EP2935661A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrolytischen beschichten eines gegenstandes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum elektrolytischen beschichten eines gegenstandes

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Publication number
EP2935661A1
EP2935661A1 EP13811125.7A EP13811125A EP2935661A1 EP 2935661 A1 EP2935661 A1 EP 2935661A1 EP 13811125 A EP13811125 A EP 13811125A EP 2935661 A1 EP2935661 A1 EP 2935661A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolyte
current source
direct current
container
power source
Prior art date
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Pending
Application number
EP13811125.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dagmar Lorenz
Klaus Menningen
Markus Raab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Original Assignee
Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Publication of EP2935661A1 publication Critical patent/EP2935661A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
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    • C25D21/12—Process control or regulation
    • C25D21/14—Controlled addition of electrolyte components
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    • C25D7/0607—Wires
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    • C25D7/06—Wires; Strips; Foils

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the electrolytic coating of an article, in particular a wire.
  • the wire is connected to the negative terminal of the DC power source and forms the cathode.
  • the positively charged metal ions migrate in the electrolyte to the cathode and absorb electrons there (electrochemical reduction), whereby metal atoms are formed, which attach to the wire to be coated.
  • soluble anodes a distinction is made between soluble anodes and so-called insoluble anodes.
  • the anode metal dissolves into the circuit with the release of electrons (electrochemical oxidation) and enters the electrolyte as a metal ion (usually a salt solution).
  • insoluble anodes do not dissolve, but serve only to contact the electrolyte in order to form the metal ions within the electrolyte (usually a metal salt solution). In the case of soluble anodes, they dissolve over time, in the case of insoluble anodes the electrolyte depletes over time of the metal.
  • acidic electrolytes such as methanesulfonic acid based tin electrolytes
  • the anodic current yield is usually close to 100%, while the cathodic current yield, for example, in the case of the methanesulfonic acid tin electrolyte is generally between about 95% and 97%.
  • the cathodic current yield is dependent in particular on the coating material, the electrolyte and the operating parameters (bath temperature, bath movement, current density, etc.).
  • the difference between anodic and cathodic current efficiency described above in conventional electroplating plants results in an increase in the metal concentration in the electrolyte, which must be corrected when a predetermined upper threshold value is reached.
  • the electrolyte may be regularly or continuously regenerated.
  • DE 195 39 865 A1 discloses a continuous galvanic plant with insoluble anodes in the electrolytic cell, wherein the electrolyte is continuously enriched with metal ions in a regeneration space.
  • DE 195 39 865 A1 describes the use of insoluble anodes in the electrolytic cell, which are shielded by diaphragms from the electrolyte, and of soluble anodes in an external Regenierraum to supplement the metal content of the electrolyte.
  • the device according to the invention for the electrolytic coating of an article has an electrolyte container with an electrolyte; a first DC power source; at least one soluble anode which at least partially dips into the electrolyte in the electrolyte container and is electrically connected to a positive pole of the first DC power source; and at least one cathode terminal, which is electrically conductively connected to a negative pole of the first DC power source and with which an object to be coated, which is immersed in the electrolyte in the electrolyte container, can be electrically conductively connected.
  • This device is characterized by a second DC power source which can be operated independently of the first DC power source; and at least one insoluble anode which at least partially dips into the electrolyte in the electrolyte container and is electrically connected to a positive pole of the second DC power source.
  • the metal concentration in the electrolyte can be controlled by the at least one insoluble anode. Since the second DC power source can be operated independently of the first DC power source, it is possible with the corresponding operation of the two DC sources to compensate for the difference between anodic and cathodic current efficiency for the at least one soluble anode via the at least one insoluble anode and so the metal concentration in a constant to hold predetermined area.
  • the second DC power source is preferably operated continuously or is switched on only as needed.
  • electrolyte is intended to designate a liquid which can dissociate into ions and is therefore suitable for electrolysis, in particular in a galvanic plant
  • the chemical composition of the electrolyte depends in particular on the material of the article to be coated, the material of the Anodes, in particular the soluble anodes, and the desired coating material.
  • a methanesulfonic acid electrolyte is preferably used for tinning a (copper) wire.
  • direct current source should be understood to mean any type of device which is suitable for providing a DC voltage at its output and thus supplying a connected load with direct current as direct current sources
  • Batteries, accumulators, fuel cells and particularly preferably rectifiers are preferred
  • the rectifiers are preferably connected downstream of an alternating current source such as an alternating current generator or a supply network
  • a direct current source is preferably constructed from a device providing DC voltage or from a plurality of (preferably substantially identical) parallel-connected devices which provide DC voltage in this context, designate an anode which dissolves under an electrochemical oxidation in the electrolyte over time, by the metal forming the coating material with delivery v on electrons goes to the circuit as a metal ion in the electrolyte.
  • a tin anode is preferably used for tinning a (copper) wire.
  • insoluble anode is intended to designate an anode which essentially does not dissolve in the electrolyte over time, but merely serves for the electrical contacting of the electrolyte.
