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Die Erfindung betrifft die Abstützung von
in das Bad einer Anlage zur Elektrobeschichtung eingetauchten Elektroden
sowie die Stromzufuhr zu diesen Elektroden, insbesondere für den Fall,
in dem es sich bei den Elektroden um lösliche und aufbrauchbare Anoden
handelt, die während
der Elektrobeschichtung ausgewechselt werden müssen.
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Eine derartige Anlage ist zum Beispiel
eine Anlage zur galvanischen Verzinkung von Stahlbändern in
einem elektrolytischen Bad auf der Basis von Chloriden.
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Als Anlage zur galvanischen Verzinkung
des Bandes werden häufig
sogenannte Radialzellen verwendet, die (unter Bezugnahme auf die 1 bis 6) folgende Teile aufweisen:
- – eine
Anordnung zum Durchlauf des zu beschichtenden Bandes durch das Bad,
die zum Beispiel eine Tragrolle 1 für das Band ist, die wenigstens
teilweise in das Bad unterhalb der Oberfläche 5 eingetaucht
ist,
- – eingetauchte
Elektroden 3, die sich auf Tragteilen 2, 4 abstützen, welche
neben der Stützfunktion
auch die Zufuhr des Stromes zu den Elektroden übernehmen,
- – eine
Anordnung um einen elektrischen Strom zwischen dem zu beschichtenden
Band, das als Kathode wirkt, und den als Anoden wirkenden Elektroden über die
Tragteile 2, 4 fliessen zu lassen.
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Für
eine galvanische Verzinkung in einem Chlorid enthaltenden Bad werden üblicherweise
lösliche
Anoden aus Zink oder aus einer Zinklegierung verwendet.
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Die Elektroden 3 (oder löslichen
Anoden) werden als gekrümmte
Stangen ausgebildet, die der Rolle 1 gegenüber angeordnet
sind und entlang der Vorschubrichtung des Bandes ausgerichtet sind,
wobei sie in Elektrodengruppen unterteilt sind, die neben einander
derart angeordnet sind, dass sie einen Teil einer zylindrischen
Erzeugenden bilden, die die Rolle 1 im Bad der Elektroabscheidung
teilweise umgibt, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist.
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Die in 4 eingezeichneten
Pfeile geben ein Beispiel der möglichen
Richtung des elektrischen Stromes an für die Elektrobeschichtung.
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Wie in den 1 bis 3 dargestellt,
ist jedes Tragteil 2, 4 allen Elektroden ein und
derselben Gruppe gemeinsam; genauer ausgedrückt bedeutet dies, dass im
dargestellten Beispiel jedes Tragteil 2, 4 aus einem
Balken besteht, der quer zur Vorschubrichtung des Bandes angeordnet
ist und der alle Elektroden 3 einer Gruppe trägt, wobei
jede Elektrode 3 an ihm mittels eines Hakens 31 befestigt
ist.
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Der mechanische und elektrische Kontakt zwischen
jeder Elektrode 3 und ihrem Tragteil 2, 4 besteht
aus einer Zwischenfläche 6 zwischen
einer Stützfläche 6A der
Elektrode und einer angepassten Tragfläche 6B des Tragteils
(siehe 5 und 6).
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Da die Elektroden 3 verbraucht
werden (Fall der löslichen
Anoden), ändert
sich ihre Dicke (siehe 3)
als Funktion des Abnutzungsgrades, sodass die Möglichkeit geschaffen werden
muss, sie während
der Elektrobeschichtung nach entsprechender Auflösung auswechseln zu können.
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Zu diesem Zweck werden während der
Elektrobeschichtung die Elektroden 3 einer Gruppe entlang
der Tragteile 2, 4 in Richtung A bzw. B dergestalt verschoben
(siehe 3), dass eine
abgenutzte Elektrode an einem Ende des Balkens abgenommen wird und
dass eine neue Elektrode am anderen Ende des Balkens eingesetzt
wird.
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Um diese Verschiebung durchführen zu
können
ruht jede Elektrode 3 in einfacher Weise nur unter der
Einwirkung ihres Eigengewichtes auf ihrem Tragteil 2, 4 auf
Höhe der
Zwischenfläche 6;
das heisst, dass die Elektroden frei auf ihrem Tragteil angeordnet
sind.
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Das Tragteil dient gleichzeitig dazu,
alle Elektroden einer Gruppe mit dem für die Elektrobeschichtung notwendigen
elektrischen Strom zu versorgen.
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Es wurde jedoch festgestellt, dass
der elektrische Kontaktwiderstand auf Höhe der Zwischenfläche 6 zu
erheblichen Energieverlusten führt.
