WO2002053807A1

WO2002053807A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrochemischen behandeln von bandförmigem gut

Info

Publication number: WO2002053807A1
Application number: PCT/DE2001/004941
Authority: WO
Inventors: Egon Hübel
Original assignee: Huebel Egon
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2002-07-11
Also published as: EP1348044A1; DE10065643A1; DE10065643C2

Abstract

Die Erfindung betrifft das elektrochemische Behandeln von bandförmigem Gut in Durchlaufanlagen oder Bandanlagen. Besonders vorteihaft ist die Anwendung der Erfindung, wenn es sich um die Behandlung von elektrisch leitfähigen und gegenseitig isolierten Strukturen auf elektrisch nicht leitenden Substraten handelt. Die elektrische Kontaktierung der zu behandelnden Flächen erfolgt mittels Kontakten (4), die sich streifenförmig an der Mantelfläche einer rotierenden, walzenförmigen Kontaktelektrode (30) befinden. Zwischen den Kontaktstreifen (3) befinden sich jeweils Gegenelektroden (7). Das bandförmige Gut (1) umschlingt die Kontaktelektrode (30). Die elektrisch kontaktierte Oberfläche des Gutes (1) und die Gegenelektroden (7) bilden jeweils temporäre elektrolytische Kleinzellen (9). In diesen findet die elektrochemische Behandlung des Gutes (1) statt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum elektrochemischen Behandeln von bandförmigem Gut

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum ein- oder beidseiti- gen elektrolytischen Behandeln von bandförmigem Gut von Rolle zu Rolle in Durchlaufanlagen oder in Bandanlagen. Das Gut kann an der gesamten Oberfläche vollständig elektrisch leitfähig sein. Bei der bevorzugten Anwendung handelt es sich um ein elektrisch isolierendes Gut, das an der Oberfläche mit elektrisch leitfähigen und gegeneinander isolierten Strukturen versehen ist. Derartiges Gut kommt zum Beispiel in der Leiterfolien-Technik und in der SmartCard-Technik vor. Meist handeit es sich um Bänder, die mit Löchern versehen sind. Die Erfindung eignet sich zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von Gut. Es werden Elektrolyten mit und ohne Redoxsystem verwendet. Nachfolgend wird die Erfindung zur Vereinfachung der Beschreibung nur noch am Beispiel der Metallisierung des Gutes beschrieben. Dafür sind auch in den Figuren die Polaritäten der Elektroden eingetragen.

Bei der elektrolytischen Bandbehandlung von Rolle zu Rolle ist das elektrische Kontaktieren des Gutes über elektrisch leitfähige und rotierende Kontaktwalzen Stand der Technik. Diese Kontaktierung setzt jedoch voraus, dass mindestens die zu behandelnde Oberfläche des Gutes vollflächig und für den Galvanisierstrom ausreichend elektrisch leitfähig ist. Dies ist z.B. bei Sputterschichten auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat nicht der Fall. Diese sehr dünnen metallischen Schichten erlauben von daher nur die Anwendung von unwirtschaft- lieh niedrigen Galvanisierstromdichten.

Ist die zu behandelnde, elektrisch leitfähige Oberfläche auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat strukturiert aufgebracht, z.B. durch Laserstrukturierung oder Ätzen, so ist die bekannte elektrische Kontaktierung der Oberfläche über die Kontaktwalzen nicht anwendbar. Die elektrolytisch zu behandelnde Oberfläche besteht in diesem Falle aus vielen gegenseitig elektrisch isolierten Flächen. Bei diesen Flächen handelt es sich z.B. in der Leiterplattentechnik um einzelne Leiterzüge oder Pads. Derartige isolierte Flächen werden bisher chemisch bearbeitet. Insbesondere das chemische Metallisieren ist kostenintensiv und kritisch in der Badführung und in der Abwasserbehandlung. Oft wird auch der Badbehälter störend metallisiert. Dies hat zur Folge, dass derartige chemische Anlagen in der Praxis nach wenigen Tagen Betriebszeit gereinigt und von Wildwuchs befreit werden müssen.