  • Insoluble anodes can also be referred to as dimensionally stable or inert anodes preferably substantially of stainless steel, titanium or platinum and / or are provided with a protective layer of titanium, platinum, iridium, ruthenium or the like.
  • the device has at least one soluble anode and at least one insoluble anode, which at least partially submerge in the electrolyte.
  • both types of anode dip into the same electrolyte into which the object to be coated is also immersed.
  • One, two, three, four or more soluble anodes are used, in the case of a continuous galvanic plant, depending on the size of the continuous electrolyte container used a larger number of soluble anodes.
  • one, two, three, four or more insoluble anodes are used.
  • the effective total surface area of all soluble anodes is preferably greater than the total effective surface area of all insoluble anodes.
  • the soluble and insoluble anodes are preferably substantially the same size. In this case, the number of insoluble anodes is preferably smaller than the number of soluble anodes.
  • the object to be coated which is immersed in the electrolyte in the electrolyte container, can be connected to a cathode terminal of the device, which is electrically conductively connected to a negative terminal of the first DC power source.
  • the cathode terminal in this context is a device which is suitable for producing an electrically conductive connection with the object to be coated. This compound is preferably detachable in order to easily replace the object to be coated. For a continuous galvanizing plant, this connection is preferably designed to be movable.
  • the cathode terminal is preferably also electrically connected to the negative terminal of the second DC power source, so that both DC sources are at the same potential.
  • the current intensity of the second DC power source is adjustable independently of the current intensity of the first DC power source.
  • a control device for controlling the first DC power source and / or the second DC power source is provided as a function of at least one electrolytic parameter of the electrolyte in the electrolyte container.
  • both DC sources are driven, preferably to regulate the currents in both circuits.
  • An "electrolytic parameter" in this context is to be understood as an operating parameter of the device, which affects the electrolysis in the electrolyte and thus the electrolytic coating of the article to be coated.
  • the electrolytic parameters in this context include, but are not limited to, the metal (ion) content, acidity, pH and conductivity of the electrolyte, as well as the current intensity and flow rate.
  • a measuring device for detecting the at least one electrolytic parameter of the electrolyte in the electrolyte container.
  • This measuring device is preferably a measuring device separate from the electrolyte container, which is preferably supplied with electrolyte samples taken regularly for analysis from the electrolyte container, or a measuring device in contact with the electrolyte in the electrolyte container in order to be able to carry out a substantially continuous analysis.
  • the device according to the invention is preferably designed as a continuous device for the continuous electrolytic coating of an object.
  • the continuous device is particularly preferably used for coating wire or strip material.
  • the process according to the invention for the electrolytic coating of an article comprises the steps of: immersing an article to be coated in an electrolyte container with an electrolyte, in which at least one soluble anode, which is electrically conductively connected to a positive pole of a first direct current source, and at least one insoluble anode, which is electrically connected to a positive pole of a second DC power source, at least partially submerge; Electrically connecting the object to be coated with a negative pole of the first DC source and a negative pole of the second DC source; and operating the second DC power source independently of the first DC power source.
  • the current intensity of the first DC power source and the current intensity of the second DC power source are set different from each other.
  • a total current intensity of the first DC power source and the second DC power source is kept substantially constant.
  • the first DC power source, the second DC power source or both DC power sources are driven in dependence on at least one electrolytic parameter of the electrolyte in the electrolyte container.
  • the at least one electrolytic parameter of the electrolyte in the electrolyte container is detected regularly or continuously.
  • the article is continuously coated electrolytically in a continuous process.
  • the device of the invention described above and the method of the invention described above are preferably used for the electrolytic coating of a wire, particularly preferably in a continuous process.
  • FIG. 1 largely schematically, shows the structure of a continuous galvanizing plant according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the galvanic plant has a large, elongated electrolyte container 10 for receiving a suitable electrolyte 12.
  • a methanesulfonic electrolyte 12 is used for wire dipping.
  • a plurality of soluble tin anodes 14 are arranged in the electrolyte container 10. As indicated in Figure 1, these are preferably arranged in pairs in pairs opposite each other.
  • the tin anodes 14 each submerge in the electrolyte 12 in the electrolyte container 10.
  • the tin anodes 14 are all electrically conductively connected to a positive pole of a first DC current source 16.
  • the first DC power source 16 is, for example, a rectifier connected to a utility grid or to an AC generator.
  • the first DC power source 16 is designed, for example, for a total current of about 6,500 A.
  • the wire to be coated 18 is immersed in the electrolyte 12 in the electrolyte container 10 in a continuous process.
  • corresponding conveying devices are present, which are not shown in FIG.
  • the conveying speed of the wire 18 through the electrolyte 12 is adjusted to the desired coating thickness.
  • the wire 18 to be coated is electrically conductively contacted by a cathode terminal 20, which is electrically conductively connected to the negative terminal of the first DC power source 16.
  • a cathode terminal 20 which is electrically conductively connected to the negative terminal of the first DC power source 16.