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Unter Berücksichtigung des Gewichtes
einer jeden Elektrode 3 wurde festgestellt, dass der auf Höhe der Zwischenfläche 6 auf
das Tragteil ausgeübte
Druck im allgemeinen den Wert 104 Pa, entsprechend
1 Newton pro cm2 Tragfläche nicht überschreitet.
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Während
der Elektrobeschichtung kann diese Stützkraft, insbesondere auf grund
der Strömung im
Bad der Anlage sogar geringer sein als 0,1 Newton pro cm2 Tragfläche
(103 Pa).
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Dabei wird unter Tragfläche die
gesamte Oberfläche
der Zwischenfläche 6 zwischen
der Elektrode und dem Tragteil verstanden.
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Die auf grund des Kontaktwiderstandes
an der Zwischenfläche 6 auftretenden
Energieverluste wachsen insbesondere dann stark an, wenn die Stromdichte
den Wert 0,025 A/mm2 auf Höhe der Zwischenfläche überschreitet
und insbesondere, wenn die Stützkraft
kleiner als 104 Pa ist und ganz besonders,
wenn sie kleiner als 103 Pa ist; es erscheint denkbar
dass diese Zunahme der Verluste auf einem geringfügigen Abheben
der Anoden beruht, das auf die Einwirkung des elektrischen Stromes
zurück
zu führen
ist (wie es schematisch in 6 dargestellt ist),
sodass der elektrische Strom, mit dem die Elektroden gespeist werden,
gezwungen ist, das Bad zu durchsetzen, das in die Zwischenfläche eingedrungen
ist, sodass an dieser Stelle Gasblasen entstehen (die als Kringel
in 6 eingezeichnet sind)
und die zum Beispiel aus freigesetztem Chlor bestehen.
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Die als Tragteile 2, 4 dienenden
Balken bestehen üblicherweise
aus Graphit, das mit einem Harz getränkt ist; dieses Material wird
auf grund der folgenden beiden Ursachen abgenutzt und abgetragen:
- – die
durch die Reibung der Elektroden beim Gleitvorgang auf dem Balken
hervorgerufene Abnutzung und
- – die
Rissbildung durch Erwärmung
und/oder die Gasabgabe, die durch die oben beschriebenen elektrischen
Kontaktverluste bedingt sind.
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Ein Material auf der Basis von Graphit,
das einen hohen Widerstand gegen Abnutzung aufweist, ist im allgemeinen
anfällig
für eine
Rissbildung und umgekehrt; es ist daher schwierig einen vernünftigen Kompromiss
zu finden bei der Auswahl des graphithaltigen Materials, sodass
es unabhängig
von der Auswahl weiterhin notwendig ist, die Balken regelmässig auszuwechseln,
was in wirtschaftlicher Hinsicht als ein erheblicher Nachteil anzusehen
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
die elektrischen Kontaktverluste auf Höhe der Zwischenfläche 6 zu
verringern und dadurch die Lebensdauer der Tragteile 2, 4 für die Elektroden 3 zu
verlängern.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung
eine Anlage zur Elektroabscheidung einer Schicht auf einer leitenden
Oberfläche
eines Bauteils, die aufweist;
- – ein Bad
für die
Elektroabscheidung,
- – in
dieses Bad eingetauchte Elektroden, die sich auf wenigstens einem
Tragteil abstützen,
das sowohl der Halterung als auch der Zufuhr des Stromes zu den
Elektroden dient und dessen der Abstützung dienende Zwischenfläche mit
den Elektroden in das Bad eingetaucht ist,
- – eine
Führungsanordnung
und/oder eine Halteanordnung für
das Bauteil im Bad, gegenüber
den Elektroden,
- – eine
Anordnung um zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und
den Elektroden einen elektrischen Strom zur Elektrobeschichtung über wenigstens
eines der Tragteile fliessen zu lassen;
- – sie
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche der Elektroden und/oder
die Tragfläche
des zumindest einen Tragteils derart vorbereitet sind, dass auf
Höhe der
Zwischenfläche
Nuten in die Zwischenfläche
eingearbeitet werden können,
die im Bad münden.
