DE618243C - Anordnung zur elektrolytischen Herstellung duenner Metallbleche und Metallfolien - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung -ist eine Anordnung zur galvanoplastischen Herstellung dünner Metallbleche und Metallfolien auf einer wiederholt zu benutzenden Hauptkathode unter Zuhilfenahme einer Hilfskathode. Zweck der Erfindung ist insbesondere die Herstellung von Blechen oder Folien mit scharf abgegrenzten Kanten von gleicher Stärke wie der Mittelteil, unter Vermeidung

xo der Abscheidung von Metall an unerwünschten Stellen der Kathode. Die Erfindung eignet sich besonders zur ununterbrochenen Herstellung von dünnen Kupferfolien.
. Die Herstellung solcher Kupferfolien durch Niederschlagung des Metalls auf einer rotierenden trommeiförmigen Kathode unter ständigem Abziehen des Niederschlages ist schon vor längerer Zeit versucht, aber bisher noch nicht technisch vollkommen durchgeführt

ao worden, weil dabei zahlreiche Schwierigkeiten auftraten, insbesondere die Schwierigkeit, Folien mit scharfgeschnittenen Kanten zu erzeugen und die Metallablagerung oder Knospenbildung auf Teilen der rotierenden Kathode zu verhindern, wo eine solche nicht stattfinden soll.

Beim Niederschlagen von Metall auf der Oberfläche einer Trommelkathode, der eine Anode gegenübersteht, wird das auf der Kathode niedergeschlagene Blech an den Kanten gewöhnlich dicker als an anderen Stellen. Dies rührt davon her, daß die Vorderflächen, die Kanten und die Rückseite der Anode gegen den Elektrolyten freiliegen, während die Trommelkanten und häufig auch Teile des gekrümmten Trommelumfangs nahe den Kanten durch einen isolierenden Überzug abgedeckt sind. Infolgedessen fließt der von den Kanten und der Rückseite der Anode eintretende Strom, der den nächsten Weg zur Kathode zu nehmen sucht, zu den Kathodenkanten, und es !entsteht infolgedessen an diesen Kanten eine höhere Stromdichte als an anderen Teilen der Kathode, so daß an diesen Kanten eine stärkere Metallabscheidung eintritt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung getroffen, daß der Teil des Elektrolyten, der die nicht mit Metall zu belegenden Teile'der Hauptkathode bespült, von der Hauptmenge getrennt ist und die in diesem Teil des Elektrolyten angeordnete Hilfs-. kathode auf einem niedrigeren Potential als die Hauptkathode gehalten ist.

Dabei kann man mehrere Zellen in Reihe schalten und die Hilf skathode jeder Zelle mit der Hauptkathode der nächstfolgenden Zelle zusammenschalten. Man kann die Hilfs-

kathode jeder Zelle aber auch mit einem Punkt der elektrischen Leitung hinter der Haiiptkathode der nächstfolgenden Zelle in Reihe schalten, um auf diese Weise die Hilf skathode auf einem niedrigen Potential zu halten als die zugehörige Hauptkathode.

Die Hauptkathode besitzt zweckmäßig Trommelform, tmd ihre zylindrische Oberfläche liegt der Anode gegenüber, während ίο der abgetrennte Teil des Elektrolyten die Seitenfläche der Trommel bespült.

Die Zeichnung veranschaulicht mehrere beispielsweise Ausführungsformen.

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt durch den Trog und die Trommelkathode, Fig. 2 ein Querschnitt. Fi|g. 3 "und 4 sind Teüschnitfce in vergrößertem Maßstab·. Fi|g. 5 ist ein Schaltschema einer Troghatterie. Fig. 6 bis 8 sind schematieche Darstellungen des Stromflusses zwischen den. Anoden und Kathoden. Der mit Blei ausgeschlagene Trog 10 trägt in Lagern 11 die Welle 12 der Trommelkathode 13, die zweckmäßig auf kupfernen Armkreuzen oder Scheiben 14 den Kupferzylinder 15 trägt. Die Niederschlagfläche wind von ©inem Bleizylinder 16 gebildet; die Seitenflächen der Trommel sind gleichfalls mit Blei belegt. Auf der Trommelwelle sitzt ein Scheibenkontakt 17, der in einem Quecksilbertrog 18 umläuft.