  • insoluble anodes 22 are provided such that they also immerse in the electrolyte 12.
  • the soluble anodes 14 and the insoluble anodes 22 are substantially equally sized and shaped, but the number of insoluble anodes 22 is significantly less than the number of soluble anodes 14.
  • the total effective surface area of all immersed in the electrolyte 12 soluble anodes 14 is thus significantly larger than the effective total surface area of all insoluble anodes 22.
  • the insoluble anodes 22 are all electrically connected to a positive pole of a second direct current source 24.
  • the second DC power source 24 is analogous to the first DC power source 16, for example, a rectifier which is connected to a power supply or to an AC generator.
  • the second DC power source 24 is designed, for example, for a total current in the range of about 50 to 150 A.
  • the cathode terminal 20 contacting the wire 18 to be coated is also connected to the negative terminal of this second DC power source 24. In this way, the negative poles of the first and second DC power sources 16, 24 are at the same potential.
  • the first direct current source 16 and the second direct current source can be operated independently of one another.
  • the current strengths of the two DC power sources 16, 24 are independently adjustable.
  • a control device 26 is provided, which drives the first DC power source 16 and the second DC power source 24.
  • This control device 26 is connected to a measuring device 28, which is designed to at least one electrolytic parameter of the electrolyte 12 in the electrolyte container 10 to detect. This can be done, for example, continuously by a direct measurement of the parameter in the electrolyte container 10 or by a regular sampling from the electrolyte container 10 and a subsequent analysis separately from the electrolyte container.
  • the electrolytic parameter is an operating parameter which influences the electrolysis in the electrolyte and thus the electrolytic coating of the article to be coated.
  • the measuring device 28 detects, for example, the metal (ion) content, the acid content, the pH and / or the conductivity of the electrolyte 12.
  • Further operating parameters that can be detected by the measuring device 28 in this context are the current intensity and the passage speed, which likewise influence the electrolytic coating of the object.
  • the current value calculated for the coating process corresponds to 100%, i. the metal ions required for the desired layer thickness go from the soluble anodes 14 into the electrolyte solution 12.
  • the cathodic current yield is only about 97%, for example. Over time, therefore, the metal (ion) concentration in the electrolyte 12 would increase.
  • the second DC power source 16 is switched on and so the missing 3% of the cathodic current efficiency can be compensated.
  • the metal concentration in the electrolyte can be kept substantially constant or kept constant within a predetermined range. This is illustrated by the example of a wire tinning in a methanesulfonic acid electrolyte in more detail. For example, with a wire diameter of about 1.6 mm and a desired tin coating thickness of about 5 pm, the wire 18 is conveyed through the electrolyte 12 at a rate of about 10 m / s.
  • the device of the invention can be reduced by the control device 26, the current intensity of the first DC power source 16 and the current intensity of the second DC power source 24 can be increased accordingly. If the increase in the current intensity of the second DC power source 24 is greater than the reduction of the current intensity of the first DC power source 16, the metal content in the electrolyte 12 can be reduced again over time.

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Abstract

Ein Gegenstand (18) wie beispielsweise ein Draht wird elektrolytisch beschichtet, indem er in einen Elektrolytbehälter (10) mit einem Elektrolyten (12) getaucht wird, in welchen wenigstens eine lösliche Anode (14), welche mit einem Pluspol einer ersten Gleichstromquelle (16) elektrisch leitend verbunden ist, und wenigstens eine unlösliche Anode (22), welche mit einem Pluspol einer zweiten Gleichstromquelle (24) elektrisch leitend verbunden ist, zumindest teilweise eintauchen, und elektrisch leitend mit einem Minuspol der ersten Gleichstromquelle (16) und einem Minuspol der zweiten Gleichstromquelle (24) verbunden wird. Die beiden Gleichstromquellen (16, 24) können unabhängig voneinander betrieben werden, um den Metallgehalt im Elektrolyten (12) in einem vorbestimmten Bereich zu halten.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung und Verfahren zum elektrolytischen Beschichten eines
Gegenstandes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes, insbesondere eines Drahtes.
Es ist bekannt, metallische Gegenstände wie beispielsweise Drähte in einer Galvanik-Anlage elektrolytisch zu beschichten, beispielsweise zu verzinnen. Dabei werden der Draht und das Beschichtungsmaterial, in ein Elektrolytbad getaucht und dadurch elektrisch leitend miteinander verbunden. Verbindet man den Draht und das Beschichtungsmaterial dann mit unterschiedlichen Polen einer Gleichstromquelle, so fließt bei ausreichend hoher Spannung ein elektrischer Strom, der bewirkt, dass die Ionen im Elektrolyten zum Draht bzw. zum Beschichtungsmaterial wandern (Elektrolyse).