In der noch nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE 100 43 817.2 werden eine Anordnung und ein Verfahren beschrieben, die zur elektrochemischen Behand- lung von elektrisch wenig leitfähigen Vollflächen geeignet sind. Desgleichen sind sie auch geeignet zur elektrochemischen Behandlung von elektrisch leitfähigen und gegenseitig isolierten Strukturen auf einem isolierenden Substrat. Dabei kann es sich um ein plattenförmiges Gut oder um Formteile sowie um flexible Bänder handeln, die von Rolle zu Rolle gewickelt werden. Eine der Oberflächen- form des Gutes angepaßte Kontaktelektrode wird an das zu behandelnde Gut zyklisch angedrückt, wobei elektrolytische Kleinzellen gebildet werden. Hierzu wird die Oberfläche des Gutes von Kontaktstreifen elektrisch kontaktiert. Die Kontaktstreifen sind bis auf die eigentliche Kontaktfläche elektrisch isoliert. Zwischen den Kontaktstreifen sind etwas zurückversetzt die Gegenelektroden streifenförmig angeordnet. Im Falle des Galvanisierens sind diese Gegenelektroden die Anoden. Es werden bevorzugt unlösliche Anoden verwendet. Die Kontaktelektrode und die Verfahren zur Herstellung derselben werden in der noch nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE 100 43 816.4 beschrieben. Es lassen sich Kontaktelektroden mit sehr kleinen Abmessungen der Kontaktstreifen und der Gegenelektroden herstellen. Beispielsweise mit Abmessungen und gegenseitigen Abständen in der Größenordnung von Leiterzugbreiten, wie sie in der Leiterplattentechnik und in der Wafertechnik vorkommen, das heißt, weniger als ein Millimeter. Auch mit deutlich größeren Abmessungen und gegenseitigen Abständen bis zu einigen Dezimetern sind sie herstellbar. Bei der Anwendung der genannten Erfindungen wird die Kontaktelektrode mittels eines Bewegungsorganes an die zu behandelnde Oberfläche angedrückt. Hierbei wird entweder der Transport des Gutes angehalten oder die Kontaktelektrode bewegt sich in angedrücktem Zustand eine kurze Strecke mit dem Gut synchron mit. Anschließend wird die Kontaktelektrode ohne Gut zurück bewegt. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. Eine oder mehrere Kontaktelektroden sind an der Behandlung des Gutes beteiligt. Bei bandförmigem, flexiblem Gut von Rolle zu Rolle ist das Anhalten des Transportes, insbesondere wenn es sich um große und schwere Rollen handelt, technisch aufwendig. Ebenfalls technisch aufwendig ist die beschriebene mitfliegende Behandlung des Gutes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die geeignet sind, flexibles, bandförmiges Gut von Rolle zu Rolle in Durchlaufanlagen unter Verringerung des in den genannten Druckschriften beschriebenen technischen Aufwandes elektrochemisch zu behandeln. Gelöst wird die Aufgabe durch die in Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung und durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 14.

In einem elektrolytischen Bad, auch Arbeitsbehälter genannt, befinden sich erfindungsgemäß im wesentlichen walzenförmige, rotierende Kontaktelektroden, die nachfolgend kurz als Kontaktelektroden bezeichnet werden. Die mit einem Rotationsantrieb verbundenen Kontaktelektroden werden vom zu behandelnden bandförmigen Gut teilweise umschlungen. Die Rotation kann z.B. auch mittels einer Perforation im bandförmigen Gut auf die mit entsprechenden Erhöhungen ausgebildeten Kontaktelektroden übertragen werden. Der Bandantrieb befindet sich in diesem Falle außerhalb des Arbeitsbehälters. Infolge der Transportzugkraft werden die nicht isolierten Kontaktflächen der Kontaktstreifen an die Oberflächen des Gutes angedrückt. Dies führt zur elektrischen Kontaktierung der zu behandelnden Oberflächen, unabhängig davon, ob diese vollflächig oder strukturiert sind. Die Oberflächenbereiche des Gutes zwischen jeweils zwei Kontaktstreifen und den dazwischen befindlichen Gegenelektroden bilden elektrolytische Kleinzellen, die über Stromleiter und zweipolige, rotierende Stromübertragungseinrichtungen mit mindestens einer Badstromquelle elektrisch verbunden sind. Bei den Badstromquellen kann es sich um Gleichstrom, um unipolaren Pulsstrom oder um bipolaren Pulsstrom handeln. Die Kontaktelektroden befinden sich mindestens teilweise, bevorzugt vollständig unter dem Badspiegel des Elektrolyten. Dadurch sind die Kleinzellen bei Rotation der Kontaktelektroden mit Elektrolyt gefüllt, der sich bei jeder Umdrehung austauscht. Im Bereich des Umschlingungswinkels des Gutes um die Kontaktelektrode findet die elektrochemische Behandlung statt. Die Bandführung um diese Elektroden und um Umlenkwalzen wird so ausgeführt, daß bedarfsweise eine einseitige oder eine beidseitige Behandlung des Gutes erfolgt. Die durch den Transport auftretende Bandzugkraft erlaubt die Verwendung von metallisch harten Kontakten. Sie bewirken einen sehr guten elektrischen Kontakt.

Die Kontakte der Kontaktstreifen können aus einem harten, elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehen, z.B. aus Metall. Sie können vorteilhaft auch aus einem elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehen, z.B. aus einem mit Metallpulver angereicherten Elastomer, das sich an Unebenheiten des Gutes besonders zuverlässig anlegt und elektrisch kontaktiert.

Zur Herstellung der Kontaktelektroden wird auf die oben genannte Druckschrift DE 100 43 816.4 verwiesen. Die dort überwiegend für ebene Kontaktelektroden beschriebenen Herstellungsverfahren sind grundsätzlich auch zur Herstellung von walzenförmigen Kontaktelektroden geeignet. Im wesentlichen findet hier zur Herstellung eine rotierende Bearbeitung wie, z.B. Drehen, Fräsen, Rundschleifen, Erodieren, Ätzen oder Beschichten statt. Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen in schematischer und nicht proportionaler Darstellung

Figur 1 im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode mit dem grundsätzlichen Aufbau der elektrolytischen Kleinzellen. Figur 2 einen Querschnitt durch ein elektrolytisches Bad , das mit Kontaktelektroden und weiteren Einrichtungen für den Bandtransport, für die Elektrolytkreislaufführung und mit der Badstromquelle ausgestattet ist. Figur 3 eine Anordnung von Kontaktelektroden im elektrolytischen Bad derart, dass bei großem Umschlingungswinkel des Gutes um die

Kontaktelektroden nur ein kurzer Arbeitsbehälter erforderlich ist. Figur 4 eine Anordnung von Kontaktelektroden in einem elektrolytischen

Bad zur einseitigen elektrochemischen Behandlung des Gutes bei großem Umschlingungswinkel des Gutes um die Kontaktelektroden. Figur 5 zwei Kontaktelektroden mit zusätzlichen statischen Elektroden zur

Entmetallisierung von Kontakten sowie den Anschluß der Badstromquellen. Figur 6 Details zur anodischen Stromabschaltung außerhalb des Umschlingungswinkels mittels eines Kollektorrades.