Auf einem Gestell 19 am Boden des Trogs sind zwei segmentförmige Anoden 20 nahe der Trommeloberfläche angeordnet, die unten durch eine Lücke 21 voneinander getrennt sind, durch die Luft aus einem Druckluftrohr 22 eingeblasen wird, um die Räume zwischen den Anoden und der Trommel dauernd mit frischem Elektrolyten zu speisen. Die Anoden liegen mit Leisten 23 auf Stromschienen 24 an der Trogoberkante auf und sind an ihren Seitenkanten mit isolierenden Deckrinnen ßS abgedeckt, die den seitlichen Stromübergang in die Lösung verhindern.

Der Bleibelag 16 auf dem Trommelumfang steht beiderseits etwas über die Trommel vor (Fig. 3), und ein Bleiring i6^e (Fig! 7) bildet einen seitlich vorspringenden Flansch, der so ausgeschnitten ist, daß eine Kreisrinne 26 entsteht, von der Löcher 27 diurch den Flansch hindurchtreten. Oberhalb des Flansches x6^a ist zwischen diesem und einem Klemmring 30 auf j eder Seite der Trommel ein Abschlußstreifen 28 eingeklemmt, der bis zur Trogwand reicht und zweckmäßig aus einem Gummistreifen besteht, dessen Innenkante in die Rinne 26 hineinragt und der außen durch eine Rippe 29 auf dem Flansch i6^a gestützt wird. Wenn der Streifen auf den Flansch straff aufgelegt ist und seine Enden durch Kautschukkitt o. dgl, miteinander verklebt worden sind, wird der Klemmring aus Blei aufgebracht, fest angezogen und seine Enden durch Erhitzen miteinander verschweißt. Die eine Seite des Ringes bildet dann die eine Seitenwand der Rinne 26, und der Ring ist von der Trommel isoliert.

Der Teil der Rinne, der unter dem Elektrolytspiegel liegt, wird durch eine endlose Gummischnur 31 abgeschlossen, die über Scheiben 32 auf der oberen Trogkante läuft und sich dann quer über die Stirnfläche der Trommel erstreckt (Fig. 2). Zweckmäßig werden runde Schnüre von wesentlich größerem Durchmesser als die Rinnenbreite verwendet, die sowohl die Kanten des Metallniederschlags als auch die Rinnenkanten voll überdecken,

Fig. i. und 3 lassen erkennen, daß die Schnüre einen beträchtlichen Teil des Abstandes zwischen Trommel und Anoden überdecken und den Zwischenraum zwischen Trommel und Anoden daher erheblich verkleinern. Da die eine Verdickung der Niederschlagsränder bewirkende höhere Stromdichte an den Niederschlagskanten durch Ströme verursacht wird, die an den Kanten der Anode austreten, falls diese nicht abgeschirmt sind, führt die Verringerung der Elektrolytmenge zwischen der Anode und der Trommel in der Nähe der Kanten zu einer Verringerung dieses Stromflusses, so daß durch die Anordnung der Gummischnüre eine Verdickung der Niederschlagskanten verhütet wird. -Um dies ausreichend herbeizuführen, müssen die Schnüre genügend weit über dieKathode vorspringen und den Strom- weg beträchtlich verengern. Stehen die Sdmüre nicht hinreichend von der Kathode aus vor oder sind die Anoden von der Kathode so weit entfernt, daß die Schnüre den Stromweg nicht merklich einschnüren können, so läßt sich durch die Anordnung der Schnüre eine Verdickung der Ränder des Niederschlags nicht verhüten oder auch nur herabsetzen, tos

Seitlich der Trommelkathode sind eine oder mehrere Hilfskathoden 34 mittels isor lierender Träger 35 (Fig. 3) an der Trogwand befestigt, die in den Teil des Elektrolyten eintauchen, der von dem ringförmigen Abschlußteil 28 umschlossen wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind an jeder Seite der Trommel zwei Hilfskathoden vorgesehen, die auf einem niedrigeren Potential gehalten werden als die Hauptkathode, zweckmäßig durch entsprechende Schaltung der Hilfskathoden in der elektrischen Anlage der Hauptkathode oder durch Speisung aus einer besonderen Quelle. Statt die Hilfskathoden an der Trogwand anzuordnen, kann man auch einen leitenden Ring auf einer isolierenden Unterlage 37 (Fig. 4) an jeder

Trommelseite vorsehen, wobei der Kontakt mit dem Ring durch Bürsten hergestellt wird. Fig. S zeigt ein Trogbatterie, bei der die Tröge in Reihe geschaltet sind und die Anoden 38 des ersten Trogs am positiven Pol der Energiequelle in Serie liegen. Die Hauptkathode des ersten Trogs ist hier durch eine Leitung 39 mit den Anoden 40 des zweiten Trogs, die Hauptkathode 41 des zweiten Trogs durch eine Leitung 42 mit den Anoden 43 des dritten Trogs verbunden. Die Hilfskathoden jedes Trogs können dann mit irgendeinem Punkt jenseits der Hauptkathode des nächstfolgenden Trogs in Verbindung stehen.