Der Draht wird mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden und bildet die Kathode. Die positiv geladenen Metallionen wandern im Elektrolyten zur Kathode und nehmen dort Elektronen auf (elektrochemische Reduktion), wodurch Metallatome entstehen, die sich an dem zu beschichtenden Draht anlagern. Bei den Anoden unterscheidet man zwischen löslichen Anoden und so genannten unlöslichen Anoden. Bei den löslichen Anoden löst sich das Anodenmetall unter Abgabe von Elektronen an den Stromkreis auf (elektrochemische Oxidation) und geht als Metallion in den Elektrolyten (in der Regel eine Salzlösung). Unlösliche Anoden lösen sich hingegen nicht auf, sondern dienen nur der Kontaktierung des Elektrolyten, um die Metallionen innerhalb des Elektrolyten (in der Regel eine Metall-Salzlösung) zu bilden. Im Fall von löslichen Anoden lösen sich diese mit der Zeit auf, im Fall von unlöslichen Anoden verarmt der Elektrolyt mit der Zeit an dem Metall. In sauren Elektrolyten, wie zum Beispiel Zinnelektrolyten auf Basis von Methan- sulfonsäure, besteht bei der Verwendung von löslichen Anoden immer eine Differenz zwischen anodischer und kathodischer Stromausbeute. Die anodische Stromausbeute liegt in der Regel nahe 100%, während die kathodische Strom- ausbeute zum Beispiel beim methansulfonsauren Zinnelektrolyten in der Regel etwa zwischen 95% und 97% liegt. Die kathodische Stromausbeute ist dabei insbesondere abhängig von dem Beschichtungsmaterial, dem Elektrolyten und den Betriebsparametern (Badtemperatur, Badbewegung, Stromdichte, etc.). Die vorstehend beschriebene Differenz zwischen anodischer und kathodischer Stromausbeute hat bei herkömmlichen Galvanikanlagen einen Anstieg der Metallkonzentration im Elektrolyten zur Folge, der bei Erreichen eines vorbestimmten oberen Schwellenwertes korrigiert werden muss. Um die Metallkonzentration im Elektrolyten in einem vorbestimmten Bereich zu halten, kann der Elektrolyt zum Beispiel regelmäßig oder kontinuierlich regeneriert werden.
Andererseits ist es bei Verwendung von unlöslichen Anoden erforderlich, die Metallkonzentration bei Erreichen eines vorbestimmten unteren Schwellenwertes zu korrigieren. Um die Metallkonzentration im Elektrolyten in einem vorbestimmten Bereich zu halten, ist es auch in diesem Fall möglich, den Elektrolyten regelmäßig oder kontinuierlich zu regenerieren. So offenbart zum Beispiel die DE 195 39 865 A1 eine Durchlauf-Galvanikanlage mit unlöslichen Anoden in der elektrolytischen Zelle, wobei der Elektrolyt in einem Regenierraum kontinuierlich mit Metallionen angereichert wird.
Ferner beschreibt DE 195 39 865 A1 die Verwendung von unlöslichen Anoden in der elektrolytischen Zelle, die durch Diaphragmen vom Elektrolyten abgeschirmt sind, und von löslichen Anoden in einem externen Regenierraum zur Ergänzung des Metallgehaltes des Elektrolyten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes weist einen Elektrolytbehälter mit einem Elektrolyten; eine erste Gleichstromquelle; wenigstens eine lösliche Anode, welche zumindest teilweise in den Elektrolyten im Elektrolytbehälter eintaucht und mit einem Pluspol der ersten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden ist; und wenigstens einen Kathodenanschluss, welcher mit einem Minuspol der ersten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden ist und mit welchem ein in den Elektrolyten im Elektrolytbehälter getauchter, zu beschichtender Gegenstand elektrisch leitend verbindbar ist, auf. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine zweite Gleichstromquelle, welche unabhängig von der ersten Gleichstromquelle betrieben werden kann; und wenigstens eine unlösliche Anode, welche zumindest teilweise in den Elektrolyten im Elektrolytbehälter eintaucht und mit einem Pluspol der zweiten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Metallkonzentration im Elektro- lyten durch die wenigstens eine unlösliche Anode gesteuert werden. Da die zweite Gleichstromquelle unabhängig von der ersten Gleichstromquelle betrieben werden kann, ist es bei entsprechendem Betrieb der beiden Gleichstromquellen möglich, über die wenigstens eine unlösliche Anode die Differenz zwischen anodischer und kathodischer Stromausbeute für die wenigstens eine lösliche Anode auszugleichen und so die Metallkonzentration konstant in einem vorbestimmten Bereich zu halten.
Die zweite Gleichstromquelle wird vorzugsweise kontinuierlich betrieben oder wird nur je nach Bedarf zugeschaltet. Der Begriff„Elektrolyt" soll in diesem Zusammenhang eine Flüssigkeit bezeichnen, welche in Ionen dissoziieren kann und damit für eine Elektrolyse, insbesondere in einer Galvanikanlage geeignet ist. Die chemische Zusammensetzung des Elektrolyten hängt dabei insbesondere von dem Material des zu beschichtenden Gegenstandes, dem Material der Anoden, insbesondere der löslichen Anoden, und dem gewünschten Beschichtungsmaterial ab. Zum Verzinnen eines (Kupfer-) Drahtes wird vorzugsweise ein methansulfonsaurer Elektrolyt verwendet.
