WO2011066824A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrischen kontaktieren von behandlungsgut in galvanisieranlagen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum elektrischen kontaktieren von behandlungsgut in galvanisieranlagen Download PDF

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WO2011066824A1
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contact means
electrolyte
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electrically
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Egon Hübel
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Somont Gmbh
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    • C25D21/00Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/02Heating or cooling

Definitions

  • the invention relates to the electrical contacting of galvanizing in galvanizing.
  • suitable wet-chemical plants are z.
  • dip baths drum systems, continuous systems and systems for strip-shaped material from roll to roll and other electroplating.
  • the estate is about
  • Ceramic, glass and other materials which is at least partially electrically conductive at the surface. Examples are z.
  • workpieces made of metal, printed circuit boards or conductor foils, wafers and solar cells.
  • the full-surface or structured, electrically conductive surfaces of the goods to be treated electrochemically by the means of the invention must be cathodically connected to an anode for electroplating in an electrolyte.
  • at least one rectifier or pulse rectifier is used, which is electrically conductively connected with its negative pole to the surface of the material to be treated and with its positive pole to the anode of the at least one electrolytic cell.
  • the electrical contact means are demetallized electrochemically according to the prior art, d. H. etched. For this they are connected anodically. So that the contact agents are not dissolved themselves, they must be at least on the surface of a, in the electrolyte used, anodic resistant material.
  • Anodic resistant metals such as titanium, niobium or tantalum oxidize on their
  • Glass panes prove to be metallically hard transport and contact agents as almost unsuitable. Required are elastic materials at least on the surface of the transport and / or contact means.
  • the contact means must also be electrically conductive.
  • a metal / plastic composite which has a sufficiently good electrical conductivity, in particular when the composite is locally compressed in the current contact area.
  • the conductivity is achieved by chemically and electrochemically resistant
  • the object of the invention is to provide a device and a method that allow in electroplating plants of all kinds the electrical contacting of a material to be galvanized by means of simple static or rotating contacts, these contacts should not be metallized while avoiding the disadvantages of the prior art.
  • the surfaces to be electroplated are full-area or structured surfaces.
  • the structures can by means of resist on an electrically conductive starting layer or by a z. B. printed, electrically conductive pattern as a start layer on an insulated substrate.
  • the contact means consist of static or rotationally arranged contacts.
  • Static contact means contact the goods z. B. in Tauchbadanlagen.
  • Rotating contact wheels or contact rollers in continuous systems contact the goods on at least one contact track or transversely to the transport direction over the entire width of the goods.
  • the hard or elastic contact wheels or contact rollers on their surface are electrically conductive at least on the rolling circumference. Only a small part of the rotating contact means according to the invention is currently located in the region of the electrolytic cell, ie in the region of the electrical Field that exists between the soluble or insoluble anode and the good to be plated as a cathode.
  • the remaining area of the cathodic contact means or contact wheels or contact rollers is kept away from the electric field of the electrolytic cell (s) by means of electrically nonconductive shields. In the area of these shields, the contact means are not metallized. Therefore, currently only the small part of a contact wheel or a contact roller could be galvanized, which is close to the cathodic material and thus within the electrolytic cell and its electric field.
  • Electrolytes and the surface temperature of the contact agent decreases the deposition or there is no deposition.
  • the working temperatures of the electrolytes are typically from 30 ° C to 80 ° C.
  • the temperature of a conventional liquid cooling medium is z. At 8 ° C. Even lower temperatures are required with known refrigeration equipment such. As compressors, evaporators, heat exchangers,
  • Electrolytes at the selected operating temperature not or virtually non-metallizable material according to the invention is possible.
  • the electroplated material is contacted electrically, wherein the contacts are not permanently metallized and therefore need not be demetallised separately.
  • an anodically corrosive polarity of the contact means is not required lent.
  • electrically conductive materials or the like fillers can be used for this, which are only chemically resistant and electrochemically resistant in the electrolyte.
  • These materials such as. As stainless steel, are considerably cheaper than the otherwise anodic resistant metals such. As titanium, niobium or tantalum.
  • a sulfuric acid copper electrolyte is stainless steel z. B. suitable with the trade name Hastelloy C. These materials can also be processed more economically than the above-mentioned electrochemically resistant metals. It is also advantageous that z.
  • As stainless steel in the electrolyte usually no disturbing insulating oxide layer on the
  • the contact means can be provided at least at the contact-making surface with an electrically conductive protective layer.
  • an electrically conductive diamond layer which is also particularly resistant to mechanical abrasion, is suitable for this purpose.
  • the conductivity of z. B. 5 ⁇ to 10 ⁇ thick diamond layer is coated by a doping z. B. made with boron.
  • the surface of such coated contacts behaves similar to metallic contact materials.
  • Their electrochemical metallization is achieved by the contact cooling according to the invention and / or with
  • the diamond coating is of course also suitable for oxidizing materials, eg. For titanium.
  • Diamond coating are preferable for realizing the invention.
  • the effectiveness of the invention namely the avoidance of a permanently remaining metallization on the contact means, if necessary, especially if the
  • Working temperature of the electrolyte is close to room temperature, can be increased by a combination with an electroless chemical etching.
  • the electrolyte of the electrolytic cell or the working container, in which the plating takes place is used.
  • the electrolyte used has a redissolving, d. H. corrosive property, e.g. B. copper electrolyte based on sulfuric acid.
  • Property is used according to the invention for complementary demetallization of the contact means, if the cooling of the same or the choice of the electrolyte is not sufficient that is, if slightly metal would deposit on the cooled contact means.
  • the electrolyte is conveyed during the galvanizing in the circulation through the working container and the goods. Part of this electrolyte flow is used as etchant z. B.
  • Contact means can in addition to the intense flow of the corrosive electrolyte under high pressure other physical and / or chemical devices or
  • the etching rate is significantly increased if this partial flow of the electrolyte beyond the low in this case working temperature in the working vessel, which at z. B. 30 ° C is heated, z. B. to 70 ° C.
  • the electrolyte which is flowed to the contact means, is enriched with at least one oxidizing agent, which are compatible with the respective electrolyte of the electroplating process, for.
  • oxidizing agent which are compatible with the respective electrolyte of the electroplating process, for.
  • oxygen As ozone, oxygen, atmospheric oxygen, hydrogen peroxide or peracids.
  • Metallization An example of this in sulfuric acid copper baths of printed circuit board technology is the chloride, which is seeded as a salt in the electrolyte stream flowing to the contact means, d. H. can be dosed.
  • the measures mentioned can be used to increase the etching rate of the electrolyte
  • Etching electrolyte which is flown to the contact means and the cooling of these contact means are combined.
  • the electrolyte When using insoluble anodes, the electrolyte must be continuously supplemented or regenerated with the respective metal ions of the deposition metal. This can be done by appropriate salts.
  • a method which is described in the publication DD 215 589 AI is also suitable.
  • a substance is added to the electrolyte as an electrochemically reversible redox system. This substance or the redox agent is conveyed with the electrolyte through the working container and a regeneration space in the circulation. It is oxidized at the insoluble anode and in the
  • the deposition metal thereby dissolved is deposited in the electrolytic cell by means of plating current of a plating current source on the cathodic material.
  • a sulfuric acid electrolyte as used in printed circuit board technology, called.
  • the redox agent used is iron. Essentially, the following reactions take place in the working container and in the regeneration space:
  • the redox agent oxidized on the insoluble anode in this example iron, has the property of dissolving copper as the ion Fe 3+ .
  • This is very advantageous in a further embodiment of the invention also for the combined electroless dissolution of copper, which could still be deposited on the inventively cooled contact means used.
  • a particularly Fe-containing substream of the electrolyte conveyed in the circulation is branched off from the region of the anode of the electrolytic cell and intensively flowed to the contact means and there preferably far from the surface of the material.
  • Figure 1 shows in two views the situation of a firstmaschineticiansaus operation for one-sided contacting of band-shaped Good with non-rotating or sliding contact means of a continuous system.
  • Figure 2 shows the embodiment of the electrical contact of Figure 1 in the
  • Figure 3 shows in two views a second Greticiansausmentation, especially for plate-shaped Good, with a rotating contact means using rotary joints in a continuous system.
  • FIG. 4 shows, in two views, a third contacting embodiment, in particular for plate-shaped material with a rotating contact means and a non-rotating cooling tube in a continuous system.
  • Figure 5 shows a continuous system in the side view with cooled contact means in combination with an electroless demetallization of residual amounts of a possible metal deposition on these contact means.
  • FIG. 6 shows, in three views, a continuous system in which material is conveyed as a rotational body on an electrically contacting slideway through the working container.
  • the cathodic contact means are cooled to avoid contact metallization.
  • a non-metallizable in the electrolyte used contact material is used.
  • the first embodiment of the invention is described by examples of tubular hollow bodies for the contact means in continuous flow systems, which are traversed by a cooling medium.
  • a cooling medium In particular, with a small width of the material to be galvanized transversely to the transport direction can also be used advantageously other cooling methods such.
  • B. Peltier elements In this case, a solid body can be used as a contact means, which consists of a material having a good electrical and thermal conductivity, such.
  • B. copper The coupling of the cold is then carried out by one or both sides of the contact means.
  • the contact means can basically be dispensed with the cooling. In this case, no hollow body for the contact means are required.
  • the third embodiment of the invention is a combination of the first with the second embodiment of the invention or the second embodiment with the first.
  • the contact agents can also be etched free of electroless, ie chemically etched, from any metallization.
  • the invention will be described by examples of continuous plants. It is also suitable for all other known electroplating plants such.
  • the 1 shows a firstmaschineticiansausschreibung, preferably for strip-shaped Good 1, which is funded by pulling a continuous system.
  • the product 1 is only galvanized on one side, here at the bottom.
  • An example of the material 1 are arranged on a band-shaped electrically insulating substrate RFID antennas to be promoted from role to role and galvanized.
  • the illustrated contact means 6 at one of the most manymaschinetechnikspositionen along the conveyor system is static on the side of the material 1 to be electroplated, d. H. not arranged in a rotating manner.
  • the belt or substrate with the product 1 is pulled through at least one known winding device by the continuous system. It slides the structures electrically contacting on the sliding contacts 6.
  • To support the tape transport weight rollers 16 can be driven in rotation on the top not to be plated.
  • weight rollers 16 are preferably made of an electrically insulating material on their surface. This material can be hard or elastic. Due to the elasticity on the one hand, the length of the electrical contact on the contact means 6 is increased in the transport direction and on the other hand, the tension of the belt is reduced or avoided in driven weight rollers 16. As a result, each driven weight roller 16 contributes to the promotion of the goods 1 through the continuous system effectively. Due to the larger contact surface, the current density is reduced at the contact means 6, which reduces the possible wear of this contact means 6.
  • the weight rollers 16 may be stored only rotating at the installation. After each a certain number of contact means 6 along the transport path of the continuous system can be arranged on both sides pull rollers that support the promotion of the band.
  • the strip slides with the side to be contacted and electroplated over the statically arranged contact means 6, which in this exemplary embodiment is designed as a hollow body.
  • the non-rotating tubular contact means 6 extending transversely to the transport direction at least partially over the material 1, flows through by a liquid or gaseous coolant 5 or cooling medium.
  • a liquid or gaseous coolant 5 or cooling medium is flanged directly to the contact means 6.
  • On the opposite side of the continuous system is also directly flanged coolant return. 8
  • the working container 14 is at least one soluble or insoluble anode 10, which form the electrolytic cell 11 together with the cathodically poled surface of the material 1.
  • this electrolytic cell 11 is the electrolyte 12, whose level 13 extends at least to the bottom of the goods 1. So that the electric field emitted by the anode 10 can not reach the contact means 6, this is almost completely protected by an electrical insulation 22. Only a narrow generatrix, over which the substrate slides with the material 1, is free of the insulation 22. However, this region could be galvanized as well as the material 1. So that this can not happen, the contact means 6 is cooled in the first embodiment of the invention.
  • a certain angle of wrap can also be selected.
  • a weight roller 16 is shown. This rests with its own weight on the band-shaped Good 1 and thus provides the contact force to the opposite contact means 6 ago.
  • This weight roller 16 is rotatably mounted and is set in rotation by the belt or it can be driven in rotation to support the transport by means of drive means 3.
  • Electrical conductors 23 connect the electrodes of the electrolytic cell to the galvanic rectifier (s).
  • FIG. 2 shows a side view of the situation of FIG. 1 with a plurality of contact means 6 along the transport path of a continuous installation.
  • the insulation 22 on the cooled contact means 6 extends close to the Good 1 zoom. Furthermore, the insulation 22 may rest firmly against the tubular contact means 6. It is thus not only an electrical insulation, but at the same time a thermal insulation for the flowing through coolant 5.
  • the cross section of the contact means hollow body may differ from the illustrated round shape, z. B. rectangular, preferably with the
  • the electrically non-contacted weight rollers 16 may be driven as shown. Shown by dashed lines is an alternative arrangement of the driven weight rollers 16 between the contact means 6, whereby a wrap angle is also formed on the contact means 6 with corresponding contact force formation.
  • the transport direction arrow 24 identifies the
  • inventions according to the contacting embodiment shown in Figures 1 and 2 is suitable for the frequent applications with bandförmigem Good 1. These embodiments are particularly cost.
  • plate-shaped Good 1 are usually rotating contact means 2 as wheels or rollers, which can act as a means of transport for the Good 1 at the same time required.
  • the material 1 is metallized electrochemically only at the bottom side.
  • the one illustrated contact means 2 is executed rohrformig. It is rotatably mounted in the working container 14 and is driven by drive means 3 as z. B. spur gears set in rotation, whereby the good 1 is conveyed perpendicular to the plane through the continuous flow system.
  • the statically arranged coolant supply 4 promotes the coolant 5 in a first rotary union 7. From there it flows through the tubular contact means 2, wherein the surface of the contact means 2 almost assumes the temperature Coolant 5 has. Via a second rotary feedthrough 7, the coolant 5 passes into a statically arranged coolant return 8.
  • the contact means 2 rolls on Good 1, which may be plate-shaped or band-shaped from. In this case, the underside of the goods 1 is electrically contacted.
  • the material 1 forms, together with the anode 10, the electrolytic cell 11. This is located in the electrolyte 12, whose level 13 in the working container 14 protrudes at least to beyond the material 1 to be coated. So that the contact means 2 remains largely free from the electric field emanating from the anode 10, there is a shield above the metallic contact means 2. This reaches to close to the surface of the goods 1 zoom. This supports the non-metallization of the contact agent 2 to be achieved.
  • the known flow elements required for the electroplating for the electrolyte required in circulation are not shown in this and in the other figures.
  • weight rollers 16 which rest with its own weight on the Good 1.
  • These weight rollers 16 may, for. B. by means of belt drive or gear drive to be driven in rotation to the
  • FIG. 3 shows the section A - B in a side view.
  • the embodiment of the invention which can be realized in a simple manner can also be seen here.
  • the execution of the invention according to FIG. 4 avoids the expense of rotary unions 7.
  • FIG. 4 shows a tube in a tube design for the contact means 2.
  • the actual metallic contact means 2 is again tubular. It is rotatably mounted in the working container 14.
  • For indirect cooling of the contact means 2 is in this another non-rotating cooling tube 17. This is traversed by the coolant 5.
  • the heat or cold exchange takes place from this cooling tube 17 to the tubular contact means 2.
  • the cooling tube 17 is to compensate for temperature expansions and tolerances preferably by means of elastic sleeves 18 to the coolant flow 4 and to the Coolant return 8 connected. Overall, this results in a cost-effective and easy to install embodiment of the invention.
  • the one-sided metallizing surface, z. B. structured RFID antennas 19, are located on an electrically non-conductive band-shaped substrate 20.
  • the distance of the contact means 2 in the transport direction is preferably selected so that at any time at least one contact means electrically contact each RFID antenna.
  • the means for supply and discharge of the coolant through the contact means 2 are not shown in this figure 5.
  • a chemically and / or physically conditioned etching liquid 27 is produced by means of a
  • Diamond layer is also very resistant to abrasion, it is particularly suitable for non-rotating contact means 6 according to Figures 1 and 2.
  • an electrically conductive starting layer for structures to be electroplated on electrically non-conductive substrates z.
  • An electrically conductive printer paste is z. B. printed by screen printing on the substrate and cured.
  • this printed image does not have a particularly high abrasion resistance. Therefore, the electrolytic amplification could lead to damage of the printed image in the initial phase with a device according to Figures 1 and 2, in which the printed image on the contact means 6 slides.
  • the plating apparatus shown in Figs. 3 to 5 is executed.
  • the further reinforcement of the galvanizing layer can be carried out with a device according to FIGS. 1 and 2.
  • the embodiments of the invention can also be mirror images, d. H. reversed up and down.
  • the weight roller 16 is to press on the Good 1.
  • the contact means 2, 6 may then be partially outside the electrolyte 12, d. H. above its level, which must reach at least as far as the anodes 9.
  • the devices of the invention alternate at the top and at the bottom of the goods along the transport path.
  • FIG. 6 shows, by way of example, a continuous system for piece goods.
  • This material 1 is transported on statically arranged contact means 6 as transport supports pushing or rotating through the working container 14.
  • the contact means 6 are protected up to the area of the generatrix 26 by means of an insulation 22 against the electric field of the electrolytic cell 11.
  • the region on the generating line 26 is cooled by the tubular contact means 6 and / or by a surface which is metallurgical in the electrolyte used, against an undesired one Metallization protected.
  • the coolant 5 flows through the contact means 6.
  • the insulation 22 also acts as a thermal insulator.
  • FIG. 6a shows a continuous flow system according to the invention in cross-section with only one electrolytic cell 11, which is arranged in the lower region of the working container. It is formed by the cathodic material 1 and the anode 10. Both electrodes are located in the electrolyte 12, whose level 13 protrudes at least to over the Good 1.
  • Figure 6 b shows the top view of the arrangement according to the invention. In the transport direction 24 only a small distance is shown. In practice, such
  • the contact means 6 are arranged conically in the transport direction in order to achieve a nearly uniform deposition in the contact region. Due to the rotation of the goods 1 during transport through the conveyor system, a very uniform layer thickness on the entire circumference of the goods 1, z. B. piston rods for shock absorbers achieved. This even if only on one side of the goods 1, as shown for drawing reasons, an anode 10 and thus only one electrolytic cell 11 should be.
  • FIG. 6c shows the cross-section of a very short flow plant along the
  • Transport path as section C - D of Figure 6 a. Shown are at the top and at the bottom of electrolytic cells 11. Thus, the deposition rate of the entire flow system can be doubled.
  • the required to transport the goods 1 drive means, for. B. circulating and pressing bands are known design knowledge and therefore not shown in the figures 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die elektrische Kontaktierung von bandförmigem oder plattenförmigem Gut (1), das auf einer Transportbahn durch eine Galvanisieranlage förderbar ist. Die kathodisch gepolten Kontaktmittel (6) befinden sich z.B. an der Unterseite des Gutes (1) im Elektrolyten (12), der in der Galvanisieranlage im Kreislauf gefördert wird. Zur Stromübertragung auf das Gut (1) wird dieses elektrisch kontaktiert. Die Kontaktmittel (6) werden beim Stand der Technik ebenso wie das Gut (1) metallisiert. Diese Metallisierung muss dabei fortlaufend von den Kontakten entmetallisiert werden. Erfindungsgemäß wird jedes z.B. rohrförmige Kontaktmittel (6) mittels einer Kühleinrichtung oder eines Kühlmediums gekühlt. Auf der gekühlten Oberfläche der Kontaktmittel (6) scheidet sich kein Metall ab, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Arbeitstemperatur des Elektrolyten (12) und der Oberflächentemperatur des Kontaktmittels (6) ausreichend groß ist. Diese Eigenschaft kann ergänzt werden mit einer im verwendeten Elektrolyten (12) kathodisch nichtmetallisierbaren Oberfläche der Kontaktmittel (6).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren
Behandlungsgut in Galvanisieranlagen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft das elektrische Kontaktieren von Galvanisiergut in Galvanisieranlagen. Hierfür geeignete nasschemische Anlagen sind z. B. Tauchbadanlagen, Trommelanlagen, Durchlaufanlagen und Anlagen für bandförmiges Gut von Rolle zu Rolle sowie weitere Galvanisiereinrichtungen. Bei dem Gut handelt es sich um
Stückgut, plattenförmiges Gut, Folien und Bänder z. B. aus Metall, Kunststoff,
Keramik, Glas und anderen Werkstoffen, das mindestens partiell an der Oberfläche elektrisch leitfähig ist. Beispiele sind z. B. Werkstücke aus Metall, Leiterplatten oder Leiterfolien, Wafer und Solarzellen.
Die mit den Mitteln der Erfindung elektrochemisch zu behandelnden vollflächigen oder strukturierten, elektrisch leitfähigen Oberflächen der Güter müssen zum Galvanisieren in einem Elektrolyten kathodisch gegen eine Anode geschaltet sein. Hierzu dient mindestens ein Gleichrichter oder Pulsgleichrichter, der mit seinem Minuspol mit der zu behandelnden Oberfläche des Gutes und mit seinem Pluspol mit der Anode der mindestens einen elektrolytischen Zelle elektrisch leitend verbunden ist.
In Tauchbad-Galvanisieranlagen wird das kathodische Gut mittels Kontakten z. B. an Gestellen und Warenträgern elektrisch kontaktiert. In Durchlauf-Galvanisieranlagen wird das Gut kontinuierlich oder diskontinuierlich von rotierenden oder klammernd ziehenden Transportmitteln elektrisch kontaktiert. In Anlagen von Rolle zu Rolle übernehmen z. B. Kontaktwalzen die elektrische Kontaktierung. Diese Kontakt- und/oder Transportmittel werden wegen ihrer kathodischen Polarität nahezu ebenso galvanisiert wie die Oberfläche des Gutes. Diese Metallisierung der Kontaktmittel ist in allen Arten von Galvanisieranlagen sehr störend. Sie muss von den Kontaktmitteln fortlaufend entmetallisiert werden. Hierfür sind bereits verschiedene Lösungen bekannt. Die an Warenträgern befestigten Gestellkontakte der zyklisch arbeitenden Tauchbad- Galvanisieranlagen werden in gesonderten Prozessen in regelmäßigen zeitlichen Abständen entmetallisiert. Diese Entmetallisierung stellt zwar keine besondere technische Herausforderung dar, sie ist jedoch aus wirtschaftlicher Sicht sehr nachteilig. Bei Durchlaufanlagen muss das Entmetallisieren der Kontaktmittel während des fortlaufenden Galvanisierens erfolgen. Auch für diese technische Herausforderung gibt es bereits bewährte technische Lösungen.
Die elektrischen Kontaktmittel werden nach dem Stand der Technik elektrochemisch entmetallisiert, d. h. geätzt. Hierzu werden sie anodisch geschaltet. Damit die Kontaktmittel dabei nicht selbst aufgelöst werden, müssen sie mindestens an der Oberfläche aus einem, im verwendeten Elektrolyten, anodisch resistenten Werkstoff bestehen.
Anodisch resistente Metalle wie z. B. Titan, Niob oder Tantal oxidieren an ihrer
Oberfläche in den meist verwendeten sauren Elektrolyten. Diese dünnen Oxidschichten sind elektrische Isolatoren. Eine elektrische Leitfähigkeit bzw. Kontaktierung kommt in der Praxis durch die noch vorhandenen Poren der Oxidschicht und durch Anwendung von Druck und/oder Reibung der Kontaktpartner zu Stande. Das Ausüben von Druck oder Reibung durch die Kontakte auf das Gut ist bei einem empfindlichen Gut, wie z. B. Glasscheiben, nicht möglich. Um deren Bruch zu vermeiden, dürfen die darauf abrollenden Kontakte und andere rotierende Transportmittel nur kleine Kräfte auf das Gut ausüben. Damit scheiden in diesen Fällen an der Oberfläche oxidierende Metalle für die Kontaktmittel nahezu völlig aus. Erforderlich sind hier Beschichtungen der Kontaktmittel mit nicht oxidierenden Werkstoffen, wie z. B. Edelmetalle.
Die Praxis zeigt außerdem, dass sich von oxidierenden Oberflächen bzw. von ihren Oxidschichten darauf abgeschiedenes Metall nur unvollständig elektrolytisch entmetallisieren lässt. Reste der Metallisierung bleiben als Partikel an der Oxidschicht haften. Auch deshalb werden die Oberflächen dieser Kontaktmittel mit einer Edelmetallbe- Schichtung versehen. Damit entfällt das Problem mit der isolierenden Oxidschicht.
Allerdings ist es technisch sehr schwierig bis unmöglich, die oxidierenden Metalle der Kontakte dauerhaft haftfest und verschleißfest zu galvanisieren. In der Praxis rollen derartige Kontakte z. B. auf scharfkantigen Leiterplatten ab. Die Folge ist ein schneller Verschleiß der Edelmetallbeschichtung, wodurch die Wirtschaftlichkeit der gesamten Durchlaufanlage verringert wird.
Bei elektrochemisch zu behandelndem Gut, das bruchempfindlich ist, wie z. B.
Glasscheiben, erweisen sich metallisch harte Transport- und Kontaktmittel als nahezu ungeeignet. Erforderlich sind mindestens an der Oberfläche der Transport- und/oder Kontaktmittel elastische Werkstoffe. Die Kontaktmittel müssen zusätzlich elektrisch leitfähig sein. Hierzu dient nach dem Stand der Technik ein Metall/Kunststoffverbund, der eine ausreichend gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, insbesondere dann, wenn der Verbundwerkstoff im momentanen Kontaktbereich örtlich komprimiert wird.
Erreicht wird die Leitfähigkeit durch chemisch und elektrochemisch beständige
Metallpartikel oder Kohlepartikel, die z. B. in Elastomere oder Gummi eingelagert sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die in Galvanisieranlagen aller Art die elektrische Kontaktierung eines zu galvanisierenden Gutes mittels einfacher statischer oder rotierender Kontakte erlauben, wobei diese Kontakte unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik nicht metallisiert werden sollen. Bei den zu galvanisierenden Oberflächen handelt es sich um vollflächige oder strukturierte Flächen. Die Strukturen können mittels Resist auf einer elektrisch leitfähigen Startschicht oder durch ein z. B. gedrucktes, elektrisch leitfahiges Leiterbild als Startschicht auf einem isolierten Substrat gebildet sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Vorrichtungen gemäß der Patentansprüche 1 und 7 sowie durch die Verfahren gemäß der Patentansprüche 4 und 10. Mögliche Ergänzun- gen und Kombinationen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Kontaktmittel bestehen aus statisch oder aus rotierend angeordneten Kontakten. Statische Kontaktmittel kontaktieren die Güter z. B. in Tauchbadanlagen. Rotierende Kontakträder oder Kontaktwalzen in Durchlaufanlagen kontaktieren das Gut auf mindestens einer Kontaktspur oder auch quer zur Transportrichtung über die gesamte Breite des Gutes. Die an ihrer Oberfläche harten oder elastischen Kontakträder oder Kontaktwalzen sind mindestens am abrollenden Umfang elektrisch leitfähig. Nur ein kleiner Teil der erfindungsgemäßen rotierenden Kontaktmittel befindet sich dabei momentan im Bereich der elektrolytischen Zelle, d. h. im Bereich des elektrischen Feldes, das zwischen der löslichen oder unlöslichen Anode und dem zu galvanisierenden Gut als Kathode besteht. Der übrige Bereich der kathodischen Kontaktmittel bzw. Kontakträder oder Kontaktwalzen wird mittels elektrisch nichtleitender Abschirmungen vom elektrischen Feld der elektrolytischen Zelle(n) ferngehalten. Im Bereich dieser Abschirmungen werden die Kontaktmittel nicht metallisiert. Daher könnte momentan stets nur der kleine Teil eines Kontaktrades oder einer Kontaktwalze galvanisiert werden, der sich nahe am kathodischen Gut und damit innerhalb der elektrolytischen Zelle und deren elektrischem Feld befindet. Bei statischen Kontaktmitteln an z. B. Gestellen in Tauchbadanlagen oder bei
Kontaktbahnen von Gleitkontakten sowie bei Klammerkontakten in Durchlaufanlagen ist stets der selbe Bereich, der das Gut elektrisch kontaktiert, dem elektrischen Feld der elektrolytischen Zelle ausgesetzt. Auch dieser Bereich der Kontaktmittel, der dem elektrischen Feld der elektrolytischen Zelle ausgesetzt ist, könnte ebenso wie das Gut metallisiert werden.
Diese möglichen Kontaktgalvanisierungen werden in einer ersten Ausführung der Erfindung vermieden durch eine Kühlung der Kontaktmittel und in einer zweiten Ausführung durch Verwendung eines kontaktgebenden Werkstoffes, der in dem eingesetzten Elektrolyten zu keiner elektrochemischen Metallisierung führt.
Zur elektrochemischen Abscheidung, insbesondere zur haftfesten und korrekten Galvanisierung ist elektrolytspezifisch eine bestimmte Arbeitstemperatur erforderlich. Unterhalb dieser Arbeitstemperatur erfolgt eine technisch unbrauchbare bis keine Abscheidung von Metall. Mit zunehmendem Unterschied der Arbeitstemperatur des
Elektrolyten und der Oberflächentemperatur der Kontaktmittel nimmt die Abscheidung ab oder es erfolgt keine Abscheidung. In der Praxis betragen die Arbeitstemperaturen der Elektrolyte typisch von 30°C bis zu 80°C. Die Temperatur eines üblichen flüssigen Kühlmediums liegt z. B. bei 8°C. Auch tiefere Temperaturen sind bei Bedarf mit bekannten Kühlgeräten wie z. B. Kompressoren, Verdampfern, Wärmetauschern,
Pelierelementen u.s.w. realisierbar. Damit kann ein genügend großer Abstand von der Arbeitstemperatur des Elektrolyten und der Oberflächentemperatur der Kontaktmittel realisiert werden, wodurch keine Abscheidung von Metall auf der kathodischen Oberfläche der Kontaktmittel erfolgt. Die elektrochemische Metallisierung ist bei einem gegebenen Elektrolyten nicht auf allen Werkstoffen bzw. elektrisch leitfähigen Oberflächen möglich. Dies wird in der weiteren Ausführung der Erfindung genutzt. Mindestens die nicht elektrisch isolierten Oberflächen der kathodischen Kontaktmittel werden aus einem derartigen nicht metallisierbaren Werkstoff hergestellt. Ein Beispiel hierfür sind Kontaktmittel, die mindestens an der Oberfläche aus Zinn oder Niob bestehen. Diese werden z. B. in einem Hartchrombad elektrochemisch nicht metallisiert.
Auch eine Kombination aus einer Kontaktkühlung und aus einem im jeweiligen
Elektrolyten bei dessen gewählter Arbeitstemperatur nicht oder nahezu nicht metallisierbaren Werkstoff ist erfindungsgemäß möglich.
In allen Fällen wird das Galvanisiergut elektrisch kontaktiert, wobei die Kontakte nicht dauerhaft metallisiert werden und von daher auch nicht gesondert entmetallisiert werden müssen. Somit ist auch eine anodisch ätzende Polung der Kontaktmittel nicht erforder- lieh.
Weil die Kontaktmittel erfindungsgemäß nicht anodisch gepolt werden müssen, sondern für den Galvanisierprozess ständig kathodisch geschaltet sind, können für diese auch elektrisch leitfähige Werkstoffe oder desgleichen Füllstoffe verwendet werden, die im Elektrolyten nur chemisch beständig und elektrochemisch nicht beständig sind. Diese Werkstoffe, wie z. B. Edelstahl, sind erheblich kostengünstiger als die ansonsten anodisch beständigen Metalle wie z. B. Titan, Niob oder Tantal. Bei einem schwefelsauren Kupferelektrolyten ist Edelstahl z. B. mit der Handelsbezeichnung Hastelloy C geeignet. Diese Werkstoffe lassen sich auch wirtschaftlicher bearbeiten als die oben genannten elektrochemisch beständigen Metalle. Vorteilhaft kommt hinzu, dass z. B. Edelstahl im Elektrolyten meist keine störende isolierende Oxidschicht an der
Oberfläche der Kontakte von z. B. Galvanogestellen bzw. an der Lauffläche der Kontakträder bzw. an der Gleitfläche der Gleitkontakte bildet. Somit ergibt sich im Vergleich zu den oxidierenden Metallen ein wesentlich kleinerer elektrischer Über- gangswiderstand an der Kontaktstelle. Diese wird dadurch weniger erwärmt, was sich sowohl für das Gut als auch für die Kontaktmittel schützend, d. h. schonend bezüglich eines Verschleißes auswirkt. Die gute elektrische Kontaktierung der im Wesentlichen nicht oxidierenden Werkstoffe der Kontaktmittel erfordert auch eine kleinere Kontaktkraft, wodurch z. B. eine Verformung oder Prägung insbesondere von Folien auch bei harten Kontaktmitteln vermieden wird. Gleiches gilt für die internen Verbindungen der elektrisch leitfähigen Partikel der Füllstoffe innerhalb von elastischen Verbundwerkstoffen. Auch bei diesen elastischen Kontaktmitteln ergeben sich kleine Kontaktübergangswiderstände der Füllstoffe zum Gut.
Bei besonders aggressiven Elektrolyten kann es vorkommen, dass die verfügbaren nicht oxidierenden Werkstoffe für die Kontakträder auch chemisch nicht ausreichend beständig sind. In diesem Falle können die Kontaktmittel mindestens an der kontaktgebenden Fläche mit einer elektrisch leitfähigen Schutzschicht versehen werden. Hierfür eignet sich neben Edelmetallen besonders eine Beschichtung mit einer elektrisch leitfähigen Diamantschicht, die auch gegen einen mechanischen Abrieb besonders resistent ist. Die Leitfähigkeit der z. B. 5 μηι bis 10 μηι dicken Diamantschicht wird durch eine Dotierung z. B. mit Bor hergestellt. Die Oberfläche derartig beschichteter Kontakte verhält sich ähnlich wie metallische Kontaktwerkstoffe. Ihre elektrochemische Metallisierung wird durch die erfindungsgemäße Kontaktkühlung und/oder mit
Elektrolyten vermieden, aus denen auf einer Diamantbeschichtung kein Metall abgeschieden werden kann. Im Gegensatz zu einer möglichen Edelmetallbeschichtung ist die Diamantbeschichtung extrem abriebfest und verschleißfest. Diese Eigenschaften sind ein zusätzlicher großer Vorteil, besonders für die erfindungsgemäßen rotierenden oder gleitenden Kontakte in Durchlauf-Galvanisieranlagen.
Die Diamantbeschichtung eignet sich natürlich auch für oxidierende Werkstoffe, z. B. für Titan. Kontakträder und Kontaktwalzen aus Edelstahl ohne oder mit einer
Diamantbeschichtung sind zur Realisierung der Erfindung zu bevorzugen. Die Wirksamkeit der Erfindung, nämlich die Vermeidung einer dauerhaft verbleibenden Metallisierung auf den Kontaktmitteln, kann bei Bedarf, insbesondere wenn die
Arbeitstemperatur des Elektrolyten nahe an der Raumtemperatur liegt, durch eine Kombination mit einem außenstromlosen chemischen Ätzen erhöht werden. Als Ätzmittel wird der Elektrolyt der elektrolytischen Zelle bzw. des Arbeitsbehälters, in dem das Galvanisieren erfolgt, verwendet. Bei vielen Galvanisierbädern hat der verwendete Elektrolyt gegenüber dem abgeschiedenen Metall eine rücklösende, d. h. ätzende Eigenschaft, z. B. Kupferelektrolyt auf Basis von Schwefelsäure. Diese
Eigenschaft wird erfindungsgemäß zum ergänzenden Entmetallisieren der Kontaktmittel genutzt, wenn das Kühlen derselben oder die Wahl des Elektrolyten nicht ausreichend sind, d. h. wenn sich geringfügig Metall auf den gekühlten Kontaktrnitteln abscheiden würde.
Der Elektrolyt wird beim Galvanisieren im Kreislauf durch den Arbeitsbehälter und zum Gut gefördert. Ein Teil dieses Elektrolytstromes wird als Ätzflüssigkeit z. B.
mittels einer Elektrolytfördereinrichtung an die zu entmetallisierenden Flächen der
Kontaktmittel geleitet und dort außerhalb der elektrolytischen Zelle des Galvanisierprozesses aus nächster Nähe intensiv an diese Kontaktmittel angeströmt. Dadurch wird eine sehr geringe Metallisierung, die in der elektrolytischen Zelle bei jeder Umdrehung trotz Kühlung und/oder individuellem Kontaktwerkstoff auf dem Kontaktrad abgeschieden werden könnte, sofort wieder rückgelöst.
Zur Erhöhung der Wirksamkeit dieses chemischen Ätzens der Oberfläche der
Kontaktmittel können neben der intensiven Anströmung des ätzenden Elektrolyten unter großem Druck weitere physikalische und/oder chemische Einrichtungen bzw.
Maßnahmen dienen:
· Die Ätzrate wird wesentlich gesteigert, wenn dieser Teilstrom des Elektrolyten über die in diesem Falle niedrige Arbeitstemperatur im Arbeitsbehälter hinaus, die bei z. B. 30°C liegt, aufgeheizt wird, z. B. auf 70°C.
• Der Elektrolyt, der an die Kontaktmittel geströmt wird, wird mit mindestens einem Oxidationsmittel angereichert, die mit dem jeweiligen Elektrolyten des Galvanisier- prozesses verträglich sind, z. B. Ozon, Sauerstoff, Luftsauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Persäuren.
• Wegen des permanenten Verbrauchs an Chemikalien und wegen der Verschleppung von Elektrolyt aus dem Arbeitsbehälter durch die ausfahrenden Güter müssen die Additive des Elektrolyten fortlaufend nachdosiert werden. Bestimmte Dosiermittel haben ätzende Eigenschaften bezüglich einer möglicherweise abgeschiedenen
Metallisierung. Ein Beispiel hierfür ist in schwefelsauren Kupferbädern der Leiterplattentechnik das Chlorid, das als Salz in den Elektrolytstrom, der zu den Kontaktmitteln strömt, geimpft, d. h. dosiert werden kann.
• In Abhängigkeit von den Eigenschaften und den Konzentrationen der Additive des Elektrolyten können die genannten Maßnahmen zur Erhöhung der Ätzrate des
Ätzelektrolyten, der an die Kontaktmittel angeströmt wird und die Kühlung dieser Kontaktmittel kombiniert werden. Bei Verwendung von unlöslichen Anoden muss der Elektrolyt fortlaufend mit den jeweiligen Metallionen des Abscheidungsmetalls ergänzt bzw. regeneriert werden. Dies kann durch entsprechende Salze erfolgen. Hierzu eignet sich auch ein Verfahren, das in der Druckschrift DD 215 589 AI beschrieben ist. Dem Elektrolyten wird ein Stoff als elektrochemisch reversibles Redoxsystem zugegeben. Dieser Stoff bzw. das Redoxmit- tel wird mit dem Elektrolyten durch den Arbeitsbehälter und einen Regenerierungsraum im Kreislauf gefördert. Er wird an der unlöslichen Anode oxidiert und in dem
Regenerierungsraum unter außenstromloser Auflösung von Regenerierungsmetall wieder reduziert. Das dabei aufgelöste Abscheidungsmetall wird in der elektrolytischen Zelle mittels Galvanisierstrom einer Galvanisierstromquelle auf dem kathodischen Gut abgeschieden. Als Beispiel hierfür sei ein schwefelsaurer Elektrolyt, wie er in der Leiterplattentechnik verwendet wird, genannt. Als Redoxmittel wird Eisen verwendet. Im Arbeitsbehälter und im Regenerierungsraum laufen dabei im Wesentlichen folgende Reaktionen ab:
Im Arbeitsbehälter:
Anode: Fe2+ - le— > Fe3+
Kathode, Gut: Cu2+ + 2e— > Cu°
Im Regenerierungsraum : Cu° + Fe3+— > Cu2+ + Fe2+ Das an der unlöslichen Anode oxidierte Redoxmittel, in diesem Beispiel Eisen, hat als Ion Fe3+ die Eigenschaft, Kupfer aufzulösen. Dies wird in einer weiteren Ausführung der Erfindung sehr vorteilhaft auch zum kombinierten außenstromlosen Auflösen von Kupfer, das noch auf den erfindungsgemäß gekühlten Kontaktmitteln abgeschieden werden könnte, genutzt. Hierzu wird ein besonders Fe -haltiger Teilstrom des im Kreislauf geförderten Elektrolyten aus dem Bereich der Anode der elektrolytischen Zelle abgezweigt und intensiv an die Kontaktmittel und dort bevorzugt fern von der Oberfläche des Gutes angeströmt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der schematischen und nicht maßstäblichen Figuren 1 bis 5 weiter beschrieben.
Figur 1 zeigt in zwei Ansichten die Situation einer ersten Kontaktierungsausführung zur einseitigen Kontaktierung von bandförmigem Gut mit nicht rotierenden bzw. gleitenden Kontaktmitteln einer Durchlaufanlage. Figur 2 zeigt die Ausführung der elektrischen Kontaktierung der Figur 1 in der
Seitenansicht als Ausschnitt einer Durchlaufanlage.
Figur 3 zeigt in zwei Ansichten eine zweite Kontaktierungsausführung, besonders für plattenförmiges Gut, mit einem rotierenden Kontaktmittel unter Verwendung von Drehdurchführungen in einer Durchlaufanlage.
Figur 4 zeigt in zwei Ansichten eine dritte Kontaktierungsausführung besonders für plattenförmiges Gut mit einem rotierenden Kontaktmittel und einem nicht rotierenden Kühlrohr in einer Durchlaufanlage.
Figur 5 zeigt eine Durchlaufanlage in der Seitenansicht mit gekühlten Kontaktmitteln in Kombination mit einer außenstromlosen Entmetallisierung von Restmengen einer möglichen Metallabscheidung auf diesen Kontaktmitteln.
Figur 6 zeigt in drei Ansichten eine Durchlaufanlage, bei der Gut als Rotationskörper auf einer elektrisch kontaktierenden Gleitbahn durch den Arbeitsbehälter gefördert wird. Bei der ersten Ausführung der Erfindung werden die kathodischen Kontaktmittel zur Vermeidung einer Kontaktmetallisierung gekühlt. Bei der zweiten Ausführung der Erfindung wird ein im verwendeten Elektrolyten nicht metallisierbarer Kontaktwerkstoff verwendet. Die erste Ausführung der Erfindung wird an Beispielen von rohrförmigen Hohlkörpern für die Kontaktmittel in Durchlaufanlagen beschrieben, die von einem Kühlmedium durchflössen werden. Insbesondere bei einer kleinen Breite des zu galvanisierenden Gutes quer zur Transportrichtung können vorteilhaft auch andere Kühlmethoden zur Anwendung kommen, wie z. B. Peltierelemente. In diesem Falle kann auch ein massiver Körper als Kontaktmittel verwendet werden, der aus einem Werkstoff besteht, der eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Kupfer. Die Einkopplung der Kälte erfolgt dann von einer oder von beiden Seiten des Kontaktmittels.
Bei der zweiten Ausführung der Erfindung mit geeigneten Werkstoffen an der
Oberfläche der Kontaktmittel kann grundsätzlich auf die Kühlung verzichtet werden. In diesem Falle sind keine Hohlkörper für die Kontaktmittel erforderlich.
Die dritte Ausführung der Erfindung ist eine Kombination der ersten mit der zweiten Ausführung der Erfindung oder der zweiten Ausführung mit der ersten. In allen Fällen können die Kontaktmittel bei Bedarf zur vollständigen Freihaltung von einer eventuellen Metallisierung zusätzlich außenstromlos, d. h. chemisch geätzt werden.
Die Erfindung wird an Beispielen von Durchlaufanlagen beschrieben. Sie eignet sich auch für alle anderen bekannten Galvanisieranlagen wie z. B. Tauchbadanlagen und Trommelanlagen.
Die Figur 1 zeigt eine erste Kontaktierungsausfuhrung, bevorzugt für bandförmiges Gut 1, das durch eine Durchlaufanlage ziehend gefördert wird. Das Gut 1 wird nur an einer Seite galvanisiert, hier an der Unterseite. Ein Beispiel für das Gut 1 sind auf einem bandförmigen elektrisch isolierendem Substrat angeordnete RFID-Antennen, die von Rolle zu Rolle gefördert und galvanisiert werden sollen. Das dargestellte Kontaktmittel 6 an einer der meist vielen Kontaktierungspositionen entlang der Durchlaufanlage ist an der zu galvanisierenden Seite des Gutes 1 statisch, d. h. nicht rotierend angeordnet. Das Band oder Substrat mit dem Gut 1 wird von mindestens einer bekannten Wickelein- richtung durch die Durchlaufanlage gezogen. Dabei gleitet es die Strukturen elektrisch kontaktierend über die Gleitkontakte 6. Zur Unterstützung des Bandtransportes können Gewichtswalzen 16 an der nicht zu galvanisierenden Oberseite rotierend angetrieben werden. Diese Gewichtswalzen 16 bestehen an ihrer Oberfläche bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff. Dieser Werkstoff kann hart oder elastisch sein. Durch die Elastizität wird einerseits die Länge des elektrischen Kontaktes am Kontaktmittel 6 in Transportrichtung vergrößert und andererseits wird bei angetriebenen Gewichtswalzen 16 die Zugspannung des Bandes verringert oder vermieden. Dadurch trägt jede angetriebene Gewichtswalze 16 zur Förderung des Gutes 1 durch die Durchlaufanlage wirksam bei. Durch die größere Kontaktfläche wird die Stromdichte am Kontaktmittel 6 verringert, was den möglichen Verschleiß dieses Kontaktmittels 6 verringert.
Die Gewichtswalzen 16 können am Einbauort auch nur rotierend gelagert sein. Nach jeweils einer bestimmten Anzahl von Kontaktmitteln 6 entlang der Transportbahn der Durchlaufanlage können beidseitig Zugwalzen angeordnet sein, die die Förderung des Bandes unterstützen. Das Band gleitet mit der zu kontaktierenden und zu galvanisieren- den Seite über das statisch angeordnete Kontaktmittel 6, das in diesem Ausführungsbeispiel als Hohlkörper ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß wird das hier nicht rotierende rohrförmige Kontaktmittel 6, das sich quer zur Transportrichtung mindestens teilweise über das Gut 1 erstreckt, von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel 5 oder Kühlmedium durchflössen. Der Kühlmittelvorlauf 4 ist direkt an das Kontaktmittel 6 angeflanscht. An der gegenüber liegenden Seite der Durchlaufanlage befindet sich der ebenfalls direkt angeflanschte Kühlmittelrücklauf 8.
Im Arbeitsbehälter 14 befindet sich mindestens eine lösliche oder unlösliche Anode 10, die zusammen mit der kathodisch gepolten Oberfläche des Gutes 1 die elektrolytische Zelle 11 bilden. In dieser elektrolytischen Zelle 11 befindet sich der Elektrolyt 12, dessen Niveau 13 mindestens bis an die Unterseite des Gutes 1 heranreicht. Damit das von der Anode 10 ausgehende elektrische Feld nicht das Kontaktmittel 6 erreichen kann, ist dieses nahezu vollständig mit einer elektrischen Isolierung 22 geschützt. Nur eine schmale Mantellinie, über die das Substrat mit dem Gut 1 gleitet, ist frei von der Isolierung 22. Dieser Bereich könnte jedoch ebenso wie das Gut 1 galvanisiert werden. Damit dies nicht geschehen kann, wird das Kontaktmittel 6 in der ersten Ausführung der Erfindung gekühlt. Auf einer kathodischen Oberfläche, die eine wesentlich niedrigere Temperatur aufweist als die Arbeitstemperatur des Elektrolyten, wird mindestens bei den elektrolytischen Bädern kein Metall abgeschieden, die für eine hohe Arbeitstemperatur ausgelegt sind. Vorteilhaft ist ein möglichst großer Unterschied der erforderlichen Arbeitstemperatur des Elektrolyten und der Oberflächentemperatur des Kontaktmittels 6. Dies ist in der Praxis in sehr vielen Fällen gegeben. Bandförmiges Gut 1 kann mit dieser konstruktiv sehr einfachen Ausführung der Erfindung sehr kosten- günstig und mit geringstem Wartungsaufwand galvanisiert werden. Eine ansonsten sehr aufwändige Entmetallisierung der Kontaktmittel 6 ist nicht erforderlich.
Zur Erreichung der nötigen Kontaktkraft zwischen dem Gut 1 und dem Kontaktmittel 6 kann auch ein bestimmter Umschlingungswinkel gewählt werden. In der Figur 1 ist eine Gewichtswalze 16 dargestellt. Diese ruht mit ihrem Eigengewicht auf dem bandförmi- gen Gut 1 und stellt somit die Kontaktkraft zum gegenüber liegenden Kontaktmittel 6 her. Diese Gewichtswalze 16 ist rotierend gelagert und wird vom Band in Rotation versetzt oder sie kann zur Unterstützung des Transportes durch Antriebsmittel 3 rotierend angetrieben werden. Elektrische Leiter 23 verbinden die Elektroden der elektrolytischen Zelle mit dem oder den Galvanogleichrichtern.
Die Figur 2 zeigt in der Seitenansicht die Situation der Figur 1 mit mehreren Kontaktmitteln 6 entlang der Transportbahn einer Durchlaufanlage. Die Isolierung 22 auf den gekühlten Kontaktmitteln 6 reicht bis nahe an das Gut 1 heran. Des Weiteren kann die Isolierung 22 fest am rohrförmigen Kontaktmittel 6 anliegen. Sie ist damit nicht nur eine elektrische Isolierung, sondern zugleich eine thermische Isolierung für das durchströmende Kühlmittel 5. Der Querschnitt des Kontaktmittel-Hohlkörpers kann von der dargestellten runden Form abweichen, z. B. rechteckig, bevorzugt mit der
Schmalseite in Transportrichtung, um den dann gewonnenen Raum für längere Anoden 10 in Transportrichtung zu nutzen. Die elektrisch nicht kontaktierten Gewichtswalzen 16 können, wie dargestellt, angetrieben sein. Gestrichelt dargestellt ist eine alternative Anordnung der angetriebenen Gewichtswalzen 16 zwischen den Kontaktmitteln 6, wodurch ein Umschlingungswinkel auch am Kontaktmittel 6 mit entsprechender Kontaktkraftbildung entsteht. Der Transportrichtungspfeil 24 kennzeichnet die
Transportrichtung.
Die Ausführungen der Erfindung gemäß der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kontaktierungsausführung eignet sich für die häufigen Anwendungsfälle mit bandförmigem Gut 1. Diese Ausfuhrungen sind besonders kostengünstig. Für plattenförmiges Gut 1 sind in der Regel rotierende Kontaktmittel 2 als Rädchen oder Walzen, die zugleich als Transportmittel für das Gut 1 wirken können, erforderlich. Diese
Ausführungen zeigen die weiteren Figuren.
In Figur 3 wird das Gut 1 nur an der Unterseite elektrochemisch metallisiert. Das eine dargestellte Kontaktmittel 2 ist rohrformig ausgeführt. Es ist rotierend im Arbeitsbehälter 14 gelagert und wird von Antriebsmitteln 3 als z. B. Stirnzahnräder in Rotation versetzt, wodurch das Gut 1 senkrecht zur Zeichnungsebene durch die Durchlaufanlage gefördert wird. Entlang der Transportbahn befinden sich in der Regel viele derartige Kontaktmittel 2. Der statisch angeordnete Kühlmittelvorlauf 4 fördert das Kühlmittel 5 in eine erste Drehdurchführung 7. Von dort durchströmt es das rohrförmige Kontaktmittel 2, wobei die Oberfläche des Kontaktmittels 2 nahezu die Temperatur annimmt, die das Kühlmittel 5 hat. Über eine zweite Drehdurchführung 7 gelangt das Kühlmittel 5 in einen statisch angeordneten Kühlmittelrücklauf 8. Mittels eines elektrischen Leiters 23 und eines z. B. Schleifkontaktes 9 oder Drehkontaktes gelangt der zum Galvanisieren erforderliche elektrische Strom auf das rotierende Kontaktmittel 2. Das Kontaktmittel 2 rollt am Gut 1, das plattenförmig oder bandförmig sein kann, ab. Dabei wird die Unterseite des Gutes 1 elektrisch kontaktiert. Das Gut 1 bildet zusammen mit der Anode 10 die elektrolytische Zelle 11. Diese befindet sich im Elektrolyten 12, dessen Niveau 13 im Arbeitsbehälter 14 mindestens bis über das zu beschichtende Gut 1 hinausragt. Damit das Kontaktmittel 2 weitgehend vom elektrischen Feld frei bleibt, das von der Anode 10 ausgeht, befindet sich über dem metallischen Kontaktmittel 2 eine Abschir- mung 15. Diese reicht bis dicht an die Oberfläche des Gutes 1 heran. Dies unterstützt die zu erreichende Nichtmetallisierung des Kontaktmittels 2. Die zum Galvanisieren erforderlichen bekannten Strömungselemente für den im Umlauf geforderten Elektrolyten sind in dieser und in den weiteren Figuren nicht dargestellt.
Zur sicheren elektrischen Kontaktierung ist u. a. eine bestimmte Kontaktkraft erforderlich. Diese kann z. B. durch Bildung eines Umschlingungswinkels am
Kontaktmittel 2 bei bandförmigem Gut 1 gebildet werden. Die Figuren dieser
Beschreibung zeigen zur Herstellung einer Kontaktkraft Gewichtswalzen 16, die mit ihrem Eigengewicht auf dem Gut 1 aufliegen. Diese Gewichtswalzen 16 können z. B. mittels Riemenantrieb oder Zahnradantrieb rotierend angetrieben sein, um den
Transport des Gutes 1 zu unterstützen. Insbesondere bei bandförmigem Gut kann es ausreichend sein, die Gewichtswalzen 16 am Ort rotierend und nicht angetrieben anzuordnen.
Die Figur 3 zeigt in der Seitenansicht den Schnitt A - B. Zu erkennen ist auch hier die einfach realisierbare Ausführung der Erfindung. Für diese Kontaktierungsausführung sind zwei Drehdurchführungen 7 erforderlich. Sie stellen jedoch einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor dar, wenn sehr viele Kontaktmittel 2 in einer Durchlaufanlage erforderlich sind. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn auf elektrisch isolierenden Substraten als Platten voneinander isolierte Strukturen zu galvanisieren sind, die in Transportrichtung kleine Abmessungen aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist das Galvanisieren von RFID-Antennen, die auf Platten angeordnet sein können. Die Ausfuhrung der Erfindung gemäß der Figur 4 vermeidet den Aufwand an Drehdurchführungen 7.
Die Figur 4 zeigt für das Kontaktmittel 2 eine Rohr in Rohr Ausführung. Das eigentliche metallische Kontaktmittel 2 ist wieder rohrförmig ausgeführt. Es ist rotierend im Arbeitsbehälter 14 gelagert. Zur indirekten Kühlung des Kontaktmittels 2 befindet sich in diesem ein weiteres nicht rotierendes Kühlrohr 17. Dieses wird von dem Kühlmittel 5 durchströmt. Der Wärme- bzw. Kälteaustausch erfolgt von diesem Kühlrohr 17 zum rohrförmigen Kontaktmittel 2. Bei der möglichen Realisierung eines sehr kleinen Spaltes zwischen den beiden Rohren wird auch ein sehr kleiner Wärmewiderstand vom Kühlmittel zur äußeren Oberfläche des Kontaktmittels 2 erreicht. Das Kühlrohr 17 ist zum Ausgleich von Temperaturausdehnungen und Toleranzen bevorzugt mittels elastischer Manschetten 18 an den Kühlmittelvorlauf 4 und an den Kühlmittelrücklauf 8 angeschlossen. Insgesamt ergibt dies eine kostengünstige und montagefreundliche Ausführung der Erfindung.
Die Kombination von gekühlten Kontaktmitteln 2 mit oder ohne nahezu nichtmetalli- sierenden Oberflächen derselben und mit einem chemischen Ätzen von möglicherweise auftretender restlicher Metallisierung auf den rotierenden Kontaktmitteln 2, zeigt die Figur 5. Dargestellt sind mehrere Kontaktstellen entlang einer Durchlaufanlage in der Seitenansicht. Die einseitig zu metallisierende Oberfläche, z. B. strukturierte RFID- Antennen 19, befinden sich auf einem elektrisch nichtleitenden bandförmigen Substrat 20. Der Abstand der Kontaktmittel 2 in Transportrichtung wird bevorzugt so gewählt, dass zu jeder Zeit mindestens ein Kontaktmittel jede RFID-Antenne elektrisch kontaktiert. Die Mittel zur Zu- und Ableitung des Kühlmittels durch das Kontaktmittel 2 sind in dieser Figur 5 nicht dargestellt.
Zur gegebenenfalls erforderlichen ergänzenden chemischen Entmetallisierung wird eine chemisch und/oder physikalisch konditionierte Ätzflüssigkeit 27 mittels einer
Elektrolytfordereinrichtung, bestehend aus einer Ätzflüssigkeitspumpe und/oder Mehrwegeventilen, gegen das Kontaktmittel 2 geströmt. Dies erfolgt innerhalb der Abschirmung 15, wodurch ein Spritzen des Elektrolyten auch dann vermieden wird, wenn er mit hohem Druck gegen das Kontaktmittel 2 strömt. Die deckungsgleichen Öffnungen 25 in dem Ätzflüssigkeitsrohr 21 als Anströmelement und in der Abschirmung 15 sind quer zur Transportrichtung so ausgeführt, dass zum Ätzen die gesamte Oberfläche jedes Kontaktmittels 2 beim Rotieren von dem einströmenden Elektrolyten erreicht wird. Die weitere Kombination zur Vermeidung einer unerwünschten Metallisierung der kathodischen Kontaktmittel 2, 6 besteht aus der Kühlung derselben und aus ausgewählten Werkstoffen bzw. Oberflächen. Mit bestimmten elektrolytischen Bädern lässt sich wenig oder kein Metall auf Oberflächen abscheiden, die ihrerseits aus einem dafür ausgewählten Werkstoff bestehen. Wird dieser Werkstoff für die Kontaktmittel 2, 6 bzw. für deren Oberflächen verwendet, so metallisieren diese nicht oder es erfolgt nur eine mäßige Metallisierung. Mindestens wird dadurch die erfindungsgemäße Nichtme- tallisierung dieser Kontaktmittel unterstützt. Ein Beispiel hierfür sind z. B. verzinnte Oberflächen, auf denen sich Hartchrom nicht abscheiden lässt, zumindest wenn ein großer Unterschied der Arbeitstemperatur des Elektrolyten und der Oberflächentempe- ratur des Kontaktmittels 2, 6 besteht. Gleiches gilt für Hartchromelektrolyte und Kontaktmittel, deren Oberfläche aus Niob besteht. Ähnlich selektiv verhalten sich Oberflächen, die mit elektrisch leitfähigem Diamant beschichtet sind. Weil eine
Diamantschicht auch sehr abriebfest ist, eignet sie sich besonders für nicht rotierende Kontaktmittel 6 gemäß der Figuren 1 und 2.
Als elektrisch leitfähige Startschicht für zu galvanisierende Strukturen auf elektrisch nichtleitenden Substraten dient z. B. ein gedrucktes Bild. Eine elektrisch leitfähige Druckerpaste wird z. B. mittels Siebdruck auf das Substrat gedruckt und ausgehärtet. Dieses Druckbild weist jedoch keine besonders große Abriebfestigkeit auf. Von daher könnte das elektrolytische Verstärken mit einer Vorrichtung gemäß der Figuren 1 und 2, bei denen das Druckbild über das Kontaktmittel 6 gleitet, in der Anfangsphase zu Beschädigungen des Druckbildes führen. In diesem Falle wird zu Beginn des Galvanisierens für eine kurze Anfangsstrecke die Galvanisiervorrichtung gemäß der Figuren 3 bis 5 ausgeführt. Nach einer schützenden Anfangsmetallisierung der Strukturen kann die weitere Verstärkung der Galvanisierschicht mit einer Vorrichtung gemäß der Figuren 1 und 2 erfolgen. Insgesamt ergibt dies eine sehr zuverlässige und wirtschaftliche Galvanisieranlage, womit das Gut auch sehr kostengünstig produziert werden kann. Die Ausführungen der Erfindung können auch spiegelbildlich erfolgen, d. h. oben und unten vertauscht. In diesem Falle ist die Gewichtswalze 16 an das Gut 1 anzudrücken. Die Kontaktmittel 2, 6 können sich dann auch partiell außerhalb des Elektrolyten 12 befinden, d. h. über dem Niveau desselben, das mindestens bis an die Anoden 9 heranreichen muss. Bei einer beidseitigen Galvanisierung des Gutes wechseln sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen an der Oberseite und an der Unterseite des Gutes entlang der Transportbahn ab.
Die Figur 6 zeigt beispielhaft eine Durchlaufanlage für Stückgut. Dieses Gut 1 wird auf statisch angeordneten Kontaktmitteln 6 als Transportauflagen schiebend oder rotierend durch den Arbeitsbehälter 14 befördert. Die Kontaktmittel 6 sind bis auf den Bereich der Mantellinie 26 mittels einer Isolierung 22 gegen das elektrische Feld der elektrolytischen Zelle 11 geschützt. Der Bereich an der Mantellinie 26 wird erfindungsgemäß durch eine Kühlung der rohrförmig ausgebildeten Kontaktmittel 6 und/oder durch eine im verwendeten Elektrolyten mchtmetallisierende Oberfläche gegen eine unerwünschte Metallisierung geschützt. Das Kühlmittel 5 durchströmt die Kontaktmittel 6. Die Isolierung 22 wirkt dabei auch als thermischer Isolator.
Die Figur 6 a zeigt eine erfindungsgemäße Durchlaufanlage im Querschnitt mit nur einer elektrolytischen Zelle 11, die im unteren Bereich des Arbeitsbehälters angeordnet ist. Sie wird vom kathodischen Gut 1 und der Anode 10 gebildet. Beide Elektroden befinden sich im Elektrolyten 12, dessen Niveau 13 mindestens bis über das Gut 1 hinausragt. Die kathodische Stromeinspeisung in das Gut 1 erfolgt über elektrische Leiter 23 und über die entlang der Transportbahn angeordneten Kontaktmittel 6. Die Figur 6 b zeigt die Draufsicht der erfindungsgemäßen Anordnung. In Transportrichtung 24 ist nur eine kleine Strecke dargestellt. In der Praxis sind derartige
Durchlaufanlagen wesentlich länger, um einen bestimmten Durchsatz zu erreichen, z. B. 5 Meter. Die Kontaktmittel 6 sind in Transportrichtung konisch angeordnet, um auch im Kontaktbereich eine nahezu gleichmäßige Abscheidung zu erreichen. Durch die Rotation des Gutes 1 beim Transport durch die Durchlaufanlage, wird eine sehr gleichmäßige Schichtdicke am gesamten Umfang des Gutes 1, z. B. Kolbenstangen für Stoßdämpfer, erreicht. Dies auch dann, wenn sich nur an einer Seite des Gutes 1 , wie aus Zeichnungsgründen dargestellt, eine Anode 10 und damit auch nur eine elektrolytische Zelle 11 befinden sollte.
Die Figur 6 c zeigt den Querschnitt einer sehr kurzen Durchlaufanlage entlang der
Transportbahn als Schnitt C - D der Figur 6 a. Dargestellt sind an der Oberseite und an der Unterseite elektrolytische Zellen 11. Damit kann die Abscheidungsgeschwindigkeit der gesamten Durchlaufanlage verdoppelt werden. Die zum Transport des Gutes 1 erforderlichen Antriebsmittel, z. B. umlaufende und andrückende Bänder sind bekanntes Konstruktionswissen und daher in den Figuren 6 nicht dargestellt.
Bezugszeichenliste
1 Gut
2 rotierende Kontaktmittel, Kontaktrad, Kontaktwalze, Kontaktbürste
3 Antriebsmittel
4 Kühlmittelvorlauf
5 Kühlmittel, Kühlmedium
6 statische Kontaktmittel, Gleitkontakt, Kontaktbürste
7 Drehdurchführung
8 Kühlmittelrücklauf
9 Schleifkontakt
10 Anode
11 elektrolytische Zelle
12 Elektrolyt
13 Niveau
14 Arbeitsbehälter
15 Abschirmung
16 Gewichtswalze
17 Kühlrohr
18 Manschette
19 RFID-Antenne, Galvanisiergut, Gut
20 Substrat
21 Ätzflüssigkeitsrohr
22 Isolierung
23 elektrischer Leiter
24 Transportrichtungspfeil
25 Öffnung, Düse
26 Mantellinie
27 Ätzflüssigkeit, Ätzelektrolyt

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von Galvanisiergut (1) mittels
Kontaktmitteln (2, 6) in Galvanisieranlagen aller Art, wobei die kathodisch gepolten Kontaktmittel (2, 6) sich mindestens teilweise im Elektrolyten (12) befinden und das Galvanisiergut elektrisch kontaktieren, gekennzeichnet durch mindestens ein Kontaktmittel (2, 6), das mittels einer Kühlvorrichtung und/oder eines Kühlmediums kühlbar ist.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrisch leitfähige Oberfläche der Kontaktmittel (2, 6), die zur elektrochemischen Metallabscheidung im verwendeten Elektrolyten (12) nicht oder nahezu nicht metallisierbar ist.
3. Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Elektrolytfordereinrichtung zur Förderung einer Ätzflüssigkeit (27) an die Kontaktmittel (2), bestehend aus Anströmelementen als Ätzflüssigkeitsrohre (21) mit Öffnungen oder Düsen (25) sowie mindestens einer Ätzflüssigkeitspumpe und/oder Mehrwegeventilen.
4. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Galvanisiergut (1) mittels Kontaktmitteln (2, 6) in Galvanisieranlagen aller Art, wobei die kathodisch gepolten Kontaktmittel (2, 6) sich mindestens teilweise im Elektrolyten (12) befinden und das Galvanisiergut elektrisch kontaktieren, unter Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (2, 6) direkt oder indirekt mittels eines Kühlmediums oder einer Kühleinrichtung so gekühlt werden, dass auf deren Oberfläche im verwendeten Elektrolyten (12) eine Metallisierung der Kontaktmittel (2, 6) vermieden wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine
abweisende Eigenschaft des Werkstoffes der kontaktgebenden Oberfläche der Kontaktmittel (2, 6) auf diesen im verwendeten Elektrolyten (12) eine elektrochemische Metallisierung vermieden wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Patentansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch chemisches Ätzen der Oberfläche der Kontaktmittel (2) mittels einer chemisch und/oder physikalisch konditionierten Ätzflüssigkeit (27) eine dauerhafte Metallisierung der Kontaktmittel (2) vermieden wird.
7. Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von Galvanisiergut (1) mittels
Kontaktmitteln (2, 6) in Galvanisieranlagen aller Art, wobei die kathodisch gepolten
Kontaktmittel (2, 6) sich mindestens teilweise im Elektrolyten (12) befinden und das Galvanisiergut elektrisch kontaktieren, gekennzeichnet durch einen Werkstoff mindestens der kontaktgebenden Oberfläche der Kontaktmittel (2, 6), der im verwendeten Elektrolyten (12) elektrochemisch nicht oder nahezu nicht metallisierbar ist.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, gekennzeichnet durch Kontaktmittel (2, 6), die mittels einer Kühlvorrichtung und/oder eines Kühlmediums kühlbar sind.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 7 und 8, gekennzeichnet durch eine Elektrolytfördereinrichtung zur Förderung einer Ätzflüssigkeit (27) an die Kontaktmittel (2), bestehend aus Anströmelementen als Ätzflüssigkeitsrohre
(21) mit Öffnungen oder Düsen (25) sowie mindestens einer Ätzflüssigkeitspumpe und/oder Mehrwegeventilen.
10. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Galvanisiergut (1) mittels Kontakt- mittein (2, 6) in Galvanisieranlagen aller Art, wobei die kathodisch gepolten Kontaktmittel (2, 6) sich mindestens teilweise im Elektrolyten (12) befinden und das Galvanisiergut elektrisch kontaktieren, unter Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Eigenschaft des verwendeten Werkstoffs der Kontaktmittel (2, 6) im verwendeten Elektrolyten (12) die Oberfläche derselben frei oder nahezu frei von einer elektrochemischen Metallisierung gehalten wird.
11. Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (2, 6) direkt oder indirekt mittels eines Kühlmediums oder einer Kühleinrichtung so gekühlt werden, dass deren Oberfläche im verwendeten Elektrolyten (12) frei oder nahezu frei von einer elektrochemischen Metallisierung gehalten wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der Patentansprüche 10 und 11, dadurch
gekennzeichnet, dass durch chemisches Ätzen der Oberfläche der Kontaktmittel (2) mittels einer chemisch und/oder physikalisch konditionierten Ätzflüssigkeit (27) eine dauerhafte Metallisierung der Kontaktmittel (2) vermieden wird.
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