elektrolytischen Behandlung angepaßt sind, um die Produktqualität zu optimieren.
• Da die zwei Zellen der Behandlungseinheit gleich sind, können darüber hinaus die Elektrolytströmungen relativ zu einer vorbestimmten Bewegungsrichtung des zu behandelnden Metallgegenstands umgekehrt werden. Demgemäß kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein breiter Bereich von Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Elektrolyten und dem Metallgegenstand erhalten werden. Die Vorrichtung erlaubt es auch, daß Strom über die untere Umlenkrolle zugeführt wird, da das Ausschließen des Elektrolyten den elektrischen Zusammenhang zwischen den Anoden und der Rolle beseitigt, wie oben erläutert.
• Lediglich beispielhaft wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel einer Behandlungseinheit erläutert, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
• Die Einheit von Fig. 1 besteht aus zwei Zellen A und B für elektrolytische Behandlung. Diese Zellen sind identisch, und sie bestehen aus vertikalen Kanälen 1 und 1' mit in den Wänden angeordneten Elektroden 2 und 2'. Jede Zelle endet in einer oberen Verteilungskammer 6 bzw. 6' und einer unteren Kammer 3 bzw. 3', die mit Einrichtungen zum Ein- und Ausströmen eines Elektrolyten ausgestattet sind. In den unteren Kammern, die über eine Pumpe 14 miteinander verbunden sind, sind Dichtungssysteme für den Elektrolyten 4 bzw. 4' untergebracht, die den Durchtritt des zu behandelnden Metallgegenstands 5 zulassen. Ein Elektrolytverlust durch die Dichtungen muß als Leckverlust erwartet werden. Einstellbare Überlaufwehre 7 bzw. 7' sind in den oberen Verteilungskammern 6 und 6' angeordnet, die über ein Ventil 8 miteinander in Verbindung stehen. Es wird dafür gesorgt, daß der Metallgegenstand 5 durch die Zelle A nach unten und durch die Zelle B nach oben läuft, wobei seine Richtung durch obere Rollen 9 und 9' und eine untere Rolle 10 festgelegt wird. Da keine dieser Rollen in den Elektrolyten eintaucht, können sie alle als Leiter verwendet werden. Es ist ein unterer Sammelbehälter vorhanden, der durch eine wasserdichte Trennwand 11 in zwei Teile unterteilt ist, wodurch zwei Kammern 12 und 12' gebildet sind, die Bodenabläufe 13 bzw. 13' aufweisen. Diese Kammern sammeln getrennt den Elektrolyten, der von jeder Zelle herrührt. Es sind Ventile V1 bis V8 sowie V1' bis V8' wie auch ein Ventil 8 zum Einstellen des Elektrolytströmungsdurchsatzes vorgesehen. Eine Pumpe 14, die mit einer Regel- und Umkehrschaltung versehen ist, verbindet die zwei unteren Kammern 3 und 3' miteinander. Verschiedene Beispiele, bei denen die in Fig. 1 schematisch dargestellte Zelle für verschiedene Elektrolytströmungssysteme verwendet wird, werden untenstehend beschrieben.
EINSPEISUNG ÜBER EINE UNTERE KAMMER
• Ein Elektrolytstrom mit bekanntem Strömungsdurchsatz QA wird über das Ventil V1 in die Verteilungskammer 3 eingespeist, 5 aus der ein Teil durch Auslecken durch die Lecksysteme 4 verlorengeht und sich in der Kammer ansammelt, wobei die betroffene Menge am Ablauf 13 gemessen wird. Gleichzeitig wird ein zusätzlicher Elektrolytstrom mit dem Strömungsdurchsatz QADD1 über das Ventil V2 in diese Kammer eingespeist, um die Leckverluste auszugleichen. Auf diese Weise ist QA der Strömungsdurchsatz, der tatsächlich im Kanal 1 strömt. Demgemäß wird dafür gesorgt, daß ein Strom mit dem Strömungsdurchsatz QA ausgehend von der Kammer 3 durch den vertikalen Kanal 1 der Zelle A in die obere Verteilungskammer 6 strömt, wo er durch das normalerweise offene Ventil 8 in die die Zelle B speisende Kammer 6' strömt, zur unteren Kammer 3' nach unten strömt, aus der ein Teil durch Auslecken durch das Dichtsystem 41 verlorengeht, und durch das Steuerventil V3' ausströmt. Gleichzeitig wird ein Zusatzstrom mit dem Strömungsdurchsatz QADD2 durch das Ventil V6' - wobei die Ventile V4' und V5' offen sind, während V4, V5 und V6 geschlossen sind - in die Verteilungskammer 6' eingespeist, so daß der Elektrolytpegel mit Hilfe des Wehrs 7' in den zwei Kammern 6 und 6' konstantgehalten wird.
• Um zu gewährleisten, daß QA mit QB übereinstimmt, ist es erforderlich, da QA bekannt ist und QB der Elektrolytströmungsdurchsatz im Kanal 1' der Zelle B ist, zu gewährleisten, daß der zusätzliche, bekannte Strömungsdurchsatz QADD2 mit der Strömung über das Wehr übereinstimmt; diese Gleichheit der Ströme wird durch das Regelauslaßventil V3' aufrechterhalten.
• Wegen der vollständigen Symmetrie der Vorrichtung ist es möglich, die Elektrolyteinspeisung von der Kammer 3 auf die Kammer 3' zu wechseln, wie dies aus Fig. 1 offensichtlich ist. So kann eine Strömung in derjenigen Richtung erhalten werden, die mit der Laufrichtung des zu behandelnden Metallgegenstands übereinstimmt oder in dazu umgekehrter Richtung, was zum weitestmöglichen Bereich von Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Elektrolyten und dem Metallgegenstand führt.
EINSPEISEN ÜBER EINE OBERE KAMMER