Unter dem Begriff „Gleichstromquelle" soll in diesem Zusammenhang jede Art von Einrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, an ihrem Ausgang eine Gleichspannung bereitzustellen und damit einen angeschlossenen Verbraucher mit Gleichstrom zu versorgen. Als Gleichstromquellen werden vorzugsweise Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen und besonders bevorzugt Gleichrichter eingesetzt. Die Gleichrichter sind vorzugsweise einer Wechselstromquelle wie einem Wechsel- Stromgenerator oder einem Versorgungsnetz nachgeschaltet. Eine Gleichstromquelle ist vorzugsweise aus einer Gleichspannung bereitstellenden Einrichtung oder aus mehreren (bevorzugt im Wesentlichen gleichartigen) parallel geschalteten, Gleichspannung bereitstellenden Einrichtungen aufgebaut. Die „lösliche Anode" soll in diesem Zusammenhang eine Anode bezeichnen, welche sich unter einer elektrochemischen Oxidation im Elektrolyten mit der Zeit auflöst, indem das das Beschichtungsmaterial bildende Metall unter Abgabe von Elektronen an den Stromkreis als Metallion in den Elektrolyten geht. Zum Verzinnen eines (Kupfer-)Drahtes wird vorzugsweise eine Zinnanode verwendet.
Die „unlösliche Anode" soll in diesem Zusammenhang eine Anode bezeichnen, welche sich in dem Elektrolyten mit der Zeit im Wesentlichen nicht auflöst, sondern nur der elektrischen Kontaktierung des Elektrolyten dient. Unlösliche Anoden können auch als dimensionsstabile oder inerte Anoden bezeichnet werden. Unlösliche Anoden bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus Edelstahl, Titan oder Platin und/oder sind mit einer Schutzschicht aus Titan, Platin, Iridium, Ruthenium oder dergleichen versehen.
Die Vorrichtung weist wenigstens eine lösliche Anode und wenigstens eine unlösliche Anode auf, die zumindest teilweise in den Elektrolyten eintauchen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tauchen beide Anodenarten in denselben Elektrolyten ein, in den auch der zu beschichtende Gegenstand getaucht wird. Dabei werden ein, zwei, drei, vier oder mehr lösliche Anoden verwendet, im Fall einer Durchlauf-Galvanikanlage wird je nach Größe des Durchlauf-Elektrolyt- behälters eine größere Anzahl von löslichen Anoden verwendet. Außerdem werden, ein, zwei, drei, vier oder mehr unlösliche Anoden verwendet. Die effektive Gesamtoberfläche aller löslichen Anoden ist vorzugsweise größer als die effektive Gesamtoberfläche aller unlöslichen Anoden. Die löslichen und die unlöslichen Anoden sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich dimensioniert. In diesem Fall ist die Anzahl der unlöslichen Anoden vorzugsweise kleiner als die Anzahl der löslichen Anoden.
Der zu beschichtende Gegenstand, der in den Elektrolyten im Elektrolytbehälter getaucht wird, kann mit einem Kathodenanschluss der Vorrichtung verbunden werden, welcher mit einem Minuspol der ersten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden ist. Der Kathodenanschluss ist in diesem Zusammenhang eine Einrichtung, die geeignet ist, eine elektrisch leitende Verbindung mit dem zu beschichtenden Gegenstand herzustellen. Diese Verbindung ist vorzugsweise lösbar, um den zu beschichtenden Gegenstand einfach auswechseln zu können. Für eine Durchlauf-Galvanikanlage ist diese Verbindung vorzugsweise beweglich ausgestaltet. Der Kathodenanschluss ist vorzugsweise auch mit dem Minuspol der zweiten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden, sodass beide Gleichstromquellen auf dem gleichen Potential liegen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromstärke der zweiten Gleichstromquelle unabhängig von der Stromstärke der ersten Gleichstromquelle einstellbar. Durch die Regelung der Stromstärke im Stromkreis der wenigstens einen unlöslichen Anode kann über diese wenigstens eine unlösliche Anode die Differenz zwischen anodischer und kathodischer Stromausbeute für die wenigstens eine lösliche Anode ausgeglichen und so die Metallkonzentration konstant in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der ersten Gleichstromquelle und/oder der zweiten Gleichstromquelle in Abhängigkeit von wenigstens einem elektrolytischen Parameter des Elektrolyten im Elektrolytbehälter vorgesehen. Vorzugsweise werden beide Gleichstromquellen angesteuert, um vorzugsweise die Stromstärken in beiden Stromkreisen zu regeln. Unter einem „elektrolytischen Parameter" soll in diesem Zusammenhang ein Betriebsparameter der Vorrichtung verstanden werden, welcher die Elektrolyse im Elektrolyten und damit die elektrolytische Beschichtung des zu beschichtenden Gegenstandes beeinflusst. Zu den elektrolytischen Parametern zählen in diesem Zusammenhang insbesondere, aber nicht ausschließlich der Metall(ionen)gehalt, der Säuregehalt, der pH-Wert und die Leitfähigkeit des Elektrolyten sowie die Stromstärke und die Durchlaufgeschwindigkeit.