DE4442388A1 - Elektrode mit plattenförmigem Elektrodenträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode mit plattenförmigem Elektrodenträger zum Einsatz in einer elektrolytischen Zelle mit korrosionsbeständigem Abstützmittel, Federelement, Positionierele­ ment oder Strömungsleitelement gegenüber einer Zellenwand, insbesondere Elektrode einer Anordnung zur galvanischen Beschichtung durchlaufenden Bandmaterials, die als Elektroden­ träger einen Kern aus elektrisch gut leitendem Werkstoff aufweist, der von einer Ummantelung aus Ventilmetall umgeben ist und mit äußeren aktivierten Elektrodenteilen elektrisch und me­ chanisch fest verbunden ist.

Aus der EP-PS 04 36 078 ist eine Anodenanordnung mit einer plattenförmigen Anode aus Ven­ tilmetall mit aktiver Oberfläche für elektrolytische Prozesse bekannt, insbesondere für das Ab­ scheiden von Metall aus Metallionen enthaltender Lösung auf einer Unterlage, die mit einem Stromzuleiter aus Ventilmetall verbunden ist; der Strom wird dabei von außen über gut leitende Metalle, wie z. B. Kupfer, Aluminium oder Stahl in die Elektrolysezelle eingespeist, wobei der Strom über einen in den Elektrolyten tauchenden Träger mit Ventilummantelung zu den aufge­ brachten plattenförmigen Anoden geführt wird.

Derartige Elektroden- bzw. Anodenanordnungen werden beispielsweise in Anlagen zur elektro­ lytischen Bandbeschichtung eingesetzt, in denen beispielsweise das durchlaufende Metallband kathodisch geschaltet ist und eine Beschichtung mit Zink, bzw. Nickel vorgenommen wird; eine derartige Bandbeschichtungsanlage, bzw. Stahlbandbeschichtungsanlage ist aus der EP-PS 142 010 oder EP-PS 167 790 bekannt.

Als problematisch erweist sich bei bestehenden galvanischen Bandbeschichtungsanlagen die seitliche bzw. rückwärtige Abstützung des Elektrodenträgers aus einem elektrisch gut leitenden Kern mit Ventilmetall-Umkleidung gegenüber der Innenwand des Gehäuses, wobei beispiels­ weise ein elektrolytbeständiges Anlagenbauteil, wie z. B. Strömungsleitbleche, Abstandshalter und Federelemente gegen die Ventilmetallhülle stößt und diese soweit abnutzt, daß die Gefahr von Elektrolyt eintritt und damit eine Auflösung durch Korrosion des Elektrodenkerns besteht.

Ausgehend von Elektrodenanordnungen, wie sie beispielsweise aus der EP-PS 04 36 078 be­ kannt sind, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die aufgebrachte Ummantelung aus Ventilme­ tall vor mechanischen Beschädigungen zu schützen, wie sie in galvanischen Behältern, bei­ spielsweise durch feste und/oder federnde Abstützungselemente oder Strömungsleitelemente entstehen können, zu verhindern. So wird beispielsweise in bestehenden Galvanik-Anlagen die Zelleninnenseite mit einem federartigen Ventilmetallblech versehen, welches zur Abstützung und Strömungsleitung dient und direkt auf der Ventilmetall-Ummantelung der Elektrode aufliegt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, für eine Elektrodenanordnung, bei der Abstützmittel, Fe­ derelemente, Positionierelemente oder Strömungsleitelemente, welche von der Zellenwand ausgehend die Ventilmetall-Umhüllung des Elektrodenträgers berühren, den Elektrodenträger so zu gestalten, daß auch bei hartem Legierungsmaterial der festen und/oder federnde Abstüt­ zungsmittel, bzw. Leitbleche keinerlei Schäden auf der Ventilmetall-Umhüllung des Elektroden­ trägers entstehen können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei die flexible Handhabung an großen und schweren Elektrodenträgern, wobei die Verwendung von Thermoplasten als Kunststoffkörper zur Schwin­ gungsdämpfung im Elektrolyten beiträgt und somit eine Verschleißminderung an dünneren Bauteilen wie der Ventilmetallumhüllung auftritt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin­ dung sind Fixierelemente als Teil von Befestigungselementen der aktiven Elektrodenteile aus­ gebildet, wobei die Kunststoffkörper auf der den Elektrodenteilen abgewandten Seite der Um­ mantelung des Elektrodenträgers aufgebracht sind.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß die ohnehin erforderlichen Befestigungs- bzw. Verschraubungselemente für die aktiven Elektrodenteile zusätzlich als Befestigungselemente für den Kunststoffkörper dienen, so daß in der Praxis nur ein geringer Mehraufwand an Material und Arbeit erforderlich ist; weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß die Kunststoffkörper auf einfache Weise lösbar sind, falls eine Reaktivierung der betreffen­ den Elektrode erforderlich sein sollte.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verschraubungselemente mit Ausneh­ mungen versehen, in die Fixierelemente für die Kunststoffkörper eingreifen; hierbei erweist es sich als Vorteil, daß der Kunststoffkörper auch auf Elektrodenträger bereits bestehender galva­ nischer Anlagen nachträglich aufgebracht werden kann, so daß hier auf einfache Weise ein ver­ schleißarmer Betrieb ermöglicht wird.

Im folgenden ist der Gegenstand anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Rückseite eines mit Ventilmetall ummantelnden Elektrodenträgers mit aufge­ brachtem Kunststoffkörper, wobei die zugehörigen Elektrodenteile, auf der hier nicht sichtbaren Vorderseite, als Anoden in einer Stahlbandbeschichtungsanlage verwendet werden;

Fig. 2a zeigt ausschnittsweise einen Längsschnitt durch einen Elektrodenträger zusammen mit dem Kunststoffkörper und seiner Befestigung sowie den auf der abgewandten Seite aufge­ brachten aktivierten Elektrodenteilen;

Fig. 2b zeigt in einer Draufsicht und einem Querschnitt jeweils einen Abschnitt eines mit dop­ pelreihigen sowie einreihigen Öffnungen versehenen Kunststoffkörpers, wobei die rechtsseiti­ gen Querschnittsdarstellungen zwecks besserer Erkennbarkeit vergrößert sind.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise im Schnitt einen Teil der Elektrolysezelle zusammen mit einem Wandabschnitt des Zellenbehälters, einen Teil der anodisch betriebenen Elektrode, sowie einen Abschnitt des durchlaufenden Stahlbandes, das kathodisch geschaltet ist.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt einer Explosionszeichnung den Montagezusammenhang der zur Befestigung der Kunststoffleiste notwendigen Bauteile;
Gemäß Fig. 1 besteht die Elektrode 1 aus einem plattenförmigen Elektrodenträger 2, der aus drei Trägerplatten 3 zusammengesetzt ist, einer beidseitigen Halterung 4 mit seitlichen Halte­ rungsarmen 7, 8a, wodurch die Trägerplatten 3 an beiden Seitenkanten zusammenfaßt werden und einer Stromeinspeisung 8b; zur Elektrode gehören weiterhin die in der Figur nicht sichtba­ ren aktiven Elektrodenteile, sowie deren Befestigungselemente 5 auf der den Elektrodenteilen abgewandten Seite des Elektrodenträgers 2, und ein mittels Befestigungselemente 5 und Fixie­ relemente 9 positionierter Kunststoffkörper 6, der in Form einer Kunststoffleiste ausgebildet ist. Der Elektrodenträger 2 bzw. die Trägerplatten 3 bestehen aus einem Elektrodengrundrahmen aus elektrisch gut leitendem Material und einer Umhüllung aus Ventilmetall, vorzugsweise aus Titanblech, welche das eingeschlossene elektrisch gut leitende Metall, beispielsweise Stahl, vor Korrosion schützt. Innerhalb der Ventilmetallumhüllung ist ein Schutzgas, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff mit geringfügigem Überdruck gegenüber der Außenatmosphäre einge­ bracht. Die beiden seitlichen Halterungsarme 7, 8a der Halterung 4 dienen mit ihren horizontal verlaufenden Armen der Aufhängung innerhalb des Gefäßes der elektrochemischen Zelle, wo­ bei ein Druckgasanschluß zur Flutung des Innenraumes der Umhüllungen der Trägerplatten 3 vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stromzuführung in Form von Hohlleitern ausgebildet, so daß ein Kanal für die Zufuhr von Kühlmitteln vorliegt. Die Halte­ rungsarme sind aus Glasfaser-Kunststoff gefertigt.