• Ein Elektrolytstrom mit bekanntem Strömungsdurchsatz Q+A wird über das Ventil V6 in die obere Ausdehnungskammer 6 eingespeist, und es wird mit Hilfe einer Pumpe 14, die den Elektrolyten von der unteren Kammer 3 in 3' überträgt, wobei die Ventile V8 und V8' offen sind, während die Ventile V7, V7', V1, V2, V3, V3' und V1' geschlossen sind, dafür gesorgt, daß er im vertikalen Kanal 1 der Zelle A nach unten strömt. Der Elektrolyt wird von der unteren Kammer 3' in den vertikalen Kanal 1' gedrückt, durch den er die obere Kammer 6' erreicht, aus der er über das Wehr 7' überläuft und über das Ventil 4' ausströmt. In den unteren Kammern 3 und 3' besteht ein Leckverlust des Elektrolyten über die Dichtungssysteme 4 und 4', durch die der zu behandelnde Metallgegenstand 5 durchtritt. Die Ausleckströme werden in den Kammern 12 und 12' gesammelt und an den Abläufen 13 und 13' gemessen.
• Gleichzeitig wird ein zusätzlicher Elektrolytstrom mit einem Strömungsdurchsatz Q+ADD1, der der Summe der Ausleckströme entspricht, über das Ventil V2' in die untere Kammer 3' eingespeist, was gewährleistet, daß die Strömungen in den Kanälen 1 und 1' gleich sind. Ferner wird eine zusätzliche Strömung mit Q+ADD2 über das Ventil V6' in die obere Kammer 6 eingespeist, so daß der Pegel dort durch das Wehr 7 konstantgehalten wird. Wenn die Strömung über das Wehr mit der zusätzlichen Strömung Q+ADD2 übereinstimmt, strömt der gesamte eingespeiste Fluß Q+A in die Zellen A und B. Da die Vorrichtung vollkommen symmetrisch ist, kann der Elektrolytfluß so umgekehrt werden, daß er von der Zelle B zur Zelle A fließt, was dadurch erfolgt, daß in den oberen Behälter 6' eingespeist wird und die Richtung der Pumpe 14 umgekehrt wird, was durch Öffnen der Ventile V7 und V7' und durch Schließen der Ventile V8 und V8' erfolgt, wie es aus Fig. 1 offensichtlich ist. Dadurch ist es möglich, Strömungen in derselben Richtung, wie sie der zu behandelnde Metallgegenstand aufweist, oder in der zu diesem umgekehrten Richtung zu erhalten, was zum weitestmöglichen Bereich von Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Elektrolyten und dem Metallgegenstand führt.
• Die bisherige Beschreibung wurde für Strömungsmuster desselben Elektrolyten von einer Zelle in die andere in derselben Einheit gegeben. Um besonderen Erfordernissen zu genügen, kann jede Zelle durch Schließen der Ventile 8, V7, V7', V8 und V8' mit verschiedenen Elektrolytströmungen gespeist werden.
• Mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, verschiedene elektrolytische Behandlungen in derselben Linie zu erzielen, z. B. ein Abscheiden von Metallen und/oder Legierungen auf zu behandelnden Substraten, Beizen und andere Behandlungen, was demgemäß zu großer Flexibilität und Vielseitigkeit von Anlagen führt, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwenden. Insbesondere kann elektrolytische Abscheidung von Zink und/oder Legierungen davon in vorteilhafter Weise bewirkt werden.
• Es ist demgemäß offensichtlich, daß mit der Erfindung durch bloßes Ändern der Betriebseinstellungen einiger weniger Ventile und Pumpen jeder Elektrolytströmungszustand, der für die Zellen erwünscht und/oder erforderlich sein kann, erzielt werden kann, was es erlaubt, daß elektrolytische Behandlung auf die beste Weise ausgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann darüber hinaus nicht nur auf herkömmliche Fertigungslinien angewendet werden, sondern auch auf solche, die hohe Stromdichten - selbst in der Größenordnung von 200 A/dm² und höher - verwenden, und die auch hohe Ströme für jede Behandlungseinheit verwenden, selbst von 80.000 A und mehr, wobei der zu behandelnde Metallgegenstand mit Geschwindigkeiten von 200 m/min oder mehr läuft.
• Arten von Elektroden, die in Elektrolysezellen für Behandlungen verwendet werden können, wie sie mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden, können entweder lösliche oder unlösliche Anoden sein, die als ein Element oder als mehrere entlang zweier zugewandter Wände der Zellen angeordnet sind.
• Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, da der zu behandelnde Metallgegenstand von Umlenkrollen geführt wird, diese Rollen nicht in die Elektrolytlösung eingetaucht sind, so daß sie alle als Stromleiter verwendet werden können, was den elektrischen Widerstand halbiert, wie er vom Metallgegenstand dargeboten wird. Da die Anzahl der Führungsrollen verdoppelt ist, kann auch der in einer Behandlungslinie eingerichtete Strom verdoppelt werden. Dies ist insbesondere z. B. im besonderen Fall eines Elektroplattierprozesses eines Metallbandes von Vorteil, da dieselbe Anlagenproduktivität sowohl bei einseitigem als auch bei zweiseitigem Beschichten beibehalten werden kann, wobei das Gewicht der elektrolytischen Abscheidung ohne Anlagenstillstand verdoppelt wird. Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Tatsache, daß das Verfahren nutzende Anlagen, die erfindungsgemäße Vorrichtung und die beschriebenen elektrolytischen Fluidströmungswege einfach entworfen werden können, daß sie kompakt, leicht und flexibel sind und einfach an verschiedene Herstellerfordernisse angepaßt werden können.