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Messvorrichtung zum Erfassen des wenigstens einen elektrolytischen Parameters des Elektrolyten im Elektrolytbehälter vorgesehen. Bei dieser Messvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Messvorrichtung separat vom Elektrolytbehälter, welcher vorzugsweise regelmäßig dem Elektrolytbehälter entnommene Elektrolytproben zur Analyse zugeführt werden, oder um eine mit dem Elektrolyten im Elektrolytbehälter in Kontakt stehende Messvorrichtung, um eine im Wesentlichen kontinuierliche Analyse durchführen zu können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise als eine Durchlauf-Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes ausgebildet. Die Durchlauf-Vorrichtung ist besonders bevorzugt zum Beschichten von Draht oder Bandmaterial einsetzbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes weist die Schritte auf: Tauchen eines zu beschichtenden Gegenstandes in einen Elektrolytbehälter mit einem Elektrolyten, in welchen wenigstens eine lösliche Anode, welche mit einem Pluspol einer ersten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden ist, und wenigstens eine unlösliche Anode, welche mit einem Pluspol einer zweiten Gleichstromquelle elektrisch leitend verbunden ist, zumindest teilweise eintauchen; Verbinden des zu beschichtenden Gegenstandes elektrisch leitend mit einem Minuspol der ersten Gleichstromquelle und einem Minuspol der zweiten Gleichstromquelle; und Betreiben der zweiten Gleichstromquelle unab- hängig von der ersten Gleichstromquelle.
Mit diesem Verfahren können die gleichen Vorteile wie mit der oben beschriebenen Vorrichtung der Erfindung erzielt werden. Bezüglich der Vorteile, Begriffsdefinitionen und bevorzugten Ausgestaltungen soll deshalb an dieser Stelle nur auf die obigen Ausführungen in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Stromstärke der ersten Gleichstromquelle und die Stromstärke der zweiten Gleichstromquelle unterschiedlich zueinander eingestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Gesamtstromstärke der ersten Gleichstromquelle und der zweiten Gleichstromquelle im Wesentlichen konstant gehalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die erste Gleichstromquelle, die zweite Gleichstromquelle oder beide Gleichstromquellen in Abhängigkeit von wenigstens einem elektrolytischen Parameter des Elektrolyten im Elektrolytbehälter angesteuert.
In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der wenigstens eine elektrolytische Parameter des Elektrolyten im Elektrolytbehälter regelmäßig oder kontinuierlich erfasst.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Gegenstand im Durchlaufverfahren kontinuierlich elektrolytisch beschichtet.
Die oben beschriebene Vorrichtung der Erfindung und das oben beschriebene Ver- fahren der Erfindung werden vorzugsweise zum elektrolytischen Beschichten eines Drahtes eingesetzt, besonders bevorzugt im Durchlaufverfahren.
Es sei an dieser Stelle vorsorglich darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung jeweils auf keinen speziellen zu beschichtenden Gegenstand, keinen speziellen Elektrolyten, kein spezielles Beschichtungsmaterial, keine speziellen löslichen Anoden und keine speziellen unlöslichen Anoden beschränkt sind. Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigt die einzige Figur 1 , größtenteils schematisch, den Aufbau einer Durchlauf- Galvanikanlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird am Beispiel einer Durchlauf-Galvanikanlage näher beschrieben; sie ist aber ebenso bei Chargen-Galvanikanlagen anwendbar.
Die Galvanikanlage weist einen großen, länglichen Elektrolytbehälter 10 zum Aufnehmen eines geeigneten Elektrolyten 12 auf. Für eine Drahtverzinnung wird beispielsweise ein methansulfonsaurer Elektrolyt 12 verwendet. In dem Elektrolytbehälter 10 ist eine Vielzahl von löslichen Zinnanoden 14 angeordnet. Wie in Figur 1 angedeutet, sind diese vorzugsweise in zwei Reihen jeweils paarweise einander gegenüberliegende angeordnet. Die Zinnanoden 14 tauchen jeweils in den Elektrolyten 12 im Elektrolytbehälter 10 ein. Die Zinnanoden 14 sind alle mit einem Pluspol einer ersten Gleichstromquelle 16 elektrisch leitend verbunden. Bei der ersten Gleichstromquelle 16 handelt es sich zum Beispiel um einen Gleichrichter, der an ein Versorgungsnetz oder an einen Wechselstromgenerator angeschlossen ist. Die erste Gleichstromquelle 16 ist zum Beispiel für eine Gesamtstromstärke von etwa 6.500 A ausgelegt.