Bei der dargestellten Ausführungsform führt eine Zweigleitung 44 von der Leitung 42 zurück zu den Hilfskathoden 45 des ersten Trogs, so daß die Hilfskathoden auf einem niedrigeren Potential gehalten werden als die Hauptkathoden desselben Trogs. Gleiche Verbindungen sind in der zweiten Batterie vorgesehen, so daß die Tröge in·Reihe mit Strom gespeist werden und ihre Hilfskathoden ein niedrigeres Potential aufweisen als dieHauptkathode. Die Hilfskathoden im letzten Trog werden auf dem richtigen Potential entweder dadurch gehalten, daß sie mit einem das richtige Potential tragenden Punkt in der Anlage verbunden sind, oder es können auch besondere Mittel hierfür vorgesehen sein.

Die Anordnung der Hilfskathoden neben der Trommelkathode verhindert eine Knospenbildung an den Stirnflächen der Trommel und eine Ablagerung von Metall längs der Trommelkanten, durch die diese Kanten zackig werden könnten. Die Hilfskathoden können auch dazu mitwirken, eine Verdickung der Metallablagerung längs den Kanten zu verhindern. Man hat zwar schon vorgeschlagien, eine solche Hilfskathode dort anzuwenden, wo ein Metallniederschlag an unerwünschten Stellen verhindert werden soll; diese Hilfskathode war aber immer direkt mit der Hauptkathode verbunden, so daß beide das gleiche Potential hatten. Der Zweck dieser älteren Hilfskathoden war lediglich die Teilung des Niederschlags, derart, daß ein .Teil des ausgeschiedenen Metalls sich auf der Hauptkathode, der Rest auf der Hilfskathode niederschlagen sollte, und die durch die Hilfskathode bewirkte Regelung erfolgte nur durch Regelung der Form, Größe und Lage der Hilfskathode gegenüber der Hauptkathode. Ihre Wirkung ist also von der der Hilfskathode gemäß der vorliegenden Erfindung . grundsätzlich verschieden; denn Her besitzt jede Hilfskathode ein niedrigeres Potential als die Hauptkathode, so daß letztere nicht als Anode gegenüber der Hilfskathode wirkt.

Der abgeschlossene Elektrolytteil, in dem die Hilfskathode liegt, bespült die Flächen der Hauptkathode, die keinen Niederschlag erhalten sollen, und ist im wesentlichen von der Hauptmenge des Elektrolyten getrennt. Bei den älteren Einrichtungen verwendet man gewöhnlich einen Spannungsabfall von 2,5 Volt von der Anode zur Hauptkathode in jeder Zelle. Bei der Anordnung nach Fig. 5 würde also ein Spannungsabfall von 2,5 Volt zwischen Hauptkathode und Hilfskathode jeder Zelle auftreten, wenn man von den Leitungswiderständen absieht. Der Spannungsabfall kann aber durch Einschaltung von Widerständen in die Leitungen geregelt werden und wird gewöhnlich nur 0,5 Volt betragen. Bei dieser Anordnung fließ enpraktisch alle Ströme, die in den abgeteilten Elektrolytteil durch Streuwege gelangen, zur Hilfskathode und verursachen die Bildung eines Niederschlags auf dieser. Sollte doch etwas Metall auf den Stirnflächen der Trommel niedergeschlagen werden, so kann man dies leicht wieder zum Verschwinden bringen, indem man den Spannungsabfall zwischen Haupt- und Hilfskathode erhöht. Für gewöhnlich reicht aber ein Spannungsabfall von 0,5 Volt aus.

Der bleierne Klemmring 30, der den Abschlußstreifen 28 in Fig. 3 festklemmt, liegt mit seiner Außenfläche entweder in einer Ebene mit der zylindrischen Oberfläche der Kathode öder etwas tiefer, und man kann dann ein Reinigungswerkzeug von solcher Größe verwenden, daß alleTeile derTrommeloberfläche richtig bearbeitet werden, da das Werkzeug auch den Ring bearbeiten kann. Liegt die Ringoberfläche zu Beginn des Verfahrens in einer Ebene mit der Trommeloberfläche, so werden beide Flächen durch das Instrument gleichmäßig abgenutzt. Diese Bauart benötigt allerdings die Anordnung solcher Klemmringe, und die etwas einfachere Trommelbauart gemäß Fig. 4 kann überall da Benutzung finden, wo die Metallschicht unter Verwendung eines Ablösungsmittels abgelöst und die Trommeloberfläche nicht mechanisch bearbeitet wird. Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist auf beiden Seiten der Trommel je eine Kreisrinne 46 vorgesehen, und der Gummiabdichtungsstrafen 47 besitzt L-Form, und ein Teil desselben legt sich in die Rinne ein. Die Gumtnischnur 31 liegt hier auf dem Abdichtungsstreifen auf.