Claims (8)

1. Verfahren zur kontinuierlichen elektrolytischen Behandlung eines abbiegbaren dünnen kontinuierlichen Metallgegenstands, wobei der Gegenstand in mindestens eine Behandlungseinheit mit einer ersten vertikalen Elektrolytzelle und einer zweiten benachbarten vertikalen Elektrolytzelle eingeführt wird, wobei jede Zelle ein Elektroden enthaltendes vertikales Rohr sowie obere und untere Führungsrollen umfaßt, die so angeordnet sind, daß im Betrieb der Metallgegenstand durch eine obere Führungsrolle nach unten umgelenkt wird, die erste Zelle vertikal nach unten durchläuft, sodann von einer unteren Führungsrolle nach oben umgelenkt wird, die zweite Zelle vertikal nach oben durchläuft und dann von einer weiteren oberen Führungsrolle umgelenkt wird, wobei keine der Führungsrollen in den Elektrolyt eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in jeder Zelle zwischen oberen und unteren Verteilkammern zirkuliert, wobei über der unteren Rolle angeordnete Dichtungen eine geringe Leckage des Elektrolyts gestatten, wobei der Elektrolyt in die erste Zelle in Aufwärtsrichtung eingeleitet wird und die zweite Zelle in Abwärtsrichtung passiert, während der zu behandelnde Metallgegenstand die erste Zelle in Abwärtsrichtung und die zweite in Aufwärtsrichtung durchläuft, oder in die zweite Zelle in Aufwärtsrichtung eingeleitet wird und die erste Zelle in Abwärtsrichtung passiert, während der zu behandelnde Metallgegenstand die erste Zelle in Abwärtsrichtung und die zweite in Aufwärtsrichtung durchläuft.

2. Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrolytischen Behandlung von abbiegbaren dünnen kontinuierlichen Metallgegenständen, umfassend mindestens eine Behandlungseinheit mit zwei identischen vertikalen Elektrolytzellen, wobei

- jede Elektrolytzelle ein seitlich geschlossenes vertikales Rohr umfaßt, in dessen Wänden Elektroden untergebracht sind und das eine obere und eine untere Ausdehnungskammer aufweist,

- jede Einheit mit Behältern zum Sammeln der Leckströme und mit zusammenarbeitenden Einrichtungen zur Regulierung von Richtung und Durchsatz der Elektrolytströmung in jeder Zelle versehen ist,

- die unteren Verteilkammern mittels einer Pumpe miteinander verbunden sind,

- die oberen Verteilkammern mittels mindestens eines Ventils miteinander verbunden oder offen und mit einstellbaren Überlaufwehren versehen sind, und

- über und unter den Elektrolytzellen Umlenkrollen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Elektrolytzellen von vertikalen Rohren mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Elektrolytzellen von vertikalen Rohren mit rundem Querschnitt gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zusammenarbeitende Einrichtung Ventile zur Steuerung der Elektrolytströmungs- Durchsätze, Pumpen und Strömungsmesser umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die oberen Verteilkammern durch eine einzelne gemeinsame Ausdehnungskammer für die beiden Zellen der Einheit ersetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, umfassend einen Behälter zum Auffangen von Leckströmen, wobei der Behälter mittels eines leckdichten Unterteilelements in zwei Teile unterteilt ist, die getrennte Kammern bilden, an deren Boden Auslässe vorgesehen sind, wo die von jeder unteren Kammer herkommenden Ströme separat aufgefangen und beim Verlassen durch die Auslässe hindurch gemessen werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Umlenkrollen einschließlich der unteren als Stromleiter dienen.