Der zu beschichtende Draht 18 wird im Durchlaufverfahren in den Elektrolyten 12 im Elektrolytbehälter 10 getaucht. Zu diesem Zweck sind entsprechende Fördervorrichtungen vorhanden, die in Figur 1 nicht gezeigt sind. Die Fördergeschwindigkeit des Drahtes 18 durch den Elektrolyten 12 wird an die gewünschte Beschichtungsdicke angepasst.
Der zu beschichtende Draht 18 wird von einem Kathodenanschluss 20 elektrisch leitend kontaktiert, welcher mit dem Minuspol der ersten Gleichstromquelle 16 elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise entsteht ein geschlossener Stromkreis vom Pluspol der ersten Gleichstromquelle 16 über die löslichen Zinnanoden 14, den Elektrolyten 12, den Draht 18 und den Kathodenanschluss 20 zum Minuspol der ersten Gleichstromquelle 16. Neben den löslichen Zinnanoden 14 sind in dem Elektrolytbehälter 10 zusätzlich unlösliche Anoden 22 derart vorgesehen, dass sie ebenfalls in den Elektrolyten 12 eintauchen. Wie in Figur 1 angedeutet, sind die löslichen Anoden 14 und die unlöslichen Anoden 22 im Wesentlichen gleich dimensioniert und geformt, ist die Anzahl der unlöslichen Anoden 22 jedoch deutlich kleiner als die Anzahl der löslichen Anoden 14. Die in den Elektrolyten 12 eintauchende effektive Gesamtoberfläche aller löslichen Anoden 14 ist damit deutlich größer als die effektive Gesamtoberfläche aller unlöslichen Anoden 22.
Die unlöslichen Anoden 22 sind alle mit einem Pluspol einer zweiten Gleich- Stromquelle 24 elektrisch leitend verbunden. Bei der zweiten Gleichstromquelle 24 handelt es sich analog zur ersten Gleichstromquelle 16 zum Beispiel um einen Gleichrichter, der an ein Versorgungsnetz oder an einen Wechselstromgenerator angeschlossen ist. Die zweite Gleichstromquelle 24 ist zum Beispiel für eine Gesamtstromstärke im Bereich von etwa 50 bis 150 A ausgelegt.
Der den zu beschichtenden Draht 18 kontaktierende Kathodenanschluss 20 ist auch mit dem Minuspol dieser zweiten Gleichstromquelle 24 verbunden. Auf diese Weise liegen die Minuspole der ersten und der zweiten Gleichstromquelle 16, 24 auf dem gleichen Potential.
Erfindungsgemäß sind die erste Gleichstromquelle 16 und die zweite Gleichstromquelle unabhängig voneinander betreibbar. Insbesondere sind die Stromstärken der beiden Gleichstromquellen 16, 24 unabhängig voneinander einstellbar. Zu diesem Zweck ist eine Steuervorrichtung 26 vorgesehen, welche die erste Gleichstromquelle 16 und die zweite Gleichstromquelle 24 ansteuert.
Diese Steuervorrichtung 26 ist mit einer Messvorrichtung 28 verbunden, welche ausgebildet ist, um wenigstens einen elektrolytischen Parameter des Elektrolyten 12 im Elektrolytbehälter 10 zu erfassen. Dies kann beispielsweise kontinuierlich durch eine direkte Messung des Parameters im Elektrolytbehälter 10 oder durch eine regelmäßige Probenentnahme aus dem Elektrolytbehälter 10 und eine anschließende Analyse separat von dem Elektrolytbehälter erfolgen.
Bei dem elektrolytischen Parameter handelt es sich um einen Betriebsparameter, welcher die Elektrolyse im Elektrolyten und damit die elektrolytische Beschichtung des zu beschichtenden Gegenstandes beeinflusst. Als elektrolytischer Parameter werden von der Messvorrichtung 28 zum Beispiel der Metall(ionen)gehalt, der Säuregehalt, der pH-Wert und/oder die Leitfähigkeit des Elektrolyten 12 erfasst. Weitere Betriebsparameter, die in diesem Zusammenhang von der Messvorrichtung 28 erfasst werden können, sind die Stromstärke und die Durchlaufgeschwindigkeit, welche ebenfalls die elektrolytische Beschichtung des Gegenstandes beeinflussen.
Die für den Beschichtungsprozess errechnete Stromstärke entspricht zum Beispiel 100%, d.h. die für die gewünschte Schichtdicke benötigten Metallionen gehen von den löslichen Anoden 14 in die Elektrolytlösung 12. Die kathodische Stromausbeute liegt dagegen zum Beispiel nur bei etwa 97%. Mit der Zeit würde daher die Metall(ionen)konzentration im Elektrolyten 12 ansteigen.