Auf der Rückseite der Befestigungselemente 5 der aktiven Elektrodenteile befinden sich Aus­ nehmungen, welche mit einem Innengewinde zur Befestigung des als Leiste ausgebildeten Kunststoffkörpers 6 vorgesehen sind, wobei die eigentliche Befestigung der Kunststoffkörper 6 durch Fixierschrauben bzw. Fixierelemente 9 erfolgt, welche durch Langloch-Öffnungen 10 der Kunststoffkörper geführt sind, die eine ausreichende Größe zum Dehnungs-Ausgleich von tem­ peraturbedingten Veränderungen, bzw. Fertigungstoleranzen aufweisen, wie es nachfolgend anhand Fig. 2a näher erläutert ist.

Gemäß Fig. 2a besteht die Trägerplatte 3 des Elektrodenträgers aus einem Grundrahmen 11 aus elektrisch gut leitendem mechanisch stabilem Werkstoff, wie beispielsweise Stahl und einer darauf aufgebrachten Umhüllung aus einem Ventilmetallblech 12, um den Werkstoff des Grundrahmens vor Korrosion durch den Elektrolyten zu schützen. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Elektrodenanordnung ist in der EP-PS 436 078 beschrieben. Dabei ist das hier schematisch dargestellte aktive Elektrodenteil 13 mit einer aufgeschweißten Kontaktbuchse 14 aus Ventilmetall versehen, welche ein Innengewinde 15 aufweist und mittels Innensechskant­ schraube 16 am Elektrodenträger befestigt wird, wobei Innensechskantschraube 16 in ihrem Kopfbereich eine aufgeschweißte Gewindebuchse 17 sowie ein Innengewinde 18 aufweist. In das Innengewinde 18 greift die im Profil T-förmige Fixierschraube 9 ein, welche durch eine Öff­ nung 10 des als Kunststoffleiste ausgebildeten Kunststoffkörpers 6 geführt ist. Zur besseren Justierung und Gegenhalterung der Fixierschraube 9 sind zwei Ausnehmungen 19 in deren Kopfbereich vorgesehen.

Der im Querschnittsprofil dargestellte Kunststoffkörper 6 liegt mit seinen beiden Seitenflanken 22, 23 auf dem ebenen oder durch den Innendruck gewölbten Bereich 34 der Umhüllung 12 aus Ventilmetall auf, während Fixierelement 9 in das Innengewinde 18 der mit der Gewindehül­ se 17 verschweißten Innensechskantschraube 16 eingreift, so daß der erweiterte Kopf 21 des Fixierelements 9 die sich zum Zentrum der Öffnung 10 erstreckenden flanschartige Vertiefung 25 des Kunststoffkörpers 6 gegen die Umhüllung 12 des Elektrodenträgers 2 anpreßt, wobei die eigentliche Befestigung durch Anziehen des als Fixierschraube ausgebildeten Fixierele­ ments mit Hilfe der Ausnehmungen 19 erfolgt. Eine Arretierung bzw. Sicherung der gesamten Fixierschraube 9 wird nach der Fixierung mittels der aus Ventilmetall bestehenden koaxial ein­ drehbaren Madenschraube 35 erreicht. Dadurch erreicht wird gleichfalls eine Sicherheit gegen selbstständiges Lösen des Fixierelements 9. Anhand des Querschnitts nach Fig. 2a ist er­ kennbar, daß bei Aufbringung des Kunststoffkörpers 6 keine korrosionsanfälligen Teile des Grundrahmens 11 dem äußeren Elektrolytbereich ausgesetzt werden.