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Die Erfindung kann ausserdem eines
oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – die Elektroden
ruhen frei auf dem entsprechenden Tragteil,
- – auf
Höhe der
Zwischenfläche
ist die Stützkraft der
eingetauchten Elektroden auf die Tragteile kleiner als 1 Newton
pro cm2 Stützfläche und Tragfläche und
sogar kleiner als 0,1 Newton pro cm2,
- – die
Anlage weist eine Anordnung auf zur Gleitverschiebung der Elektroden
während
der Elektrobeschichtung auf dem Tragteil durch einen Gleitvorgang
auf Höhe
der Zwischenfläche,
- – die
Anordnung zur Führung
und zur Halterung besteht aus der Anordnung für den Durchlauf des Bandes
durch das Bad,
- – die
Elektroden bestehen aus Stangen, die sich entlang des Durchlaufweges
im Bad erstrecken und sind gruppenweise derart angeordnet, dass wenigstens
eine Gruppe aus Elektroden gebildet wird, die nebeneinander und
gegenüber
dem Durchlaufweg des Bandes angeordnet sind,
- – jedes
Tragteil besteht aus einem Balken, der sich quer zur Anordnung für den Durchlauf
erstreckt und der alle Elektroden einer Gruppe trägt,
- – die
Anordnung zur Gleitverschiebung ist derart ausgestaltet, dass die
Elektroden einer Gruppe auf dem zugehörigen Balken verschiebbar sind,
- – die
Anordnung zum Durchlauf des Bandes weist eine Tragrolle für das Band
auf, die zumindest teilweise eingetaucht ist,
- – die
Elektroden weisen eine Krümmung
auf, deren Radius in der Nähe
desjenigen der Rolle liegt, derart, dass jede Gruppe von Elektroden
einen Teil einer zylindrischen Erzeugenden bildet, die teilweise
die Rolle im Bad umgibt.
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Ausserdem betrifft die Erfindung
ein Tragteil zur Abstüzung
und zur Stromversorgung der Elektroden für die Elektrobeschichtung,
das mit einer Fläche für die Abstützung der,
den Gleitvorgang für
und den elektrischen Kontakt mit den Elektroden versehen ist, wobei
es dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Fläche mit Nuten versehen ist.
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Vorzugsweise besteht das Tragteil
auf Höhe dieser
Fläche
im wesentlichen aus Graphit.
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Ferner betrifft die Erfindung die
Verwendung einer Elektrode zur Elektrobeschichtung , die auf einem
Tragteil ruht und die mit einer Fläche zur Abstützung, den
Gleitvorgang und den elektrischen Kontakt mit dem Tragteil versehen
ist, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Fläche mit
Nuten versehen ist, die in dem Bad münden.
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Vorteilhafterweise besteht die Elektrode
im wesentliche aus Zink oder aus einer Zinklegierung.
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Die Erfindung betrifft auch noch
ein Verfahren zur Elektrobeschichtung in einer Anlage nach der Erfindung,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Vorgangs der Elektrobeschichtung
und auf Höhe
der Zwischenfläche
die Stützkraft
der eingetauchten Elektroden auf die Stützelemente kleiner ist als
1 Newton pro cm2 Stützfläche und Tragfläche und
sogar kleiner als 0,1 Newton pro cm2.
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Gemäss einem besonderen Ausführungsbeispiel
zur Durchführung
dieses Verfahrens:
- – ist die Dichte des elektrischen
Stromes, der von der Anordnung zur Zufuhr des elektrischen Stromes
stammt, grösser
oder gleich 0,025 A/mm2 auf Höhe der Zwischenfläche,
- – sind
die Anoden während
der Elektrobeschichtung löslich,
- – ist
das Bad ein Bad auf der Basis von Chloriden.
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Die Erfindung wird besser verstanden
im Zusammenhang mit der nachfolgenden nur als nicht begrenzendes
Beispiel dienenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung; darin zeigen:
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4 eine
allgemeine Seitenansicht einer Anlage zur kontinuierlichen Elektrobeschichtung
eines Bandes (Radialzellen), in der insbesondere der Fluss des Stromes
eingezeichnet ist (siehe die Pfeile);
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2 eine
Seitenansicht der Tragrolle für das
Band sowie die Elektroden für
die Radialzelle nach 4;
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1 eine
perspektivische Ansicht der Tragrolle für das Band nach 2 mit einer Gruppe von Elektroden;
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3 einen
Schnitt entlang der Axialebene der Rolle nach 1 mit einer Darstellung zweier Gruppen
von Elektroden zu beiden Seiten der Rolle;
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5 die
Abstützung
einer Elektrode auf ihrem Tragteil auf Höhe der Zwischenfläche 6;
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6 den
Abstand der beiden Flächen 6A, 6B,
der ursächlich
ist für
eine Vergrösserung
des Kontaktwiderstandes;
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7 eine
perspektivische Ansicht des Tragteils für die Elektrode gemäss 5, dessen Stützfläche mit
Nuten nach der Erfindung versehen ist, wobei der von einem Kreis
A umgebene Teil in 7a in
vergrösserter
Darstellung zu sehen ist,
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8 eine
Darstellung einer herkömmliche Stützfläche einer
Elektrode oder eines Tragteils (ebene Fläche);
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9 bis 13 Darstellungen der Stützfläche der
Elektrode oder des Tragteils mit unterschiedlich ausgestalteten
Nuten nach der Erfindung.
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Das nachstehend beschriebene nicht
begrenzende Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf eine Anlage zur Elektrobeschichtung, wie sie eingangs bereits
beschrieben worden ist im Zusammenhang mit den 1 bis 5.
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Ein Tragteil 2 für eine Elektrode 3 ist
in 7 dargestellt.
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Erfindungsgemäss ist die Kontaktfläche 6B des
Tragteils mit Nuten 7 versehen; eine Einzelheit einer Nut
ist in 7A dargestellt;
diese Nuten sind niemals verschlossen, selbst dann nicht, wenn die Elektroden 3 sich
auf der Fläche 6B abstützen; sie münden damit
im Bad der Elektrobeschichtung, wenn die Anlage in Betrieb ist.
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Vorzugsweise sind die Breite und
die Anzahl der Nuten derart gewählt,
dass die Gesamtfläche,
die von den Nuten eingenommen wird, nicht mehr als 30% der Tragfläche 6B beansprucht.
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In einer typischen Ausführung werden
auf einer rechtwinkligen Fläche 6B mit
den Abmessungen 200 cm × 50
cm Nuten 7 mit einer Breite t = 0,5 mm in gleichen Abständen von
d = 3 cm eingearbeitet, deren Richtungen vorzugsweise einen spitzen
Winkel α mit
der kurzen Seite der rechtwinkligen Fläche 6B einschliessen.
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Andere mögliche Arten von Flächen 6B mit den
erfindungsgemässen
Nuten 7 sind in den 9 bis 13 dargestellt, im Gegensatz
zu einer herkömmlichen
ebenen und glatten Stützfläche, wie
sie in 8 dargestellt
ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
auch den Fall, in dem die Nuten in die Stützfläche 6A der Elektrode
eingearbeitet sind.
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Ferner betrifft die Erfindung noch
den mehr allgemeinen Fall, in dem die Zwischenfläche 6 auf Höhe der Stützfläche 6A der Elektroden
und/oder der Tragfläche 6B des
Tragteils 2, 4 derart ausgestaltet ist, dass in
die Zwischenfläche 6 Nuten
eingearbeitet werden können,
die im Bad münden.
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Dies bedeutet, dass die Anlage zur
Elektrobeschichtung eine Zwischenfläche 6 der Abstützung aufweist,
die mit Nuten 7 versehen ist, welche im Bad münden.
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Es wurde in diesem Zusammenhang festgestellt,
dass auf grund der Nuten 7, die in die Zwischenfläche 6 für den Kontakt
und die Abstützung zwischen
den Elektroden 3 und den Tragteilen 2, 4 der
elektrische Kontaktwiderstand und damit die daraus resultierenden
elektrischen Verluste stark verringert werden konnten, insbesondere
wenn die Stromdichte an der Zwischenfläche 0,025 A/mm2 überstieg.
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Da hierbei die Erwärmung und
die Gasentstehung an der Zwischenfläche, auch bei hohen Stromdichten,
stark verringert werden können,
tritt am Material für
die Abstützung
und den Kontakt mit der Elektrode keine Rissbildung mehr auf, wie
es bisher bei den Materialien auf Graphitbasis der Fall war; es
können
daher ohne Nachteile befürchten
zu müssen
Materialien auf Graphitbasis eingesetzt werden, die eine viel höhere Abriebfestigkeit
aufweisen, wodurch die Lebensdauer der Tragteile für die Elektroden
entsprechend verlängert
wird.
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Mit der Erfindung wird also die Möglichkeit geschaffen,
die Lebensdauer der Tragteile 2, 4 für die Elektroden
und gegebenenfalls sogar die Lebensdauer der Elektroden 3 selbst
zu verlängern.
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Die Erfindung kann in allen Arten
von Anlagen für
die Elektrobeschichtung verwendet werden, in denen die elektrische
Kontaktfläche
zwischen den Elektroden und ihren Tragteilen in das Bad eingetaucht
ist, da das erfindungswesentliche Merkmal darin zu sehen ist, Nuten
vorzusehen, die im Bad an der Zwischenfläche 6 des elektrischen
Kontaktes münden.
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In überraschender Weise wurde festgestellt, dass,
obwohl das Vorhandensein der Nuten in dieser Zwischenfläche die
tatsächlich
zur Verfügung
stehende Fläche
für den
elektrischen Kontakt verringert und damit die tatsächlich vorhandene
Stromdichte an der Zwischenfläche
erhöht,
der Kontaktwiderstand erheblich verringert werden konnte (bei konstanter Stützkraft
der Elektroden auf die Tragteile).