Figur 1 zeigt eine Kontaktelektrode 30 und ein elektrolytisch zu behandelndes flexibles Gut 1, das elektrisch leitfähig ist. Bei dem Gut kann es sich auch um einen nichtleitenden Werkstoff handeln, der an der Oberfläche eine elektrisch leitfähige Schicht 2 besitzt, die zu behandeln ist. Diese Schicht kann vollflächig sein oder strukturiert, d.h. aus elektrisch isolierten Inseln bestehen. Die Abmessungen der Strukturen der Feinleitertechnik können sehr klein sein. Die minimalen Breiten und Durchmesser betragen z.B. 0,025 mm. Im Gut 1 können sich auch Sacklöcher und/oder Durchgangslöcher mit gleichen Abmessungen befinden. Die elektrolytisch zu behandelnde Oberfläche wird von mindestens einem Kontaktstreifen 3 der Kontaktelektrode 30 elektrisch kontaktiert. Dieser Kontaktstreifen 3 erstreckt sich vertikal in die Zeichnungsebene hinein. Er besteht aus dem Kontakt 4 und aus den beidseitig daran befindlichen Kontaktisolierungen 5. Die Kontaktisolierungen 5 decken den Kontakt 4 mit Ausnahme der eigentlichen Kontaktfläche vollständig ab. Die Kontaktflächen der Kontakte 4 sitzen auf der elektrisch leitfähigen Schicht 2 auf und stellen damit die elektrische Verbindung zum Gut 1 her. Die Kontaktstreifen 3 sind an der Mantelfläche des walzenförmigen Grundkörpers 6 befestigt. Dieser ist um die Achse 23 rotierend gelagert. Die Ausrichtung der Kontaktstreifen 3 ist bevorzugt axial. Zwischen je zwei Kontaktstreifen 3 befindet sich eine elektrisch leitfähige und ebenfalls langgestreckte Gegenelektrode 7. An der Mantelfläche des Grundkörpers 6 sind in der Regel viele bis sehr viele Kontaktstreifen 3 und Gegenelektroden 7, beispielsweise je 200 Stück, angeordnet. Diese Kontakte 4 sind jeweils mittels elektrischer Leiter 8 auf dem isolierten Grundkörper 6 miteinander, oder in Gruppen miteinander verbunden. Die zweipolige Stromzuführung von der Badstromquelle 12 zu den Gegenelek- troden 7 und zu den Kontakten 4 der rotierenden Kontaktelektrode 30 erfolgt über eine kathodische Stromübertragungseinrichtung 10 und über eine anodische Stromübertragungseinrichtung 11. Alle Kontakte 4 sind mit dem Minuspol der Badstromquelle 12 über einen Schleifring 15 und mindestens einen Schleifkontakt 16 elektrisch verbunden. Der Pluspol der Badstromquelle ist über einen weiteren Schleifring und mindestens einen Schleifkontakt mit den Gegenelektroden 7 verbunden. An Stelle der Schleifringe und Schleifkontakte können auch Flüssigkeits-Rotationskontakte zur Stromübertragung verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführung wird die elektrische Verbindung zu den Gegenelektroden 7 der Kontaktelektrode 30 über ein Kollektorrad 31 hergestellt. Das Kollektorrad 31 ist in Kollektorsegmente 32 aufgeteilt. Die Gegenelektroden 7 einer Kontaktelektrode 30 sind bei Verwendung eines Kollektorrades 31 in mindestens drei Gruppen aufgeteilt. Jede Gruppe ist mittels Stromleiter 8 mit einem Kollektorsegment 32 verbunden. Die Anzahl der Kollektorsegmente entspricht der Anzahl der Gruppen von Gegenelektroden. Mindestens ein Schleifkontakt 16 verbindet das Kollektorrad 31 mit dem Pluspol der Badstromquelle 12. Die in Figur 1 dargestellte Polarität der Badstromquelle 12 zeigt die Anwendung beim Galvanisieren und beim elektrochemischen Reduzieren des Gutes.

Die elektrisch leitfähige Schicht 2 und die Gegenelektrode 7 bilden jeweils eine elektrolytische Kleinzelle 9. Der Elektrolytaustausch in diesen Kleinzellen 9 erfolgt bei jeder Umdrehung der Kontaktelektrode 30 durch Schöpfen in dem Bereich der Kontaktelektrode, der momentan nicht vom Gut umschlungen wird. Zugleich erfolgt ein Ausleiten von Gas, das beim elektrochemischen Prozeß entstehen kann.

Die Figur 2 zeigt eine Transporteinrichtung zur Förderung des flexiblen, bandförmigen Gutes 1 von Rolle zu Rolle mit dazwischen liegender elektrochemischer Behandlung an den Kontaktelektroden 30. Die Transporteinrichtung besteht unter anderem aus mehreren Kontaktelektroden 30, die unter Badspiegel des Elektrolyten 28 in einem elektrochemischen Arbeitsbehälter 20 angeordnet sind. Die Kontaktelektroden 30 werden von einem Antrieb 19 mittels bekannter Antriebselemente 21 um Achsen 23 rotierend angetrieben. Diese schematisch dargestellten Antriebselemente 21 bestehen z.B. aus Wellen, Zahnrädern und Lagern. Dichtelemente werden verwendet, wenn die Wellen unter Badspiegel durch die Wand des Arbeitsbehälters 20 geführt werden. Zur Transporteinrichtung gehören ferner Umlenkwalzen 24 und andere bekannte Bandführungsmittel. Diese Transportmittel können angetrieben oder nicht angetrieben ausgeführt sein. Die nicht angetriebenen Transportmittel werden vom durchlaufenden Band in Rotation versetzt. Der Antrieb 19 ist mit den nicht dargestellten Abwickel- und Aufwickelvorrichtungen, den so genannten Speichern, für das Gut 1 synchroni- siert. Ebenfalls sind die bekannten naßchemischen Vor- und Nachbehandlungsbäder sowie ein Trockner nicht dargestellt.

Der Elektrolyt 28 wird während der Behandlung des Gutes kontinuierlich konditioniert. Hierzu zählt das Filtrieren im Kreislauf durch das Filter 26 mittels einer Elektrolytpumpe 25. In den Rohrleitungen 29 des Elektrolytkreislaufes befindet sich eine Dosiereinheit 27. Hier werden die Stoffe zugeführt, die für den elektrochemischen Prozeß erforderlich sind, einschließlich der Metallionen, die zum Galvanisieren mit im Elektrolyten unlöslichen Anoden erforderlich sind. Die Zuführung dieser Stoffe kann auch direkt in den Arbeitsbehälter 20 erfolgen. Die Rohrleitungen 29 des Elektrolytkreislaufes sind so angeordnet, daß der Elektrolyt den Arbeitsbehälter 20 im Gegenstrom zum Guttransport durchströmt. Der Richtungspfeil 17 zeigt die Transportrichtung des Gutes 1. Entsprechend rotieren die Kontaktelektroden so, wie es der Drehrichtungspfeil 18 anzeigt.

Die Kontaktelektroden 30 werden vom Gut 1 teilweise umschlungen. Der in der Figur 2 dargestellte Umschlingungswinkel 22 beträgt etwa 180°. In diesem Falle wird während einer halben Umdrehung der Kontaktelektrode 30 galvanisiert. Während der anderen halben Umdrehung wird der Elektrolyt zwischen den Kontaktstreifen 3 und den Gegenelektroden 7 ausgetauscht und entstandenes Gas ausgeleitet. Zur Verstärkung des Elektrolytaustausches können die Kontaktelektroden im Inneren hohl ausgebildet sein. In diesen Hohlraum wird über eine Rotationskupplung Elektrolyt unter Druck eingeleitet. Durch Öffnungen, die vom Hohlraum durch die Gegenelektroden 7 in die Kleinzellen führen, gelangt der Elektrolyt zusätzlich an die Oberfläche des Gutes. Damit steht für den elektrochemischen Prozeß stets konditionierter Elektrolyt zur Verfügung. Bei gegebener Transportgeschwindigkeit wird mit abnehmendem Durchmesser der Kontaktelek- trode der Elektrolyt häufiger ausgetauscht. Das Gut 1 wird in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung beidseitig behandelt. Zur Führung des bandförmigen Gutes 1 dienen angetriebene oder nicht angetriebene Umlenkwalzen 24.

Die elektrische Verbindung der streifenförmigen Elektroden am Umfang der Kontaktelektroden 30 mit der oder den Badstromquelle(n) 12 erfolgt über die elektrischen Leiter 8 und über die Stromübertragungseinrichtungen 10 und 11 , die sich bevorzugt außerhalb des Arbeitsbehälters 20 auf den Achsen 23 der Kontaktelektroden 30 befinden. Die Achsen werden mittels Dichtelementen so abgedichtet, dass der Elektrolyt nicht auslaufen kann. Die Badstromquelle 12 ist eine Konstantstromquelle oder Konstantspannungsquelle. Konstantspannung wird vorzugsweise dann angewendet, wenn die Größe der elektrochemisch zu behandelnden Oberfläche des Gutes unbekannt ist. Dies kann bei elektrisch isolierten Strukturen der Fall sein. Bei vollflächigem Gut wird der Konstantstrom bevorzugt angewendet.

In Figur 2 ist zu erkennen, dass das Gut 1 auf einer Oberflächenseite von zwei Kontaktelektroden und auf der anderen Seite von drei Kontaktelektroden behandelt wird. Diese Unterschiede lassen sich durch getrennte Gleichrichter für den Badstrom jeder Seite und individuell eingestellte Ströme in den elektrolytischen Kleinzellen jeder Kontaktelektrode ausgleichen. Sind elektrisch gering leitfähige Schichten zu behandeln, so kann in Transportrichtung des Gutes gesehen, von Kontaktelektrode zu Kontaktelektrode eine zunehmende Strom- dichte zur Leistungssteigerung angewendet werden.

In Figur 3 werden beide Seiten des Gutes von der gleichen Anzahl an Kontaktelektroden behandelt. Dies erfordert eine zusätzliche Umlenkwalze 24. Die Kontaktelektroden sind hier so angeordnet, dass der Umschlingungswinkel 22 etwa 270° beträgt. Entsprechend länger ist die elektrochemische Behandlung pro Umdrehung der Kontaktelektrode. In der Figur 3 sind die weiteren erforderlichen anlagentechnischen Einrichtungen, wie sie in Figur 2 beschrieben wurden, nicht mehr dargestellt. In Anlagen zur Behandlung von weniger flexiblem Gut kann auch ein wesentlich kleinerer Umschlingungswinkel erforderlich sein, z.B. 20°. Gleiches gilt, wenn auch der Durchmesser der Kontaktelektrode klein ist. Die Flexibilität des Gutes und der Durchmesser der Kontaktelektrode bestimmen im wesentlichen den maximal möglichen Umschlingungswinkel.

In Figur 4 sind die Kontaktelektroden 30 so nahe nebeneinander angeordnet, dass zur einseitigen Behandlung des Gutes 1 ein möglichst großer Umschlingungswinkel 22 gebildet wird. Hierzu sind die weiteren Umlenkwalzen 24 erforderlich. Sie sind zur Vermeidung von zu großen Zugkräften vorteilhafterweise ebenso wie die Kontaktelektroden selbst motorisch angetrieben. Die Umfangsgeschwindigkeit aller rotierenden Elemente ist weitgehend gleich groß einzustellen. Zum Ausgleich von technisch vorkommenden Abweichungen der Geschwindigkeiten können einige oder alle Umlenkwalzen 24 als Tänzerrollen ausgeführt werden. Derartige rotierende Rollen sind radial beweglich gelagert. Sie können momentan auftretende Längenunterschiede des bandförmigen Gutes örtlich ausgleichen.

Die Anzahl der erforderlichen Kontaktelektroden zur einseitigen oder beidseitigen Behandlung des Gutes 1 richtet sich in allen Fällen nach der erforderlichen Expositionszeit. Diese wird im wesentlichen bestimmt von der Transportgeschwindigkeit, der anwendbaren Stromdichte und der elektrolytisch abzuscheidende Schichtdicke bei gegebener Stromausbeute. Bei Vorgabe des Produktionsdurchsatzes, das heißt der Transportgeschwindigkeit und des konstruktiv gegebenen Umschlingungswinkels 22 ergibt sich die Anzahl der benötigten Kontaktelektroden und ihrer Durchmesser.

Zur elektrochemischen Behandlung ist es vorteilhafter, wenn mit höherer Transportgeschwindigkeit und entsprechend mehr Kontaktelektroden gearbeitet wird. In diesem Falle wird das Gut häufiger an anderen Stellen der Oberfläche kontaktiert. Dies ergibt eine statistisch verteilte, zeitlich gleich lange elektrochemische Behandlung aller Oberflächenbereiche des Gutes. Es könnte vorkommen, dass die Länge des Gutes 1 von einer Kontaktelektrode 30 zur nachfolgenden exakt so lang ist, dass an jeder Kontaktelektrode 30 die parallelen und in axialer Richtung gerade verlaufenden Kontaktstreifen 3 immer an der selben Stelle des Gutes 1 kontaktieren. Diese Stellen würden dann während des gesamten Durchlaufes durch die elektrochemische Anlage nicht behandelt werden. Dies ist vermeidbar durch phasensynchrone Antriebe der Kontaktelektroden, sowie durch unterschiedliche Bandlängen von Kontaktelektrode zu Kontaktelektrode. An jeder Kontaktelektrode wird dadurch an einer anderen Stelle des Gutes kontaktiert.

Eine andere Lösung besteht darin, die Kontaktstreifen 3 an den Mantelflächen der einzelnen Kontaktelektroden mit unterschiedlichen und nicht parallelen Verläufen zu den Achsen der Kontaktelektroden zu versehen. Ein nicht axialer Verlauf schließt auch geschwungene, bis hin zu schraubenförmig gewundenen Verläufen der Kontaktstreifen 3 und der hierzu parallelen Gegenelektroden 7 an der Mantelfläche der Kontaktelektrode ein. Eine weitere Lösung bei achsparallelem Verlauf der Kontaktstreifen 3, d.h. an je einer Mantellinie, besteht darin, daß die Abstände der Kontaktstreifen 3 untereinander von Kontaktelektrode zu Kontaktelektrode unterschiedlich groß gewählt werden. Unterschiedlich große Abstände der Kontaktstreifen 3 auf einer Kontaktelektrode mit oder ohne unterschiedlichen Durchmessern der Kontaktelektroden bewirken ebenfalls eine statistische Verteilung der Kontaktierungslinien auf dem Gut 1 von Kontaktelektrode zu Kontaktelektrode. Bei unterschiedlichen Durchmessern muß mit geeigneten Antriebsübersetzungen für eine gleiche Umfangsgeschwindigkeit gesorgt werden.

Auch durch eine nicht konstante Schlupfeinfügung von Kontaktelektrode zu Kontaktelektrode mittels der Umlenkwalzen 24, die in diesem Falle als Tänzerrollen ausgebildet sind, lassen sich die Kontaktierungsflächen auf dem Gut statistisch verteilen.

Zur Verstärkung des Elektrolytaustausches und der Gasableitung von der Oberfläche der Kontaktelektroden dient das Sprührohr 33. Das Sprührohr 34 dient zur Abspritzung der Gutoberfläche. Die Sprührohre sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich im Gut sehr kleine Löcher oder Sacklöcher befinden. Die Sprührohre oder Düsenstöcke können an jeder Kontaktelektrode angeordnet sein. Die zugehörigen bekannten Elektrolytpumpen und Filter sind nur in Figur 2 dargestellt.

Die Transportgeschwindigkeit des Gutes 1 durch den Arbeitsbehälter kann wegen der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung in einem sehr großen Bereich eingestellt werden, z.B. von 0,001 Meter pro Minute bis zu 1000 Meter pro Minute und mehr. Die Transportgeschwindigkeit des Gutes entspricht grundsätzlich der Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktelektroden, Transportwalzen und Umlenkwalzen. Damit tritt zwischen dem Gut einerseits und den Elektroden und Walzen andererseits keine Relativgeschwindigkeit auf. Die Erfindung eignet sich auch zur Behandlung von Drähten und Kunststofffäden mit elektrisch leitfähigen Eigenschaften von Rolle zu Rolle. Drähte und Fäden sind als spezielle Form eines Bandes zu betrachten.

Bei der elektrolytischen Behandlung von bandförmigem Gut können die Kontaktelektroden und Walzen vom Gut selbst in Rotation versetzt werden. Hierzu wird ein Gut verwendet, das mit mindestens einer Längsperforation versehen ist. Die Perforation greift, ähnlich wie ein Film, in entsprechende Erhöhungen der Kontaktelektroden und Walzen ein und treibt diese somit an. Das Gut selbst wird durch Haspeln und Wickelvorrichtungen, die außerhalb des Arbeitsbehälters angeordnet sind, gezogen.

Während eines Galvanisierprozesses kann es insbesondere außerhalb des Umschlingungswinkels 22 vorkommen, dass die Kontakte 4 metallisiert werden. Dies ist z.B. auch dann der Fall, wenn die Kontaktisolierung 5 des Kontaktstreifens 3 Beschädigungen aufweist. In diesem Falle müssen die Kontaktelektroden 30 von Zeit zu Zeit ausgebaut und entmetallisiert werden. Ein kontinuierliches Entmetallisierungsverfahren ohne Ausbau der Kontaktelektroden zeigt die Figur 5. Eine Entmetallisierungselektrode 14 wird in der Nähe der Kontaktelektrode 30 in dem Bereich angeordnet, der nicht vom Gut umschlungen wird. Die Entmetallisierungselektrode 14 ist der Wölbung der Oberfläche der Kontaktelektrode 30 angepaßt. Die Elektrode 14 deckt den freien Bereich der Kontaktelektrode 30 ab. Die Kontakte 4 und die Entmetallisierungselektrode 14 bilden eine elektrolytische Entmetallisierungszelle. Wie die Kontaktelektrode 30 selbst, erstreckt sich auch die Entmetallisierungselektrode 14 in die Tiefe der Zeichnung hinein. Diese Tiefe ist der maximalen Breite des zu behandelnden bandförmigen Gutes angepaßt. Schmälere Bänder können mit oder ohne Blenden behandelt werden. Bei den Blenden handelt es sich um elektrisch isolierende Abdeckungen über den nicht vom bandförmigen Gut benötigten Bereichen der Kontaktelektrode. Wird zusätzlich Elektrolyt aus einem Hohlraum im Inneren der Kontaktelektroden durch Öffnungen, bevorzugt in den Gegenelektroden 7 in die Kleinzellen 9 geleitet, so verhindern die Blenden und die Entmetal- lisierungselektroden 14 zugleich ein bevorzugtes Austreten des Elektrolyten aus nicht vom Gut abgedeckten Bereichen der Kontaktelektrode 30. Alle Kontakte 4 sind über die kathodischen Stromübertragungseinrichtungen 10 der Kontaktelektroden 30 mit dem Pluspol einer Entmetallisierungsstromquelle 13 elektrisch leitend verbunden. Der Minuspol dieser Stromquelle ist mit den Entmetallisierungselektroden 14 verbunden. Die Spannung der Entmetallisierungsstromquelle 13 wird so groß eingestellt, dass bei jeder Umdrehung der Kontaktelektrode eine sich bildende unerwünschte Metallisierung der Kontakte 4 vollkommen elektrolytisch unterdrückt wird. In diesem Falle müssen mindestens die Oberflächen der Kontakte 4 elektrochemisch resistent sein, z.B. durch eine Beschichtung mit einem Edelmetall. Als Kontaktwerkstoff eignen sich u.a. Titan, Niob oder Tantal. Die kathodisch geschalteten Entmetallisierungselektroden 14 werden bedarfsweise aus der Anlage herausgenommen und einer Metallrückge- wännung zugeführt. Die Figur S zeigt Details der anodischen Stromübertragung zur Kontaktelektrode 30 mittels des Kollektorrades 31. Zur Vermeidung eines Metallisierens der kathodischen Kontakte 4 werden die anodisch geschalteten Gegenelektroden 7 mittels des Kollektorrades 31 während einer Umdrehung gezielt ein- und ausgeschaltet. Die Kollektorsegmente 32, die mit A bis D gekennzeichnet sind, werden so aufgeteilt, dass im Bereich des Umschlingungswinkels 22, den das Gut bildet, ein anodischer Kontakt von der Badstromquelle 12 zu den Gegenelektroden 7 besteht. Außerhalb des Umschlingungswinkels 22 sind die Gegenelektroden 7 durch das Kollektorrad stromlos geschaltet. Die kathodische Verbindung von der Badstromquelle 12 zu den Kontakten 4 besteht über den Schleifring 15 andauernd. In der Darstellung der Figur 6 ist das Kollektorsegment B momentan mit der Badstromquelle 12 kontaktiert. Alle am Kollektorsegment B elektrisch angeschlossenen Gegenelektroden 7 sind anodisch geschaltet. Sie galvanisieren das nicht dargestellte Gut. Während der gesamten Umdrehung und damit auch außerhalb des Umschlin- gungswinkels 22 ist auch der Pluspol der Entmetallisierungsstromquelle 13 mit allen Kontakten 4 über den Schleifring 15 in elektrischer Verbindung. In diesem Bereich bilden die Kontakte 4 mit der kathodischen Entmetallisierungselektrode 14 eine elektrolytische Zelle. Die anodisch gepolten Kontakte 4 werden in dieser Zelle elektrochemisch gereinigt.

Die Anzahl der Kollektorsegmente 32 und die Größe der Entmetallisierungselektrode 14 entlang des Umfanges der Kontaktelektrode 30 richtet sich nach der Größe des Umschlingungswinkels 22. Diese vom Kollektorrad gesteuerte Entmetallisierung ist bei allen oben beschriebenen Beispielen der Erfindung anwendbar. Aus Zeichnungsgründen ist sie nur in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Werden alle Kollektorräder untereinander synchronisiert, so kann auch ein einziges, hierzu synchronisiertes Kollektorrad oder ein synchronisiertes elektronisches Kollektorrad in Form von elektronischen Schaltern für alle Kontaktelektroden einer Durchlaufanlage verwendet werden. Dieses Kollektorrad wird separat angeordnet. In diesem Falle ist zur anodischen Stromzuführung für jede Gruppe der Gegenelektroden 7 eine Schleifkontakteinrichtung mit Schleifkontakt je Kontaktelektrode erforderlich. Dies ist dann eine kostengünstigere Ausführung gegenüber den Kollektorrädern an den Kontaktelektroden, wenn wenig Kollektorsegmente verwendet werden, z.B. nur 3 Stück auf einer Kontaktelektrode.

Bei allen Anwendungen der Erfindung befinden sich außerhalb des Arbeitsbehäl- ters weitere Transportmittel für das Gut in Form von Walzen, Bandführungen und Antrieben. Desgleichen auch Speicher für das Gut, wie z.B. Bandwickeleinrichtungen und Haspeln.

Bezugszeichenüste

zu behandelndes bandförmiges Gut elektrisch leitfähige Schicht Kontaktstreifen Kontakt Kontaktisolierung walzenförmiger Grundkörper Gegenelektrode elektrischer Leiter elektrolytische Kleinzelle kathodische Stromübertragungseinrichtung anodische Stromübertragungseinrichtung Badstromquelle Entmetallisierungsstromquelle Entmetallisierungselektrode Schleifring Schleifkontakt Richtungspfeil für den Transport des Gutes Drehrichtungspfeil für die Kontaktelektroden Antrieb für die Kontaktelektroden Arbeitsbehälter Antriebselemente für die Kontaktelektroden Umschlingungswinkel des Gutes Achse der Kontaktelektrode Umlenkwalze Elektrolytpumpe Filter Dosiereinheit Elektrolyt Rohrleitungen Kontaktelektrode Kollektorrad Kollektorsegment Sprührohre zur Kontaktelektrode Sprührohre zum Gut

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum ein- oder beidseitigen elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von bandförmigem Gut von Rolle zu Rolle in elektrolytischen Durchlaufanlagen oder Bandanlagen mit mindestens a) einem Arbeitsbehälter (20) zur Aufnahme des Elektrolyten, b) einer Elektrolytkreislauffördereinrichtung durch Arbeitsbehälter, Elektrolyt- filter und Elektrolytkonditionierungsbehälter, c) einer Transporteinrichtung und Speichereinrichtung außerhalb des Arbeitsbehälters (20) zur Förderung des Gutes (1 ) durch den Arbeitsbehälter, d) einer Badstromquelle, gekennzeichnet durch mindestens e) eine im Arbeitsbehälter unter Badspiegel angeordnete walzenförmige, drehbar gelagerte Kontaktelektrode (30) mit an der Mantelfläche der Kon- taktelektrode(n) angeordneten Gegenelektroden (7), und Kontaktstreifen (3), die an den nicht Kontakt gebenden Flächen elektrisch isoliert sind, f) eine Transportbahn des Gutes im Arbeitsbehälter um die Kontaktelektroden (30) herum derart, dass durch die Umschlingung, die Kontaktstreifen (3) der Kontaktelektrode(n) die Oberfläche (2) des Gutes elektrisch kontaktieren, g) zwei Stromübertragungseinrichtungen (10,11 ) zur zweipoligen elektri- sehen Verbindung der Badstromquelle (12) mit den Kontaktstreifen (3) und den Gegenelektroden (7) der rotierenden Kontaktelektrode(n) (30).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung zur Förderung eines flexiblen, bandförmigen Gutes von Rolle zu Rolle durch den Arbeitsbehälter, bestehend aus angetriebenen und/oder nicht angetriebenen Kontaktelektroden (30) und Umlenkwalzen (24), die das Gut jeweils teilweise umschlingen, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Kon- taktelektroden und Umlenkwalzen der Transportgeschwindigkeit des Gutes entspricht.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch parallele Kontaktstreifen (3) und Gegenelektroden (7) mit gleichen oder unterschiedli- chen Abständen zueinander an der Mantelfläche der Kontaktelektrode (30) und mit einem geraden Verlauf in axialer Richtung.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch parallele Kontaktstreifen und Gegenelektroden an der Mantelfläche der Kontaktelek- trode mit einem geradlinigen oder geschwungenen Verlauf, der von der axialen Richtung abweicht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch Schleifringe (15) und/oder Kollektorräder (31), befestigt an den rotierenden Kontaktelek- troden (30), und durch Schleifkontakte (16), zur zweipoligen Stromübertragung von der Badstromquelle (12) auf die Kontaktelektroden (30).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Kollektorrad (31) mit Kollektorsegmenten (32), die so aufgeteilt sind, dass außerhalb des Umschlingungswinkels (22) die Gegenelektroden (7) stromlos sind.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein einziges Kollektorrad für mehrere Kontaktelektroden (30) und durch eine Stromübertragung zu den Gruppen von Gegenelektroden (7) auf den Kontaktelektroden (30) mittels je eines Schleifringes je Gruppe einer Kontaktelektrode.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Entmetallisierungselektrode (14), die in der Nähe der Mantelfläche der Kontaktelektrode (30) außerhalb des Umschlingungswinkels (22) angeordnet ist und die zusammen mit den Kontakten (4) und mit der Entmetallisierungs- stromquelle (13) eine elektrolytische Zelle zur Reinigung der Kontakte (4) bildet.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch gekapselte, elektrische Flüssigkeits-Rotationskontakte zur zweipoligen Stromübertragung von der Badstromquelle auf die rotierenden Kontaktelektroden.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Kontaktelektrode (30), bestehend aus einem metallisch harten Werkstoff des Kontaktes (4).

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Kontaktelektrode (30), bestehend aus einem elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff des Kontaktes (4).

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11 , gekennzeichnet durch eine Kontaktelektrode (30), bestehend aus halbrunden, rillenförmigen Kontakten an der Mantelfläche der Kontaktelektrode zur elektrochemischen Draht- und Fadenbehandlung.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Antrieb der Kontaktelektroden durch das Gut selbst, mittels mindestens einer Perforation im Gut, und entsprechende Erhöhungen in den Kontaktelektroden (30) und Umlenkwalzen (24).

14. Verfahren zum ein- oder beidseitigen elektrochemischen Metallisieren,

Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von bandförmigem Gut von Rolle zu Rolle in elektrolytischen Durchlaufanlagen oder Bandanlagen, insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , bestehend aus den

Verfahrensschritten: a) Förderung des Gutes durch einen mit Elektrolyt gefüllten Arbeitsbehälter, b) In-Kontakt-Bringen des Gutes mit dem Elektrolyten, c) Kreislaufförderung des Elektrolyten durch den Arbeitsbehälter und durch Elektrolytkonditionierungseinrichtungen, d) Antreiben und Versetzen der Kontaktelektrode(n) in Rotation mit einer

Umfangsgeschwindigkeit, die so groß ist, dass zwischen dem Gut und den Kontaktstreifen am Umfang der Kontaktelektrode(n) keine Relativgeschwindigkeit auftritt, e) Berühren der Oberfläche des zu behandelnden Gutes durch teilweises Umschlingen der Kontaktelektrode durch das Gut und damit elektrisches

Kontaktieren der Oberfläche (2) des Gutes durch die Kontaktstreifen (3) der Kontaktelektrode(n) (30) während des Durchlaufes durch den Arbeitsbehälter (20), f) Bildung von elektrolytischen Kleinzellen (9) an der Oberfläche (2) des Gutes, die momentan von einem Kontakt (4) der Kontaktelektrode elektrisch kontaktiert ist und die einer Gegenelektrode (7) gegenübersteht, g) Zuführen von Badstrom der Badstromquelle (12) über eine zweipolige Stromübertragungseinrichtung (10,11) und über elektrische Leiter (8) zu den Kleinzellen (9), h) elektrolytische Behandlung des Gutes in den Kleinzellen während der

Rotation der Kontaktelektrode, i) selbsttätiger Austausch des Elektrolyten in dem Bereich der Kontaktelektrode, der momentan nicht mit dem Gut in Kontakt steht, j) fortlaufende Rotation der Kontaktelektrode(n) und damit fortlaufende elektrochemische Behandlung des Gutes, das sich jeweils im Kontaktie- rungsbereich der rotierenden Kontaktelektrode(n) befindet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrolytischen Behandlung mehrere Kontaktelektroden (30) zueinander mit unter- schiedlichem Abstand angeordnet sind und dass dadurch alle Oberflächenbereiche des Gutes elektrochemisch statistisch gleich lang behandelt werden.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (4) der Kontaktelektroden (30) in Entmetallisierungszellen, die im Arbeitsbehälter an den Kontaktelektroden (30) mit Entmetallisierungs- elektroden (14) gebildet werden, mittels einer Entmetallisierungsstromquelle (13) elektrolytisch entmetallisiert werden.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der Gegenelektroden (7) mittels eines Kollektorrades (31) nur dann mit der Badstromquelle (12) in Kontakt sind, wenn durch die Umschlingung des Gutes (1) um die Kontaktelektrode (30) temporär eine Kleinzelle (9) gebildet wurde.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kontaktelektroden eines Arbeitsbehälters von einer einzigen Badstromquelle (12) versorgt werden.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktelektrode eines Arbeitsbehälters individuell mit Badstrom ver- sorgt wird.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Behandlung von Drähten und Fäden diese durch halbrund ausgebildete, rillenförmige Kontakte am Umfang der Kontaktelektrode geführt und elektrisch kontaktiert werden.

21. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Elektrolyt aus einem Hohlraum im Inneren der Kontaktelektrode durch Öffnungen in den Gegenelektroden in die elektrolytischen Kleinzellen (9) ein- geleitet wird.

22. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelektrode an der Mantelfläche von elektrisch isolierenden Blenden an den Stellen abgedeckt wird, die zur elektrochemischen Behandlung des Gutes nicht benutzt werden.

23. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass aus Sprührohren oder Düsenstöcken die Kontaktelektroden und/oder das Gut mit Elektrolyt angesprüht werden.

24. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelektroden durch ein perforiertes bandförmiges Gut in Rotation versetzt werden.