Anhand der Draufsicht und des Querschnitts nach Fig. 2b sind Abschnitte des Kunststoffkör­ pers mit doppelreihigen und einfachen Befestigungsöffnungen 10 erkennbar, die zwecks Ver­ schiebbarkeit infolge thermischer Dehnung als Langlöcher ausgebildet sind; in Schnitt A-B und C-D ist der jeweilige Querschnitt der Kunststoffleiste vergrößert dargestellt. Die Ausführungs­ form mit doppelreihigen Befestigungsöffnungen ist besonders für großformatige Kunststoffkör­ per geeignet.

Fig. 3 zeigt schematisch aufgebrochen im Schnitt einen Teil einer Elektrolysezelle zum Galva­ nisieren von durchlaufendem Bandmaterial zusammen mit der ebenfalls gebrochen dargestell­ ten Elektrode, wie sie beispielsweise aus der EP-PS 142 010 bekannt ist. Nach Fig. 3 ist die Elektrode 1 mit ihrer Rückseite und somit mit dem Kunststoffkörper 6 zur Wand 28 der teilweise dargestellten Zelle für elektrolytische Anwendungen 29 hin ausgerichtet; zur Abstandshalterung gegenüber der Zellenwand und zur Strömungsregulierung ist ein sich über die gesamte Elektro­ den breite erstreckendes Federelement bzw. Strömungsleitelement 31 vorgesehen ist, das aus einer korrosionsbeständigen Ventilmetall-Legierung besteht, vorzugsweise aus einer harten Ti­ tan-Legierung; das Feder- bzw. Strömungsleitelement ist auch als Abstützmittel bzw. Positio­ nierelement vorgesehen. Das im Verlaufe des Bandbeschichtungsprozesses durch Schwingun­ gen belastete Federelement bzw. Strömungsleitelement 31 ist an der Gefäßwand 28 befestigt und stößt gegen den Kunststoffkörper 6 der Rückseite der Elektrode 1. Auf der dem Kunst­ stoffkörper 6 abgekehrten Seite der Elektrode sind die aktiven Elektrodenteile 13 sowie das durchlaufende Band 32 erkennbar, welches kathodisch geschaltet ist, erkennbar. Die Elektrolyt­ zufuhr erfolgt dabei wie durch Pfeil 33 angedeutet ist, entgegen der Laufrichtung des durchlau­ fenden Bandes 32. Die elektrochemische Anordnung wird somit durch die aktiven Elektroden­ teile 13, welche anodisch geschaltet sind und durch das kathodisch geschaltete Band 32 gebil­ det, wobei der elektrolytisch wirksame Spalt durch den Abstand zwischen Band 32 und der Au­ ßenfläche der aktiven Elektrodenteile 13 gebildet wird. Als Werkstoff hat sich für den Grundrah­ men 11 des Elektroden insbesondere Stahl, Aluminium, Kupfer und deren mit Titan durch Sprengung oder walztechnisch hergestellte Verbindung von Ummantelung bewährt; die Umhül­ lung bzw. Ummantelung erfolgt mittels Titanblech in einer Dicke von 0,5 mm bis 2 mm, wäh­ rend die aktivierten Elektrodenteile und die zugehörigen Befestigungselemente aus Titan beste­ hen; als Werkstoff für den Kunststoffkörper hat sich besonders Polyethylen (PE) und Polypro­ pylen (PP) bewährt.

Fig. 4 zeigt in einer ausschnittsweisen Explosionszeichnung schematisch die Zusammenset­ zung der Bauteile zur Fixierung des Kunststoffkörpers 6 und der aktiven Elektrodenteile 13; das aktive Elektrodenteil 13 ist dabei mit einem T-förmigen Flansch 14 verschweißt, der ein Innen­ gewinde 15 zum Einschrauben der als Befestigungselement 6 dienenden Innensechskant­ schraube 16 aufweist; die Innensechskantschraube 16 ist in ihrem Kopfbereich mit einer aufge­ schweißten Gewindebuchse 17 versehen, in deren Innengewinde 18 die im Profil T-förmige Fi­ xierschraube 9 einschraubbar ist; zwischen dem tellerartigen Flansch des Kopfes 21 der Fixier­ schraube 9 und der Umhüllung 12 des Elektrodenträgers wird der Kunststoffkörper 6 fixiert, wo­ bei der Flansch der Fixierschraube auf der flanschartigen Vertiefung 25 des Kunststoffkörpers 6 aufliegt. Zur Sicherung ist für das Fixierelement 9 Madenschraube 35 vorgesehen, die bei der Montage durch ein Innengewinde 24 des Fixierelements auf die Kopffläche des Innensechs­ kants gepreßt wird und somit das Fixierelement 9 unter Ausnutzung des Kontereffekts dauer­ haft arretiert; der Kontereffekt beruht hier auf das mittels Gegenkraft aufgebrachte Verspannen des Gewindes 24; die Kopfseite der Madenschraube stützt sich auf der Innenseite bzw. Kopfflä­ che 26 des Innensechskants 16 ab und verspannt das Gewinde 24, da im montierten Zustand ein Drehmoment vorhanden ist.

Claims (11)

1. Elektrode mit plattenförmigem Elektrodenträger zum Einsatz in einer elektrolytischen Zel­ le mit korrosionsbeständigem Abstützmittel, Federelement, Positionierelement oder Strö­ mungsleitelement gegenüber einer Zellenwand, insbesondere Elektrode einer Anordnung zur galvanischen Beschichtung durchlaufenden Bandmaterials, die als Elektrodenträger einen Kern aus elektrisch gut leitendem Werkstoff aufweist, der von einer Ummantelung aus Ventilmetall umgeben ist und mit äußeren aktivierten Elektrodenteilen elektrisch und mechanisch fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Abstützmittel, Federelement, Positionierelement oder dem Strömungsleitelement (31) zugewandten Sei­ te der Elektrode (1) ein korrosionsbeständiger Kunststoffkörper (6), aufgebracht ist, der mittels korrosionsbeständiger Befestigungselemente (5) befestigt ist, wobei der Kunst­ stoffkörper zwecks thermischer Ausdehnungsmöglichkeit parallel zur Plattenebene der Elektrode verschiebbar gelagert ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (6) durch ein in Ausnehmungen der Befestigungselemente (5) einsetzbares und arretierbares Fixie­ relement (9) mit T-förmigem Profil auf dem Elektrodenträger (2) gehalten ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierelemente (9) als Teil von Befestigungselementen (5) für die aktiven Elektrodenteile (13) ausgebildet sind, wobei der Kunststoffkörper (6) auf der den einseitig aufgebrachten Elektrodenteilen abgewandten Seite des Elektrodenträgers (2) aufgebracht ist.

4. Elektrode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsele­ mente (5) Innengewinde aufweisen, in die die Fixierelemente (9) zur Halterung bei gleich­ zeitiger Fixierung der Kunststoffkörper (6) eingeschraubt sind.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro­ denträger als einteilige Trägerplatte ausgebildet ist.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro­ denträger (2) in wenigstens zwei Trägerplatten (3) unterteilt ist, von denen wenigstens ei­ ne Trägerplatte (3) mit dem Kunststoffkörper (6) versehen ist.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoffkörper (6) als langgestreckte, im Verhältnis von Breite zu Länge schmale Kunst­ stoffleiste ausgebildet ist, deren Längsachse im wesentlichen horizontal angeordnet ist.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper durch­ gängige Bohrungen, in Form von Langlöchern aufweist, durch die Fixierelemente (9) ge­ führt sind, welche im Innengewinde der Befestigungselemente (5) für die aktiven Elektro­ denteile (13) eingesetzt sind.

9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Langlochbohrungen des Kunststoffkörpers (6) zwecks Verschiebbarkeit und Längenausdehnung gemäß dem Temperaturausdehnungskoeffizienten sich in horizontaler Richtung erstrecken.

10. Elektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Auflage des Kunststoffkörpers an die druckbedingte Ausdehnung der lose aufliegenden Umman­ telung die Fixierelemente (9) in axialer Richtung arretierbar und mittels einer in den Kopf (21) des Fixierelements axial einsetzbaren Madenschraube (35) gegen Lösen gesichert sind.

11. Elektrode nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoffkörper (6) im eingebauten Zustand gegen das an der Zellenwand befestigte Abstütz­ mittel, Positionierelement, Federelement oder Strömungsleitelement (31) stoßend ange­ ordnet ist.