Um dies zu verhindern, können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Steuervorrichtung 26 die zweite Gleichstromquelle 16 zugeschaltet und so die fehlenden 3% der kathodischen Stromausbeute ausgeglichen werden. Da die unlöslichen Anoden 22 keine Metallionen in den Elektrolyten abgeben, sondern nur der Stromzufuhr dienen, kann auf diese Weise die Metallkonzentration im Elektrolyten im Wesentlichen konstant gehalten werden bzw. konstant in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden. Dies sei am Beispiel einer Drahtverzinnung in einem methansulfonsauren Elektrolyten näher veranschaulicht. Bei einem Drahtdurchmesser von etwa 1 ,6 mm und einer gewünschten Zinnbeschichtungsdicke von etwa 5 pm wird der Draht 18 zum Beispiel mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 m/s durch den Elektrolyten 12 gefördert. Bei einem Verzinnungsstrom von etwa 3.000 A (entspricht einer anodischen Stromausbeute der löslichen Zinnanoden 14 von etwa 100%) und einer kathodischen Stromausbeute von etwa 97% steuert die Steuervorrichtung 26 die zweite Gleich- Stromquelle 24 derart an, dass sie die Stromausbeutedifferenz von etwa 3% ausgleicht, d.h. eine Stromstärke von etwa 90 A (= 3% χ 3.000 A) zur Verfügung stellt.
Neben dem Konstanthalten der Metall(ionen)konzentration im Elektrolyten 12 ist es auch möglich, einen zu hohen Metallgehalt im Elektrolyten 12 zu korrigieren. Bei einer zu hohen Metall(ionen)konzentration im Elektrolyten 12, welche durch die Messvorrichtung 28 erfasst wird, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Steuervorrichtung 26 die Stromstärke der ersten Gleichstromquelle 16 reduziert und die Stromstärke der zweiten Gleichstromquelle 24 entsprechend erhöht werden. Wenn die Erhöhung der Stromstärke der zweiten Gleichstromquelle 24 größer bemessen ist als die Reduzierung der Stromstärke der ersten Gleichstromquelle 16 kann der Metallgehalt im Elektrolyten 12 mit der Zeit wieder reduziert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Vorrichtung zum elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes, aufweisend: einen Elektrolytbehälter (10) mit einem Elektrolyten (12); eine erste Gleichstromquelle (16); wenigstens eine lösliche Anode (14), welche zumindest teilweise in den Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) eintaucht und mit einem Pluspol der ersten Gleichstromquelle (16) elektrisch leitend verbunden ist; und wenigstens einen Kathodenanschluss (20), welcher mit einem Minuspol der ersten Gleichstromquelle (16) elektrisch leitend verbunden ist und mit welchem ein in den Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) getauchter, zu beschichtender Gegenstand (18) elektrisch leitend verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine zweite Gleichstromquelle (24), welche unabhängig von der ersten Gleichstromquelle (16) betrieben werden kann; und wenigstens eine unlösliche Anode (22), welche zumindest teilweise in den Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) eintaucht und mit einem Pluspol der zweiten Gleichstromquelle (24) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromstärke der zweiten Gleichstromquelle (24) unabhängig von der Stromstärke der ersten Gleichstromquelle (16) einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuervorrichtung (26) zum Ansteuern der ersten Gleichstromquelle (16) und/oder der zweiten Gleichstromquelle (24) in Abhängigkeit von wenigstens einem elektrolytischen Parameter des Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Messvorrichtung (28) zum Erfassen des wenigstens einen elektrolytischen Parameters des Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie als eine Durchlauf-Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes ausgebildet ist.
6. Verfahren zum elektrolytischen Beschichten eines Gegenstandes, mit den Schritten:
Tauchen eines zu beschichtenden Gegenstandes (18) in einen Elektrolytbehälter (10) mit einem Elektrolyten (12), in welchen wenigstens eine lösliche Anode (14), welche mit einem Pluspol einer ersten Gleichstromquelle (16) elektrisch leitend verbunden ist, und wenigstens eine unlösliche Anode (22), welche mit einem Pluspol einer zweiten Gleichstromquelle (24) elektrisch leitend verbunden ist, zumindest teilweise eintauchen;
Verbinden des zu beschichtenden Gegenstandes (18) elektrisch leitend mit einem Minuspol der ersten Gleichstromquelle ( 6) und einem Minuspol der zweiten Gleichstromquelle (24); und
Betreiben der zweiten Gleichstromquelle (24) unabhängig von der ersten Gleichstromquelle (16).
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromstärke der ersten Gleichstromquelle (16) und die Stromstärke der zweiten Gleichstromquelle (24) unterschiedlich zueinander eingestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gesamtstromstärke der ersten Gleichstromquelle (16) und der zweiten Gleichstromquelle (24) im Wesentlichen konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Gleichstromquelle (16) und/oder die zweite Gleichstromquelle (24) in Abhängigkeit von wenigstens einem elektrolytischen Parameter des Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) angesteuert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine elektrolytische Parameter des Elektrolyten (12) im Elektrolytbehälter (10) regelmäßig oder kontinuierlich erfasst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gegenstand (18) im Durchlaufverfahren kontinuierlich elektrolytisch beschichtet wird.
12. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 zum elektrolytischen Beschichten eines Drahtes.
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