Fig. 6 bis 8 veranschaulichen den Stromverlauf an den Seiten der Kathodentrommel. Gemäß Fig. 6 liegt eine Anode 48 der Kathode 49 gegenüber, deren Kante einen isolierenden Belag aufweist. Die von der Anode zur Kathode verlaufenden Linien stellen den Stromfluß dar; an der Kathodenkante tritt eine verhältnismäßig hohe Stromdichte auf, da Strom von der Kante und der Rückseite der Anode in den Elektrolyten eintritt.

Nach Fig. 7 fließt der Strom von der Vorderseite und Kante der Anode 48 zur Kathodenfläche 50. Die Abdeckschnur 31 bildet ein erhebliches Hindernis für den Stromfluß; infolgedessen tritt weniger Strom vom Ende der Anode in die Lösung über, während die Hauptmenge direkt von der Anodenfläche zur Kathodenfläche übergeht. Gleichzeitig kann eine kleine Strommenge durch den Elektrolyten fließen, der unter der Abdeckschnur 31 hindurchtritt, und durch die eingeschlossene Elektrolytmenge zur Hilfskathode übergehen. Nach Fig. 8 ist die Anode'mit einer isolierenden Randrinne 25 abgedeckt, -die den Austritt von Strom von dem Randteil verhindert und zusammen mit der Abdeckschnur 31 eine Steigerung der Stromdichte an der Kathodenkante verhindert. '

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung kann man Bleche und Folien von unendlicher Länge im Dauerbetrieb herstellen, die von einer Kante zur anderen gleichmäßig stark sind und scharfe Kanten aufweisen. Da eine Knospenbildung an den Kanten der Niederschlagsfläche verhindert ist, treten auch keine Schwierigkeiten beim Abziehen des Niederschlags von der Kathode auf.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur galvanoplastischen Herstellung von Blechen und Folien auf einer wiederholt zu benutzenden Hauptkathode unter Zuhilfenahme einer Hilfskathode, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Elektrolyten, der die nicht mit 'Metall zu belegenden Teile (14) der - Hauptkathode (13) bespült, von der Hauptmenge durch einen Abschluß (28, 47) 3¹) getrennt und die in diesem Teil des Elektrolyten angeordnete Hilf skathode (34) 36) auf einem niedrigeren Potential als die Hauptkathode gehalten ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zellen in Reihe geschaltet sind und die Hilfskathode jeder Zelle mit der Hauptkathode der nächstfolgenden Zelle zusammengeschaltet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskathode jeder Zelle mit einem Punkt der elektrischen Leitung hinter der Hauptkathode der nächstfolgenden Zelle in Reihe geschaltet ist, um auf diese Weise die Hilfskathode auf einem niedrigeren Potential zu halten als die zugehörige Hauptkathode. "
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkathode Trommelform besitzt und ihre zylindrische Oberfläche der Anode gegenüberliegt, während der abgetrennte Teil des Elektrolyten die Stirnflächen der Trommel bespült.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieHilfskathode einer frei zu lassenden Fläche, z. B. einer Stirnfläche der' Hauptkathode, giegenüberliegt,

   z. B. an der Zellenwand sitzt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskathode (36) auf einer Seitenwand der Hauptkathode (13) und gegen diese isoliert angeordnet ist. .
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den Seitenkanten der Hauptkathode (13) eine Umfangsrinne (26), zweckmäßig mit Bodenöffnungen (27), in der Kathodenoberfläche ausgebildet ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß endlose Schnüre (31) aus nicht leitendem Material die unter der Elektrolytoberfläche liegenden Teile der Rinnen (26) abdecken.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweckmäßig als biegsamer Streifen (28, 47) ausgebildeten Abteil- und Dichtungsteil, der von der Hauptkathode (13) bis zur Zellenwand (.10) reicht und den mit der Hilfskathode (34) 36) in Berührung stehenden Teil des Elektrolyten absperrt.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (28) an der Hauptkathode angeordnet,

    z. B. durch einen auf die Kathode aufgesetzten Ring (30) festgehalten wird.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht leitende Abschirmungen (25) die Seitenkanten der Anode (20) abdecken.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen