DE1496714A1

DE1496714A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer die anodische Oxydation von Aluminium

Info

Publication number: DE1496714A1
Application number: DE1965A0048296
Authority: DE
Inventors: Bury David Egerton; Cooke William Ernest; Cote Jacques Francois; Paul Smits
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd; Aluminium Laboratories Ltd; Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd; Development Ltd
Priority date: 1964-02-04
Filing date: 1965-02-01
Publication date: 1970-10-08
Also published as: BE659262A; FR1424644A; SE326353B; US3471375A; GB1087256A; NO116108B; NL6501412A; NL131875C; DE1496714B2

Description

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Dr. Expi

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ALUMINIUM LABORATORIES LTD., Montreal, Quebec, Canada,

Verfahren und Vorrichtung für die anodische Oxydation von

Aluminium.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen anodischen Oxydation von Aluminiumband. Der Ausdruck "Aluminium" umfaßt auch Aluminiumlegierungen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren, bei welchem Aluminiumband mit relativ hoher Geschwindigkeit anodisch oxydiert wird, und zwar ohne Fehler im Oxydfilm und ohne Überhitzen des Metalls, mit guter Ausbeute und sicherer Steuerung. Ein besonderes Ziel der Erfindung ist das Aufbringen von relativ dicken, porösen, anodischen Oxydtiberzügen einer Stärke von mindestens 0,025*1- mm (0,1 mil) auf schnelle und kontinuierliche Weise,

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Gemäß der Erfindung wird ein relativ dicker,.poröser, anodischer Oxydfilm dadurch hergestellt, daß man Aluminiumband fortlaufend durch eine elektrolytische Reinigungszone laufen läßt, in welcher eine positive Elektrode in Kontakt mit dem Elektrolyten gehalten wird, und anschließend durch.eine Eloxierzone, in welcher eine negative Elektrode in Kontakt mit dem Elektrolyten gehalten wird, wobei der Elektrolyt zumindest in der Eloxierzone in turbulenter Strömung entlang des bewegten Aluminiumbandes gehalten wird. Dabei fließt Gleichstrom mit einer Stromdichte von mindestens 100, vorzugsweise wenigstens 320 mA/cm der in der Eloxierzone ausgesetzten Aluminiumfläche zwischen den positiven und negativen Elektroden durch den Elektrolyten und das Aluminiumband. Die Vorrichtung kann so angeordnet sein, daß das Band wirksam den Elektrolyten der elektrolyt!sehen Reinigungszone und der Eloxierzone in zwei getrennte Ströme teilt, die mit gegenüberliegenden Seiten des Bandes in Kontakt stehen. Der Elektrolyt wird während seiner kontinuierlichen Strömung entlang dieser Seiten von geeigneten Pumpanlagen und Temperaturregeleinrichtungen zugeleitet und zu diesen zurückgeführt, wodurch sich ein ständiger Umlauf ergibt. Auf jeden Fall befinden sich beide Seiten des Aluminiumbandes in der Eloxierzone in ständigem Kontakt mit dem turbulent fließenden Elektrolyten.

Wenn die festgesetzten Strömungsbedingungen für den Elektrolyten außer Acht gelassen wurden, stellte man ein übermäßiges Auflösen oder eine Verbrennung des Oxydfilms fest, sobald die Stromdichte oder die Elektrolytkonzentration erhöht werden, um dioke Oxydfilme bei so hohen Durohlaufgesohwindigkeiten des Bandes

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herzustellen, daß die kontinuierliche anodische Oxydation wirtschaftlich tfird.

iiaruffl die turbulente Eiektroiytenströmung derart wirkt, daß sie ein Auflösen des Oxydüberzugs hemmt oder unterbindet, ist nicht ganz verständlich. Obwohl man glaubt, daß eine Punktion der turbulenten Elektrolytenströmung darin liegt, den Wärmeentzug an der Überzugsfläche zu unterstützen, wird auch angenommen, daß die Hauptwärmequelle bei der anodisehen Oxydation mit Starkstrom eher am Grund als an der Oberfläche des Oxydüberzugs zu suchen ist. Die Temperatur des Elektrolyten für die anodische Oxydation scheint nicht kritisch zu sein, wenn beide Seiten des Bandes anodisch oxydiert werden; zufriedenstellende Ergebnisse sind gewöhnlich zu erwarten, wenn der Elektrolyt auf einer beliebigen Temperatur oberhalb Raumtemperatur (z.B. 20⁰C) gehalten wird.

Die Vorrichtung enthält vorzugsweise einen Behälter, in dem eine ständige Bewegung des Alurainiumbandes durch den Elektrolyten, vorzugsweise in horizontaler Richtung, durchgeführt werden kann. Es sind Elektroden vorgesehen, die sich vorzugsweise oberhalb und unterhalb dem Weg des Aluminiumbandes befinden. In den Fällen,, wo eine ungleiche bzw. einseitige anodische Oxydation gewünscht wird, sind Einrichtungen vorgesehen, die den an den gegenüberliegenden Seiten des Bandes verlaufenden Elektrolyten zumindest in der Eloxierzone teilen. Zu diesem Zweck können entfernbare Trennstücke in den Seitenwänden des Eloxierbehälters vorgesehen sein.

Das System umfaßt ferner eine Einrichtung, die eine kontinuierliche und schnelle Strömung des Elektrolyten entlang der Oberfläche des Bandes parallel zu dessen Laufrichtung bewirkt. Eine Längsströmung entlang des Bandes ist merklich besser als eine Strö-

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mung in Querrichtung, Der Eloxierbehälter ist so ausgelegt, daß der Elektrolytstrom auf ,einen ziemlich flachen Bereich entlang • beider Oberflächen des Bandes beschränkt ist, so daß der Elektrolytstrom im Gegensatz zur Laminarströmung turbulente Eigenschaften haben kann. Während Ablenkbleche zur Herstellung einer solchen Turbulenz vorgesehen sein können, kann dies auch in Übereinstimmung mit bekannten Praktiken durch geeignete Wahl der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten erzielt werden.

Eine Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt zwei am Ende aneinander anliegende Behälterkammern mit einem zwischen ihnen liegenden, eng begrenzten Durchlaß, wobei die zwei Behälter die elektrolytische Reinigungszone bzw. die Eloxierzone darstellen. Die Elektrolytströmung wird in jeder der Behälterkammern auf gleiche Weise erzielt, vorzugsweise mit Elektrolyten aus gesonderten Quellen, die von Verteilerleitungen zu Auslaßleitungen an der Trennwand zwischen den Behälterkammern fließen, so daß eine Strömung mit dem Band und die andere entgegen dem Band verläuft.

Da der Eloxierstrom oder ein wesentlicher Teil desselben durch das Band zwischen den Elektroden in der elektrolytisehen Reinigungszone und der Eloxierzone geführt wird, lag eine Funktion der verjüngten Öffnung darin, einen unerwünschten Nebenstrom durch den Elektrolyten zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden bei der anodischen Oxydation relativ hoch ist, im Gegensatz zu anderen Arten elektrochemischer Verfahren. Daher muß die Spannung zur anodischen Oxydation gewöhnlich höher als 15 Volt sein, während die normalerweise beim Abbeizen und beim Abscheiden metallischer Deckschichten verwendeten Spannungen wesentlich geringer sind.

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Eine weitere Entwicklung der Vorrichtung wurde zur Vereinfachung und Beschleunigung der kontinuierlichen anodisehen Oxydationsvorgänge geschaffen und hatte zum Zweck, solche Vorgänge mit einem Minimum an Ausstattung und tatsächlich mit einer Vorrichtung von relativ einfacher und wirtschaftlicher- Art durchzuführen.

Die elektrolytische, kathodische Beinigung und anodische Oxydation eines bewegten Aluminiumbandes kann in einem einzigen Behälter durchgeführt werden, durch welchen ein turbulenter Elektrolyt strom von einem Ende zum anderen und ohne Zwischenöffnungen aufrechterhalten wird. Unabhängig davon, ob eine kathodische Reinigung notwendig ist oder nicht, kann der Eloxierstrom zum bewegten Aluminiumband und vom Band, das als Anode dient, zu einer geeigneten Kathode für die Herstellung eines Oxydüberzugs geleitet werden. Dadurch wird in wirksamer Weise eine Berührung des Aluminiumbandes über die Flüssigkeit allein hergestellt.

Bei Betrieb in einem einzigen Behälter läuft das Aluminiumband kontinuierlich durch einen länglichen Behälter mit in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Elektroden entgegengesetzter Polarität, so daß in einem Bereich der Strom von den anodischen Elektroden durch den Elektrolyten zum Band geleitet wird, und im anderen Bereich die anodische Behandlung mittels Stromdurehgang vom Band zu den kathodischen Elektroden erfolgt.

Obwohl der Querschnitt des Behälters im wesentlichen über seine Gesamtlänge gleich sein kann, läßt sich ein Betrieb ohn© wirtschaftlich unerwünschte Verluste auf Grund einer Ableitung des elektrolyt!sehen Stromes durch den Elektrolyten ohne weiteres durchführen? sogar mit relativ kurzen Abständen zwischen den

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Kathoden und Anoden, während ein vollständiger Kreislauf des Elektrolyten über die Gesamtlänge des Behälters erzielt wird.

Der Querschnitt des Behälters, durch welchen das Aluminiumband in Längsrichtung wandert, oder zumindest der Bereich zwischen den Elektroden ist so geformt, daß er genügend eng ist, daß nur ein zulässiger kleinerer Bruchteil des Stromes (z.B. weniger als l/k des Ge samt stromes) abfließen kann, und doch so ausreichend groß, daß eine angemessene Regelung der Temperatur des Elektrolyten durch die turbulente Strömung desselben entlang der Oberfläche des Aluminiumbandes möglich ist.

Einer von vielen Vorteilen der Vorrichtung mit einem einzigen Behälter liegt darin, daß sie von einfachster Form sein kann und nur einen geringen Aufwand an Außenverrohrungen und Apparaturen für die Temperaturregelung, zum Pumpen und dgl. im elektrolytischen Kreislaufsystem erfordert.

Der Verzicht auf eine zentrale, verjüngte Öffnung erhöht tatsächlich die Stromaufnahmefähigkeit des Bandes, denn es hat sich beim Betrieb mit zwei Behältern gezeigt, daß eine Stromerhöhung über einen bestimmbaren Wert hinaus infolge Überhitzung oft ein Brechen des Bandes bei seinem Durchlauf durch die Öffnung zur Folge hat. Selbst in einegi kurzen Öffnungsbereich kann dies eintreten, da man dort keine Abkühlung durch die Strömung des Elektrolyten hat. Dieser Nachteil wird dadurch behoben, daß man die turbulente Strömung des Elektrolyten über die Oberfläche des Aluminiumbandes überall da laufen läßt, wo dieses den Eloxierstrom führt.

Obwohl der für die anodische Oxydation mit hoher Geschwindig keit erforderliche Strom groß ist» ist doofc öss* Stromverlust durch

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den Elektrolyten klein.

Ist keine Verjüngung zwischen der elektrolytischen B_einigungszone und der Eloxierzone gegeben, kann gleichzeitig eine vollkommene Temperaturregelung durch turbulente Strömung des Elektrolyten entlang der Oberfläche des bewegten Aluminiumbandes, besonders im Abschnitt zwischen den Elektrodenbereichen, wo der Strom im Aluminiumtand -im höchsten ist, erzielt werden.

Der Qufepschr.irtsbereich der Verbindungszone zwischen den Elektroden wird durch die erforderliche Elektrolytströmung bestimmt. Es ergab sich, daß für die anodische Oxydation von Aluminiumbändern mit hoher Geschwindigkeit bei Stromdiehten von mindestens 108 mA/cm die Stärke der fließenden Schicht des Elektrolyten auf jeder Seite des Bandes mindestens 12,7 rom und vorzugsweise etwa 25,4- mm sein soll. Bei Bearbeitung von Braht soll ein zylindrischer Elektrolytmantel mit einer radialen Dicke von mindestens etwa 6 mm oder besser von 12,7 nun oder darüber vorgesehen sein.

Nach Bestimmung des Querschnittsbereichs kann die Länge der Verbindungszone ohne weiteres ausgerechnet werden, so daß nicht mehr als ein zulässiger Bruchteil, beispielsweise nicht mehr als 5 - 10 % des Stromes durch den Elektrolyt durch Nebenleitung abgeleitet wird, und zwar unter Berücksichtigung der Leitfähigkeit des in der Vorrichtung zu verwendenden Elektrolyten und der erforderlichen Spannung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen;

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur besseren Übersicht in

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vereinfachter und etwas verkürzter Form dargestellt ist;

Fig. 2 einen etwas vergrößerten, senkrechten Längsschnitt im Ausschnitt nach der Linie.2-2 in Fig. 1;

Fig» 3 einen vereinfachten senkrechten Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich dem von Fig. 3, der eine modifizierte Form der Öffnung zwischen den elektrolytischen Reinigungsund den Eloxierzellen zeigt;

Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt durch eines der Zellenabteile von Fig. 1 und 2 in noch weiter vergrößertem Maßstab und nach der Linie 5-5 in. Fig. 2;

Fig. 6 eine teilweise horizontale Ansicht eines der Zellenabteile nach der Linie 6-6 in Fig. 5}

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Vorrichtung mit der zugehörigen elektrischen und Elektrolyt-Kreislauf-Anlage, wobei die Zellen im senkrechten Längsschnitt dargestellt sind;

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer modifizierten Vorrichtung zur Durchführung der elektrolytischen Reinigung und Eloxierung in einer einzigen Zelle;

Fig. 9 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der eigentlichen Vorrichtung;

Fig. 10 einen senkrechten Längsschnitt durch den kathodischen Behandlungsteil der Vorrichtung nach der Linie 10-10 in Fig. 9»

Fig. 11 einen waagrechten Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 10}

Fig. 12 eine vergrößerte, perspektivische, auseinandergezogene Ansicht des Kopfteils zum Ablauf des Elektrolyten und eines zugehörigen Tgils der kathodischen Behandlungszelle, wobei einige Teile

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weggebrochen sind, gesehen in Richtung des Schnitts 12-12 in Fig. 10;

Fig. 13 einen zentralen, senkrechten Längsschnitt im wesentlichen nach der Linie 13-13 in Fig. 9, mit den Eloxierzellen, den Kopfteilen für den Einlaß des Elektrolyten und den Verteileinrichtungen; und

Fig. Ik einen senkrechten Querschnitt nach der Linie 14-14 in Fig. 13.

Wie man aus Fig. 1 erkennt, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine kathodische elektrolytische Heinigungszelle 10 und eine Eloxierzelle 11, durch welche ein kontinuierliches Aluminiumband 12 läuft. Wie ebenfalls in den Fig. 2, 3, 5 und 6 ersichtlich ist, besteht die Zelle 10 im wesentlichen aus oberen und unteren Elektroden 14,15, die durch isolierende Seitenwände 16,17 voneinander getrennt sind. In gleicher Weise wird die Eloxierzelle 11 aus oberen und unteren Elektroden 18,19 gebildet, die durch Seitenwände 20,21 voneinander getrennt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden 14,15 und 19 aus Blei und die Elektrode 18 aus rostfreiem Stahl, so daß die letztere, wie dargestellt, dünner sein kann. Dieser Unterschied berührt jedoch nicht die Art der erfindungsgemäßen Konstruktion.

Das Band 12 wird der Reihe nach durch die Zellen 10 und 11 vorwärtsbewegt, indem es in einer waagrechten Ebene in der Mitte zwischen den Elektroden 14,15 und 18,19 durchläuft. Die Zellen sind dabei mit dem Elektrolyt gefüllt, so daß beide Oberflächen des Bandes in den Elektrolyt eingetaucht sind. Die Elektroden haben eine gleiche oder größere Oberfläche als die Oberflächen des in der

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Zelle befindlichen B_andes, Der Verlauf des Bandes.12 ist durch die strichpunktierte Linie 22 in Fig. 2 dargestellt.

Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, die einen Strom des Elektrolyten kontinuierlich entlang den beiden Oberflächen des Bandes in jeder der Zellen entlangströmen. Daher ist in den Fig. 1 und 2 in einem Rohr 25 aus Isoliermaterial entlang einer Seite ein Längsschlitz 26 angebracht, um seitlich an einem Ende der Zelle 10 zu öffnen, wobei das Rohr an den Elektroden 14,15 durch Befestigungsmittel 27,28 angebracht ist. Die Verbindung enthält querverläufende Isolierstreifen 29,30, die an den Rändern der Rohröffnung angesetzt sind. Gleichermaßen sind zwei Isolierstücke 31,32 an den Rändern einer ähnlichen Öffnung entlang der anderen S ite des Rohrs angesetzt, wodurch ein verjüngter Eintritt für das Band 12 geschaffen wird, und gegenüberliegend befindet sich eine Endplatte 34, die einen waagrechten Schlitz 35 aufweist, durch welchen das Band 12 eintritt. Das Rohr 25 ist an einem Ende durch eine Kappe 36 (Fig. 1) geschlossen. Am anderen Ende ist das Rohr 25 durch eine Flanschverbindung 37 mit einem weiteren Rohr 38 verbunden, das ebenfalls vorzugsweise aus Isoliermaterial besteht.

Am Bandaustrittsende der Zelle 10 ist ein Auslaß für den Elektrolyt durch das Rohr 40 vorgesehen, das an einer Seite einen Längsschlitz 41 aufweist und mit den Elektroden 3^ 15- der Zelle durch Befestigungsmittel 42,43 verbunden ist. Entlang der anderen Seite des Rohres 40 schaffen Isolierstücke 44,45 einen verjüngten Austritt für das Band, von wo es in eine Platte 46 mit einer zentralen Öffnung eintritt} die Platte weist einen langen horizontalen Schlitz 48 auf, durch welchen das Band hindurchläuft. Das Rohr 40 ist an seinem einen Ende durch eine Kappe 49 abgeschlossen und

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am anderen Ende an ein Rohr 50 angesetzt.

In der Zelle 11 sind zweckmäßigerweise Einrichtungen vorgesehen, die mit dem Band zusammenwirken, um abwechselnd obere oder untere Bereiche zu isolieren; es befinden sich sowohl oberhalb als auch unterhalb des Bandweges Elektrolytverteiler- und -sammelvorrichtungen. Es sind daher zwei Rohre 51-52 am Bandeintrittsende der Zelle angeordnet, die.an ihrem Umfang längs ihrer Achse bei 53,5^ abgeschnitten sind. Mit den Rohren 51»52 verkittete Isolierstege 55j56 schaffen eine verjüngte Verbindung mit dem zentralen Schlitz ^8. In ähnlicher Weise schaffen die Isolierleisten 57,58, die an dem anderen Ende der Rohre 51,52 befestigt sind, eine sich erweiternde Verbindung zwischen den Rohren und den Enden der Elektroden 18,-19, die durch Befestigungsmittel 59,60 gesichert sind.

die
An einem Ende ist/von den Rohren 51,52 gebildete Sammelkammer durch die Kappen 6l und den zugehörigen Wandabschnitt 62 abgeschlos sen. Am anderen Ende sind die Rohre 51,52 an Auslaßrohre 63,6k ange schlossen. Am anderen Ende der Eloxierzelle 11 ist eine doppelte Verteilerkammer mit Rohren 67,68 vorgesehen, die entlang den unteren bzw. oberen Seiten aufgeschnitten und mit den Elektroden 18, 19 durch Isolierleisten 69,70 verbunden sind. Ähnliche, entlang den anderen Enden der Rohre 67,68 befestigte Teile 71,72 gewährleisten einen Bandauslaß, wo das Band durch einen in einer Endplatte 75 befindlichen Schlitz 7^ austritt, Wie in den weiteren ähnlichen Stellungen ist ein Ende der Rohre 67,68 und die Veiteilerkammer durch Kappen 77,78 und einen Wandabschnitt 79 abgeschlossen, während die gegenüberliegenden Enden der Rohre 67,68 mit Einlaßrohren 81,82 verbunden sind.

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Es ist ebenfalls Vorsorge getroffen, um ein Ausströmen des Elektrolyten aus den Endschlitzen 35,7^ zu. verringern oder zu verhindern. Eine Dichtungsanordnung ist rechts in den Fig. 1 und 2 gezeigt und umfaßt einen Behälter 8^, der an der Endplatte 75 befestigt ist. Der Behälter 8^ weist einen horizontalen Austrittsschlitz 85 auf und ,enthält zwei Schaumgummikissen 86,87, die in Berührung mit der oberen und unteren Seite des Bandes 12 liegen. Die isolierende Druckplatte 88 erstreckt sich über das obere Kissen 86 und wird durch Spannschrauben 89 festgehalten. Die Schaumgummikissen können für die Abdichtung mit dem Band zusammengedrückt werden. Eine gleiche Endabdichtung 90 ist am Bandeintrittsende der Vorrichtung vorgesehen.

Wie man besonders aus den Fig. 5 und 6 erkennen kann, sind die Seitenwände 20,21 der Eloxierzelle 11 mit den oberen und unteren Elektroden 18,19 durch Längsteile oder -streifen aus gummiartigem Material abgedichtet, die teilweise in entsprechenden Ausnehmungen oder Kanälen an den oberen und unteren Flächen der Seitenwände ruhen. Die Elektroden 18,19 sind an den Seitenwänden 20, 21 durch Bolzen 93» 9^ befestigt, die von den Elektroden durch Isolierscheiben 95 getrennt sind. Geschlitzte Isolierplatten 97» 98 verhindern, daß das Band 12 die Elektroden 18 und 19 im Fall einer starken Biegung des in der Zelle befindlichen Bandes berührt. Wie man aus Fig. 6 ersehen kann, sind diese Plattenüber den größeren Bereich ihrer Fläche mit sehr breiten Öffnungen 99 versehen, so daß ein vollkommener Kontakt der entsprechenden Elektrode mit dem Elektrolyt verhältnismäßig wenig behindert wird. Es sind ähnliche Einrichtungen in der elektrolytischen R inigungszone vorgesehen, die eine Berührung zwischen dem Band und den Elektroden verhindern. 009841/1388

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Die Zellen 10,11 können außerdem Seitenschienen oder Führungen für den losen Eingriff der Längskanten des Bandes umfassen, um die oberen und unteren Bereiche der Eloxierzelle zu isolieren und eine senkrechte oder Querbewegung des Bandes einzuschränken. Daher sind, wie in den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, zwei Seitenschienen 100,101 entlang der Eloxierzelle angeordnet. Diese Schienen 100,101 sind gleitbar in die entsprechenden Seitenwände 21,20 bei 102,103 schwalbenschwanzformig eingepaßt, so daß beim Auseinandernehmen der Anordnung die Seitenschienen je nach Wunsch in die Seitenteile eingesetzt oder daraus entfernt werden können. Nuten 104,105 sind zur losen Aufnahme des Bandes -vorgesehen, so daß die oberen und unteren Bereiche getrennt sind, jedoch wenig- oder keine Reibungskraft auf das Band einwirkt. Die Seitenschienen 100,101 können sich in die Flüssigkeitsverteilerzellen, besonders in die Zellen 51-52 und 67-68 der Eloxierzelle erstrecken, die seitlich durch die in Fig. 6 gezeigten Lager 106,107 abgestützt sind, wodurch sich die Isolierung der zwei Bereiche bis zum Ende der Zelle fortsetzt. Eine derartige Anordnung der Seitenschienen ist durch strichpunktierte Linien für die Schiene 100 in Fig. 2 dargestellt. Ähnliche Seitenschienen können für die elektrolytisch R_pinigungszelle 10 vorgesehen sein.

Obwohl die gezeigte Vorrichtung für die Behandlung von Bandmaterial, sei es nun Folie oder dickere Bänder, bestimmt ist, kann sie auch für anders geformtes Material, wie Draht oder Stabmaterial verwendet werden. Fig. 3 sseigt schematisch die Form des Schlitzes 48 am mittleren Steg für das Band 12 und Fig· 4 eine andere Anordnung von gleichen, mit 44a, 45a, 49a und 50a bezeichneten Teilen, wobei die Öffnung de3 zentralen Steges ein kleines

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zylindrisches Loch 48a zur Aufnahme des Drahts oder des Stabes ist. Ein elektrischer Kontakt mit den Elektroden kann durch Kabelenden 108 und schweren, geflochtenen Leitungsbändern 109 erfolgen, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist.

Obwohl die Abmessungen der Zelle weitgehend variieren können, um den jeweiligen Erfordernissen zu entsprechen, sind die Elektroden dicht beieinander angeordnet, so daß der Abstand zwischen den Elektroden und dem Band klein ist. In einem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden alle in Richtung des Band Verlaufs 1,50 m lang und haben eine tatsächliche Breite von etwa 50 cm. Die Seitenwände 16, 17, 20 und 21 weisen eine Querschnittsfläche von etwa 25 cm² auf.

In dem in Fig. 7 schematisch gezeichneten Blockschaltbild der Gesamtanlage sind Kreislauf-und Temperaturregeleinrichtungen

110 und 111 für die Elektrolyt strömungen in den Zellen 10,11 vorgesehen. Ein Satz der Einzelteile ist in Fig. 7 für das System

111 gezeigt, wobei sich versteht, daß das System 110 das gleiche sein kann, mit der Ausnahme, daß seine Wärmeaustauschkapazität für die kathodische Reinigung geringer sein kann als für die Eloxierzelle. Durch das mit den Rohren 63,64 verbundene Rohr 115 wird somit der die oberen und unteren Bereiche der Eloxierzelle 11 verlassende Elektrolyt in einem Behälter 116 aufgenommen und mittels einer Pumpe 117 durch einen Wärmeaustauscher 118 geleitet, um zum anderen Ende der Zelle durch das Rohr 119 in die Eintrittsverteilerkammer 67-68 zurückzukehren. Der Wärmeaustauscher kann von herkömmlichem, rohrförmigem Aufbau sein, und ist zur Kühlung des Elektrolyten angeordnet, in dem Wasser durch Einlaß- und Auslaßrohre 120,"Li strömt; er kann durch einen handelsüblichen

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registrierenden Temperaturregler 122 gesteuert werden, welcher in dem Elektrolytenrohr 119 einen temperatur-empfindlichen Fühler 123 aufweist und ein motorbetriebenes Ventil in der Kühlmittelleitung 120 betätigt. Die Funktion des Kreislaufsystems 111 liegt also darin, die Temperatur des Elektrolyten zu erhöhen und zu steuern, indem Wärme zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in der Zelle daraus entzogen wird. Die Pumpe 117 treibt auf geeignete Weise den Elektrolyt mit so hoher Geschwindigkeit vorwärts, daß die gewünschte turbulente Strömung oberhalb und unterhalb des Bandes eintritt.

Ein besonderes Merkmal liegt in der Anordnung der Rohrverbindungen zwischen den Verteilerköpfen bzw. -kammern und den Kreislauf einrichtungen. Jedes der Rohre 63,6*4- erstreckt sich daher in Fortsätzen 125 und 126, die sich an eine mit dem Rohr 115 bestehende T-Verbindung 12^ anschließen. Es läßt sich feststellen, daß durch Wahl der Rohre von geeigneter Länge und geeignetem Durchmesser aus den oberen und unteren Teilen der Verteilerkammern 51,52 ein Verlust wertvollen Stromes zwischen diesen beiden Kammern vermieden werden kann, obwohl die Elektroden 18,19 mit unterschiedlichen elektrischen Spannungen oder sogar mit entgegengesetzter elektrischer Polarität betrieben werden können. Eine ähnliche Anordnung ist für die Rohre 82,81 vorgesehen, d.h. durch Verlängerung dieser bei 128,127 gezeigten Rohre bis zu einer einzigen T-Verbindung 129 für das Auslaßrohr 119 der Kreislaufeinrichtung. Mit anderen Worten, wo die Vorgänge auf den oberen und unteren Seiten des die Zelle 11 durchlaufenden Bandes 12 sich elektrisch unterscheiden, kann die Zufuhr des Elektrolyten zu beiden Bereichen aus einem gemeinsamen System kommen, indem man

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Rohre aus Isoliermaterial verwendet. Die Länge der Verbindungsrohre zwischen den Verteilerkammern und den T-Stücken 12^,129 sind "ohne weiteres aus dem Durchmesser des Rohres, der spezifischen Leitfähigkeit des Elektrolyten und der maximalen Spannungsdifferenz zwischen den oberen und unteren Elektroden 18,19 bestimmbar. Verwendet man Rohre mit einem Innendurchmesser von 7,60 cm und als Elektrolyt eine 15^ige Schwefelsäurelösung, sowie eine Spannung zwischen den Elektroden von etwa 30 Volt, so stellte sich heraus, daß Rohrlängen von etwa 2,40 m in jedem Schenkel ausreichten, um den Stromverlust auf einen vernachlässigbaren Wert zu senken.

Wie oben angegeben, soll die Elektrolytströmung durch die Zellen 10,11, besonders durch die Eloxierzelle 11, turbulent sein. Dies wird für die Erzielung guter Ergebnisse bei der kontinuierlichen anodischen Oxydation mit hoher Geschwindigkeit zur Herstellung dicker, poröser, anodischer Überzüge bei hohen Stromdichten

•für wichtig erachtet, beispielsweise von etwa 100 mA/cm der ausgesetzten Bandoberfläche aufwärts. Die Turbulenz wird auf zufriedenstellende Weise durch Durchpumpen des Elektrolyten mit großer Geschwindigkeit erzielt. Indem die Turbulenz im Elektrolyt über seinen ganzen Bereich entlang des Bandes verläuft, wird ohne weiteres ein wirksamer Wärmeentzug zur Aufrechterhaltung gewünschter Temperaturen an der Oberfläche des Bandes und zu einem geringen Temperaturanstieg im Elektrolyt während seines Verlaufs durch die Zelle erreicht.

Das Ermitteln geeigneter Bedingungen, um die Turbulenz zu fördern, ist im allgemeinen eine Angelegenheit der Berechnung nach bekannten Praktiken, beispielsweise durch Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des wäßrigen Elektrolyten bei gegebener Quer-

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schnittsforra und Größe des Weges, was eine Reynolds'sehe Zahl im Bereich der turbulenten Strömung ergibt. Reynolds'sehe Zahlen, die größer als etwa 2500 sind, bezeichnen daher einen Zustand der Turbulenz, wobei jedoch die besten Resultate im vorliegenden Verfahren erzielt werden, wenn die Strömungsbedingungen durch eine wesentlich höhere Reynolds'sehe Zahl als 2500 gekennzeichnet sind. Beispielsweise ist eine Elektrolytströmung mit einer Reynolds 'scten Zahl von 20 000 zufriedenstellend für eine anodische Oxydation bei einer Stromdichte von 6^5 mA/cm , und Bedingungen selbst von noch größerer Turbulenz, die durch eine Reynolds'sehe Zahl von 100 000 dargestellt werden, können für sehr hohe Stromdichten gut verwendet werden.

Fig. 7 stellt auch ein System der elektrischen Schaltung für die Vorrichtung dar, einschließlich der Schalter, die eine Auswahl von mehreren verschiedenen Verfahrensarten ermöglichen. Die Elektroden 1^,15 sind miteinander und mit einem Kontakt I30 eines Schalters I3I durch Leitungen 132 und 133 verbunden, wobei der Schaltarm I3I seinerseits an den positiven Pol einer Gleichstromquelle 135 angeschlossen ist. Die obere Elektrode 18 der Eloxierzelle 11 ist über eine Leitung 136 an den negativen Pol der Gleichstromquelle 135 gelegt. Die untere Elektrode 19 der Zelle 11 ist an einen Schalter I38 mit vier Kontakten angeschlossen, von denen der erste 139 mit den Elektroden 1*4·,15 und somit mit dem positiven Pol der Quelle I35 in Verbindung steht, wenn der Schalter 13I an seinem Kontakt I30 anliegt. Ein zweiter Kontakt 140 des Schalters I38 ist an einen zweiten Kontakt 1*4-2 des Schalters I3I angelegt. Ein dritter Kontakt 1*4-3 des Schalters ist über die Leitung 136 mit dem negativen Pol der Gleichstrom-

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quelle 135 verbunden. Schließlich ist ein vierter -Kontakt 144 des Schalters 138 über einen Widerstand 1^5 mit der Leitung 136 und ,somit mit dem negativen Pol verbunden.

Wenn der Schalter I3I über den Kontakt 13O und der Schalter I38 über den Kontakt 1^3 geschlossen werden, kann der kontinuierliche ReinigungsVorgang und die kontinuierliche anodische Oxydation beider Bandseiten durchgeführt werden. Die Elektroden 3Λ und 15 sind beide positiv, während die beiden Elektroden 18 und 19 negativ sind, wodurch Strom durch den Elektrolyt in der Zelle10 zum Band fließt, um beide Oberflächen desselben kathodisch zu reinigen. Dieser Strom fließt dann über das Band und in und durch den in der Zelle 11 befindlichen Elektrolyt (mit dem Band als Anode) zu den Elektroden 18,19. Wenn der Schalter 138 anstatt mit Kontakt 1^3 mit seinem Kontakt 14^ verbunden wird, wird wiederum eine beiderseitige Reinigung und anodische Oxydation durchgeführt, (während der Schalter I3I in seiner vorherigen Stellung verbleibt) wobei der .sich in der Zelle 11 abspielende Betrieb jedoch ein anderer ist. Der Widerstand 1^5 reduziert den Stromfluß in der unteren Hälfte der Zelle, so daß auf der unteren Seite ein dünnerer Überzug aufgebracht wird als auf der oberen Seite. Der Widerstand l4j5 ist zweekmäßigerweise regelbar und wirkt als Einrichtung zur Spannungserniedrigung, die auf verschiedene Weise erzielbar ist. Tatsächlich kann, wenn das Zellensystem zweckmäßig ausgelegt ist, der notwendige Spannungsabfall für eine veränderliche anodische Oxydation durch Schaffung eines unterschiedlichen Abstandes der Elektroden l6 und 19 vom Band erreicht werden,

Falls es notwendig oder erwünscht ist, den anodischen Film nur auf eine Seite das Bandes aufzutragen, werden bestimmte

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andere Verbindungen verwendet. Eine solche Anordnung liegt darin, eine Verbindung des Schalters 13I mit dem Kontakt 130 aufrechtzuerhalten, während der Schalter 138 auf den Kontakt ikO gelegt wird. Dabei wird die kathodische Reinigung auf beiden Seiten des in der Zelle 10 befindlichen Bandes durchgeführt, während in der Eloxierzelle nur die obere Elektrode 18 gespeist wird, wodurch Strom nur oberhalb des Bandes durch den Elektrolyt fließt und daher nur auf der oberen Seite einen Oxydfilm bildet. In diesem Fall werden die Seitenschienen 100,101 vorzugsweise in die Eloxierzelle eingebaut. Ferner kann man den Schaltarm 138 mit seinem Kontakt 139 verbinden, während der Schaltarm 13I mit seinem Kontakt I30 in Berührung bleibt. Hier sind nicht nur die Elektroden 14 und 15-der Reinigungszelle 10, sondern auch die untere Elektrode 19 der Eloxierzelle 11 positiv geschaltet, so daß ein Teil des Eloxierstromes zwischen dem Band und der Elektrode 18 aus der Zelle 10 entlang des Bandes geflossen ist, während der restliche Strom den Elektrolyt in der Zelle 11 und unter dem Band durchfloß. Eine höhere Stromdichte oder eine geringere Erhitzung des Bgndes durch den Stromfluß läßt sich besser auf diese als auf die zuerst erwähnte Art für einseitige Behandlung erreichen.

Eine weitere Folge von Schaltungen für den einseitigen Betrieb wird dadurch erzielt, daß der Schaltarm 131 auf seinen Kontakt 14-2 und der Schaltarm 138 auf den Kontakt l40 gelegt wird. In diesem Fall findet keine kathodische Reinigung statt, und die Gleichstromquelle ist direkt an die Elektroden 19 und 18 angeschlossen, wobei die erstere positiv und die letztere negativ ist. £ E3ll beiläufig erwähnt werden, daß die Vorrichtung ohne katho- ?. ihe Reinigung für einen Betrieb mit Wechselstrom geeignet ist,

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indem ein Pol der Wechselstromquelle an die Elektroden 1^,15 und der andere Pol an die Elektroden 18,19 oder wahlweise an einzelne Elektroden nur auf einer Seite des Bandes für eine einseitige Behandlung mit Wechselstrom angeschlossen wird. Für den Betrieb mit Wechselstrom werden an Stelle von Blei- besser Graphitelektroden verwendet.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Geschwindigkeit des Bandvorschubs im allgemeinen durch die Stärke des gewünschten anodischen Oxydfilms gesteuert, wobei auch die Länge des Eloxierweges und die angelegte Stromdichte eine Rolle spielen. Für viele Zwecke sind Geschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 0,30 -6m pro Minute zweckmäßig, wobei Zellen mit einer Länge von 30 bis 150 cm und Stromdichten auf der Bandoberfläche im Bereich

von mindestens 100 mA/cm und darüber, gewöhnlich von über 270mA

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pro cm und vorzugsweise in der Größenordnung von 5kQ mA/cm bis

IO8O mA/cm Anwendung finden. Auf diese Weise sind beispielsweise anodische Oxydfilme bis zu einer Stärke von 0,025 mm auf den Folienflächen mit hoher Ausbeute hergestellt worden, wobei ein wäßriger Elektrolyt aus 15$iger Schwefelsäure verwendet wurde, der in den Flüssigkeitsräumen auf beiden Seiten des Bandes auf etwa 65 C bei Stromdichten von 270mA/cm bis 1080 mA/cm gehalten wurde. In diesem Fall betrug die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten etwa 1,50 m/Sek., womit man eine reichliche Turbulenz entlang des Bandes erzielte. In einem 1,50 m langen Behälter bei einer Stromdichte von 700 mA/cm werden Filme von 0,025 mm Stärke bei einer Bandgeschwindigkeit von etwa 1,50 m pro Min. und Filme von 0,005 nun Dicke bei einer entsprechend schnelleren Geschwindigkeit von 7,60 m pro Min. hergestellt, wobei sehr dünne Filme (in

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der Größenordnung von 0,00025 mm) bei hohen Banddurchlaufgeschwindigkeiten erzielbar sind, z.B. bei 76 bis 228 m pro Minute.

Wäßrige Schwefelsäure ist ein zufriedenstellender Elektrolyt. Im allgemeinen ist ein Elektrolyt mit einer Schwefelsäurekonzentration unter 2 % zu schwach und entwickelt übermäßige Wärme durch seinen Stromwiderstand. Eine mehr als 50^ige Schwefelsäure besitzt im allgemeinen zur Herstellung dicker Überzüge ein zu großes Auflösungsvermögen gegenüber dem Oxydfilm. 15$ige Schwefelsäure wird für sehr geeignet erachtet. Gewöhnlich ist es nicht erforderlich, Konzentrationen über kO % zu verwenden. Natürlich wird im allgemeinen bei höheren Konzentrationen ein schnellerer Vorgang ermöglicht; jedoch ergeben sich dadurch weitgehendere Beschränkungen hinsichtlich der Pilrnstärke und es werden sehr kurze Zeiten für die anodische Oxydation und dementsprechend sehr hohe und manchmal nicht anwendbare Stromdichten erforderlich.

In der Eloxierzelle und ebenso in der elektrolytischen Reinigungszelle können Elektrolyttemperaturen von ^O C und darüber verwendet werden; im letzteren Fall könnte eine einzige Kreislaufund Temperaturregeleinrichtung für den Elektrolyt in sämtlichen Teilen der Vorrichtung verwendet werden. Andererseits ist für die elektrolytische Reinigung eine wesentlich höhere Elektrolyttemperatur vorzuziehen. Bei einem Elektrolyt aus 15#iger Schwefelsäure, der auf einer Temperatur von etwa 8O⁰C gehalten wurde, und mit Stromdichten von 1080 mA/cm ' der zu behandelnden Oberfläche wurde eine bemerkenswert vollständige kathodische Reinigung in einem 1,50 m langen Behälter bei Geschwindigkeiten des Aluminiumbandes von bis zu 228 m/Min, erreicht. Die Stromdichten für die anodische

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Oxydation können innerhalb eines Bereichs von etwa 100 mA bis 4,3 A/cm der anodisch zu oxydierenden Fläche variieren. Besondere Bedeutung für die Erzielung einer schnellen anodischen Oxydation ohne Beeinträchtigung der Filmstärke und Filmqualität kommt Wer-

2 ?

ten über 320 mA/cm zu. Auch eine Stromdichte von 645 inA/cm bis

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zu l,60 A/cm hält man für praktisch. Bei Werten über 4,3 A/cm

(und bis zu einem gewissen Grad bereits über 2,10 A/cm ) scheint der erwünschte Wärmeentzug bei gewöhnlichen mechanischen Anordnungen für den Kreislauf des Elektrolyten ungebührlich schwierig zu werden.

Bei der Draht behandlung, die im Zusammenhang mit Fig. 4 erwähnt wurde, wurden anodische Oxydüberzüge mit guten elektrischen Isoliereigenschaften und hoher Abriebfestigkeit gegen Kratzen bei Drahtdurchlaufgeschwindigkeiten bis zu 60 m/Min, hergestellt.

Die Ausbeute des Verfahrens scheint ungewöhnlich hoch. Die zur Herstellung eines Oxydfilms von 0,0254 mm Stärke unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens (im Versuchsbetrieb - pilot plant operation) benötigte Ladungsmenge beträgt etwa 42 Coulomb/cnr was eine Stromausbeute von etwa 90 % darstellt, im Gegensatz zu

etwa 70 % (58 Coulomb/cm ) bei einer -Anzahl von bekannten Verfahren zur Herstellung von vergleichbaren Filmen.

In Fig. 8 sieht man, daß ein Aluminiumband 210 kontinuierlich von einer Zufuhrrolle 211 abgewickelt und auf eine Auflaufrolle 212 gespult wird. Das Band 210 wird kontinuierlich durch eine Behandlungszelle 2l4 mit einem kathodischen Reinigungsabschnitt 215 und einem Abschnitt 216 für die anodische Oxydation gezogen. Die beiden Abschnitte 215 und 216 sind durch einen dazwischenliegenden Überführungsbereich 21? getrennt, wobei sämtliche

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Bereiche im wesentlichen den gleichen Querschnitt für die Elektrolytströmung oberhalb und unterhalb des Bandes aufweisen.

Die ElektrolytStrömung erfolgt vorzugsweise entgegengesetzt zum Band. Es sind daher.ein Kopfteil 220 am Bandaustritt für den Einlaß des Elektrolyten und geeignete Rohre 221,222 für die Zufuhr des oberhalb und unterhalb des Bandes fließenden Elektrolyten vorhanden. Ein ähnlicher Auslaßkopfteil 223 befindet sich am Bandeintritt mit zugehörigen Flüssigkeitsverteilerrohren 22^,225. Zwei Klappen 226,227 dienen als zweckmäßige Dichtungen für den Eintritt und Austritt des Bandes bei den Kopfteilen 223 und 220.

Im kathodischen Reinigungsabschnitt 215 sind Elektroden 228, 229 parallel zum durchlaufenden Band angeordnet, und ähnliche Elektroden 230,231 im anodischen Oxydationsabschnitt. Im Überführungsbereich 21? sind obere und untere Isolierwände 232,233 vorgesehen, die die zwei Elektrodensätze trennen. Das Band kann zusätzliche BehandlungsStationen vor oder nach seinem Durchgang durch die aufeinanderfolgenden Abschnitte 215, 217 und 216 durchlaufen, wobei eine dieser Stationen als Spülbehälter 235 dargestellt ist.

Wenn die Elektroden 228,229 an den Pluspol und die Elektroden 230,231 an den Minuspol angeschlossen werden, und wenn man einen turbulenten Elektrolytstrom vom Kopfteil 220 zum Kopfteil 223 fliessen läßt, wird eine Folge von elektrolytischen Behandlungen auf dem Band während seines Durchlaufs ausgeführt, d.h. im Abschnitt 215 eine kathodische Reinigung und im Abschnitt 216 eine anodische Beschichtung.

Von den beiden Elektroden 228,229 wird Strom durch den

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Elektrolyt zum Band 210 geleitet, durch welches der Strom zum Eloxierabschnitt 216 fließt, von wo dieser Strom über das Band '210 den oberen und unteren Elektroden 230,231 zugeleitet wird. Der kühlende oder temperaturregelnde Elektrolytfluß erfolgt über den gesamten Transportbereich des Bandes, so daß eine Temperaturregelung über die ganze ausgesetzte Bandoberfläche gewährleistet ist, obgleich nur ein Elektrolytkreislaufsystem nötig ist.

Zur Veranschaulichung verschiedener, mit Gleichstrom durchgeführter Behandlungsarten, zeigt Fig. 8 eine Reihe von Verbindungen, wobei sich eine Leitung 238 von den oberen Elektroden zum positiven Pol 239 einer geeigneten Gleichstromquelle erstreck^ deren negativer Pol über die Leitung 241 mit der oberen Elektrode 230 verbunden ist. Die Elektrode 229 erstreckt sich an einem Schaltarm 2^2, der jeweils einen von zwei. Schaltkontakten 243,2^4 erfassen kann, wobei der letztere über die Leitung 238 an den Pluspol angelegt ist. Die untere Elektrode 231 der Eloxierzone ist mit einem Schaltarm 2^5 verbunden, der entweder an einem Schaltkontakt 246, der mit den Elektroden 229 und dem Schaltarm 242 in Verbindung steht, oder an einem Sehaltkontakt 247, der über die Leitung 24l an den negativen Pol 240 angeschlossen ist, liegen kann, oder einen weiteren Schaltkontakt 248 erfassen kann, wobei über einen regelbaren Widerstand ebenfalls eine Verbindung mit dem Minuspol besteht.

Zur kathodischen Reinigung und anodischen Oxydation beider Seiten des Bandes 210 wird der Schaltarm 242 an den Kontakt 244 und der Arm 245 bxi den K_ontakt 247 gelegt. Hierdurch werden die beiden Reinigungselektroden 228,229 positiv und die beiden

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Elektroden 230,231 negativ. In diesem Fall fließt der gesamte Strom, mit Ausnahme des kleinen Stromanteils» der abgeleitet wird, über das Band. Falls eine kathodische Reinigung nicht erforderlich ist, kann der Schaltarm 2^2 auf den offenen Kontakt 2^-3 gelegt xierden, so daß Strom nur über den über dem Band befindlichen Elektrolyt oberhalb des Bandes von der Elektrode 228 in das Band fließt. Soll nur die Oberseite des Bandes anodisch oxydiert werden, verbindet man den Arm 24-2 mit dem offenen Kontakt 2^3 und den Arm 2*4-5 mit dem Schaltkontakt 24-6; in diesem Fall ist die obere Elektrode 228 positiv und die obere Elektrode 230 negativ, und es ist dabei keine der unteren Elektroden erregt. Der gesamte elektrolytische Austausch, sowohl die Reinigung im Abschnitt 215 als auch die anodische Oxydation im Abschnitt 216,sind auf die Oberseite des Bandes 210 beschränkt. Die anodische Oxydation ist ebenfalls noch auf die Oberfläche des Bandes beschränkt (durch Fließen des Stromes vom Band als Anode zur oberen Elektrode 230), wenn man wahlweise den Schaltarm 2^2 auf den Kontakt 2kk und den Arm 2Ä5 auf den Kontakt 2^6 umlegt. Dabei fließt jedoch Strom sowohl von den beiden Elektroden 228,229 als auch von der unteren Elektrode 231 der Eloxierzone in das Band. Ein gewisser Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß der im Band selbst fließende Strom zwischen den Abschnitten 215 und 216 verringert wird.

Eine unterschiedliche, anodische Oxydation kann schließlich

dadurch bewirkt werden, daß man den Schaltarm 2^5 auf den Kontakt ο

° 2^8, und den Arm 242 auf einen der Kontakte 2^3,2*44 legt; d.h.

^ man verwendet den letzteren, falls eine wirksame kathodische

"χ. Reinigung beider Seiten des Bandes erfolgen soll. Der Stromf]uß ^ω vom Band als Anode im Abschnitt 216 wird bei verschiedenen Stromes

** dichten im Verhältnis der Einstellung des Widerstandes 2^9 auf gegenüberliegenden Seiten des Bandes bewirkt. Ein solches Verfahren

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ist dann zweckmäßig und wirtschaftlich, wenn ein starker anodi· scher Schutzüberzug.auf der einen Seite des Bandes 210 erforderlich ist, während für die gegenüberliegende Seite ein dünner Überzug ausreicht.

Eine praktische Vorrichtung ist in. etwas vereinfachter Form in den Fig. 9 - I^ gezeigt. Das Band 210 wird kontinuierlich in flacher waagrechter Lage durch einen Behälter bewegt, welcher aus einem kathodischen Reinigungsabschnitt 250 und einem Abschnitt 251 zur anodischen Oxydation besteht, wobei der Abschnitt 250 einen Trennabschnitt, wie nachfolgend beschrieben, einschließt. Ein Kopfteil 25*4- für die Flüssigkeitsverteilung ist am Bandaustrittsende des Eloxierabschnitts 251 vorgesehen, während am Bandeintrittsende des kathodischen Reinigungsabschnitts 250 ein Kopfteil 255 für den Flüssigkeitsauslaß liegt. Die Flüssigkeit verläßt das Auslaßkopfteil 255 durch zwei Leitungen 256,257, die zu einem Elektrolytbehälter 258 führen, der auch die Temperaturregeleinrichtungen mit den zugehörigen Kühleinrichtungen aufweisen kann.

Der Elektrolyt wird aus dem Behälter 258 mittels einer Pumpe

260 durch die Rohrleitung 259 entnommen und über eine Rohrleitung

261 in Zweigleitungen 262,263 den oberen und unteren Teilen des Einlaßkopfteils 25^· mit einer ausreichend großen Geschwindigkeit zugeführt, um eine turbulente Strömung entlang der oberen und der unteren Oberflächen des Bandes 210 zu erzeugen. Der Elektrolyt ist vorzugsweise eine 5 - 50$ige wäßrige Schwefelsäure und geeigneterweise eine 15#ige wäßrige Schwefelsäure (Gewichts-^).

Wie man in den Fig. 10, 11 und 12 erkennt, besteht das Hauptteil des kathodischen Reinigungsabschnitts 250 aus einer eintei-

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ligen Struktur asbestverstärkten Harzes oder aus einem gleichwertigen starken, elektrischen Isoliermaterial mit einer oberen Wand 265, einer unteren Wand 266 und Seitenwänden 267 und 268. Dieses Gehäuse ist ein abgeflachtes Rohr mit rechteckigem Querschnitt und weist offene Enden auf, welche mit Befestigungsflanschen 269 und 270 versehen sind. Die obere Wand 265 ist mit mehreren nach innen gerichteten, quer verlaufenden Aussparungen 271 versehen, von denen sich jede über das Gehäuse erstreckt und so geformt ist, daß sie eine Platte 272 aus Blei oder einem anderen geeigneten, leitenden Material aufnehmen kann, welche als Teil des Elektrodensystems für den oberen Bereich der kathodischen Reinigungszone dient. Die Aussparungen 271 sind nach unten offen weisen jedoch nach vorne und hinten in der Richtung des Bandverlaufs Unterschnitte auf, wodurch Tragschultern 27^ entstehen. De entlang der oberen Wand 265 angeordneten, parallelen Elektrodenplatten 272 bilden eine verlängerte Elektrodenstruktur. Es können beispielsweise sieben Elektrodenplatten vorgesehen sein; zur Vereinfachung ist in der Zeichnung eine kleinere Anzahl dargestellt.

In der unteren Wand 266 sind übereinstimmende Aussparungen 275 und Elektrodenplatten 276 mit übereinstimmenden Tragschultern 278 vorgesehen. Das Band 210 liegt also mit seiner oberen bzw. seiner unteren Seite parallel zu den Oberflächen der oberen und unteren Elektrodenplatten 272,276 beim Durchlauf durch den kathodischen Reinigungsabschnitt 250.

Die Elektrodenplatten 272,276 ragen durch die verdickte Seite»-· wand 268,. wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, heraus und ermöglichen eine leichte Befestigung elektrischer Verbindungsklemmen. i>- - einzelnen Elektroden können im Gehäuse durch Dichtungsringe

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280 um ihre Hälse und auf die Dichtungsringe aufgesetzte Platten

281 abgedichtet angeordnet sein. Zur besseren Übersicht wurden •die Platten 281 in Fig. 12 weggelassen und nur auf einigen der Elektrodenhälse in Fig. 9 dargestellt.

Das Gehäuse 250 umfaßt ferner ein Teil 252, welches sich über die oberen und unteren Reihen der Elektrodenplatten hinaus erstreckt und im Befestigungsflansch 270 endet. Dieses Teil 252 ist einfach ein abgeflachter, rohrfÖrmiger Durchlaß, der geeigneterweise die gleichen Innenmaße und den gleichen Querschnitt wie der Durchlaß im Elektrodenbereich hat. Der aus Isoliermaterial bestehende Abschnitt 252 dient zur elektrischen Trennung des kathodischen Reinigungsbereichs vom Eloxierabschnitt 252 und besitzt einen ausreichend langen elektrischen Weg, um den Stromabfluß auf ein Minimum zu senken.

Der Eloxierabschnitt 251 umfaßt, wie in den Fig. 9, 13 ^und 14 gezeigt ist, eine flache, rechteckige Konstruktion, die von einer oberen Platte 283, einer unteren Platte 284 und den Seiten 285,286 gebildet wird; dieser Aufbau ist an seinen offenen Enden mit Befestigungsflanschen 287,288 versehen. Der Flansch 287 wird am Flansch 270 des ersten Abschnitts 250 befestigt, so daß die Durchlässe durch die Abschnitte 250,251 fluchten. Die Platten 283, 284 sind die Elektroden für den Eloxierabschnitt. Wo die Elektrodenplatten 283,284 eine ungleiche Polarität oder eine verschiedene Spannung haben, sollen die Seiten 285,286 aus Isoliermaterial bestehen. In Fig. 14 bestehen ste für die zweiseitige anodische Oxydation aus Metall.

Um eine zufällige Berührung des Bandes mit der Fläche der Elektroden zu verhindern, kann ein Isolierschuts 288a an jeder

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Elektrode befestigt werden. Jeder Isolierschutz 288a ist ein offener Bahmen aus Isoliermaterial mit Längsteilen 289 an den Seiten und Querteilen 290. Gleichfalls kanalförmig ausgebildete Führungen 291,292 können sich durch den Abschnitt 251 erstrecken, um eine lose Führung für das Band zu schaffen. In vielen Fällen sind diese Führungen überflüssig; sie können jedoch die besondere Funktion haben, eine übermäßige anodische Oxydation in der Nähe der Ränder des Bandes zu verhindern, falls eine Tendenz hierzu vorliegt.

In den Fig. 9 und 13 ist in vereinfachter Form ein Flüssigkeitseinlaß-Kopfteil 25^ mit kastenförmigem Aufbau gezeigt, der obere und untere, sich quer erstreckende Kammern 29^,295 aufweist, welche mit den Leitungen 202,263 in. Verbindung stehen. Gekrümmte Ablenkbleche 296,297 leiten die Flüssigkeit in den Eloxierabschnitb 251, wobei diese Ablenkbleche so angeordnet sind, .daß ein Eintrittshohlraum 298 geschaffen wird, welcher im Querschnitt geeigneterweise kongruent mit dem Durchlaß durch den Abschnitt 251 ist. Der Flansch 288 ist mittels Bolzen an der Rückwand 299 des Kopfteils 254 befestigt.

Der Weg für die Flüssigkeit kann ferner durch Ablenkstücke 300, 3OI aus verstärktem Harz begrenzt sein, welche in die vordere Wand 302 des Kopfteils 25^ eingesetzt und so geformt sind, daß sie einen Austrittsschlitz 303 für das Band begrenzen? sie weisen ferner geneigte Oberflächen 30^,305 auf, die in Zusarnmenwirkurig mit den Ablenkblechen 296,29? die FLüsaigkeitseinlaßkanäle bilden.

Zv/ei elastische Abschlußstücke 306,307 sind als Verschlußlippen längs des Austritbsschlitzes angeordnet. Der Elektrolyt strömt sehr schnell und vorzugsweise mit beträchtlicher Turbulenz

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aus dem Kopfteil 254 durch die ganze Länge der Abschnitte 251 und 250. Am Kopfteil 255 für den Flüssigkeitsaustritt (vgl. Fig. 2, 3, 4 und 5) wird der Elektrolyt geteilt, um durch die Leitungen 256,25? auszutreten.

Das Auslaßkopfteil 255 ist mit einem Befestigungsflansch versehen, der am Flansch 269 des Abschnitts 250 befestigt ist. Das Kopfteil 255 umfaßt zwei Führungsplatten 311,312* zwischen denen das Band mit einem gewissen Spiel durchläuft. Oberhalb der oberen Platte 31I sind zwei gekrümmte Wände 313,314 bei 315 pflugartig angeordnet. Diese gekrümmten Wände 313»314 wirken mit der Abdeckung 316 des Kopfteilkastens und der Führungsplatte 3II zusammen, um die oberhalb des Bandes befindliche Flüssigkeit in die Ausströmleitungen 256 und 257 zu leiten. Ein unter der Führungsplatte 312 angebrachter, pflugartiger Aufbau 317 wirkt mit dem Boden 3I8 cles Kopfteilkastens auf gleiche Weise zusammen. Die Platten 311,312 haben eine flach V-förmige Randform, durch welche ah jeder Platte eine Spitze 319 gebildet wird, die sich.in den Mund 320 des kathodischen Reinigungsabschnitts erstrecken. Wahlweise kann jeder Pflug 315»317 gleichfalls eine nach abwärts geneigte Vorderwand aufweisen, wie bei 321 für die Pflugkonstruktion 315 gezeigt ist, die in den Mund 320 paßt. Der durch den Flansch 269 und den Mund 32O ausströmende schnell fließende Elektrolyt wird in der Tat oberhalb und unterhalb des Bandes geteilt und seitlich in die Leitungen 256 und 257 abgeleitet.

Wie man aus Fig. 10 erkennt, läuft das Band durch eine Auffangvorrichtung für die Flüssigkeit, die am Ende des Kopfteils 255 liegt, und aus einem Tropfbehälter 323 und einer Abdeckung 324 besteht; anschließend tritt das Band durch zwei elastische

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Führungen 325,326 in den Raum zwischen den Führungsplatten 311 und 3Γ2 ein.

Bei Betrieb der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung wird das Aluminiumband kontinuierlich durch die Anlage gezogen; es tritt durch die Dichtung 325 - 326 im Bereich des Kopfteils 255 für den Flüssigkeitsausstoß ein, durchläuft die Abschnitte 250, 252 und 251 und tritt ,durch die Dichtung 306 - 307 aus. Der gesamte Innenraum der Vorrichtung wird" mit Elektrolyt gefüllt gehalten, der sehr schnell in einer Längsrichtung am Band entlang vom Einlaßkopfteil 254 zum Auslaß 255 strömt. Der Rücklauf des Elektrolyten wird über den Behälter 258 und die Pumpe 260 bewirkt, wobei alles darauf abgestimmt ist, eine bestimmte Temperatur im Elektrolyt aufrechtzuerhalten, während dieser auf den Seiten des Bandes entlangströmt und nur ein minimaler Temperaturanstieg zwischen den Enden der Behandlungsabschnitte 250 - 251 eintritt.

Während ein gewisser Kriechstrom durch den Elektrolyt zwischer, den Elektroden 272,276 und den Elektroden 283,284 fließt, folgt nur ein kleiner Bruchteil diesem Weg; auf diese Weise wird ein anodischer OxydationsVorgang ermöglicht, der für die Wirksamkeit, iie Verläßlichkeit, und sichere Temperaturregelung bei hoher Geschwindigkeit vorteilhaft ist. Diese und andere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen neben den verhältnismäßig geringen Verlusten an Kriechstrom durch den Abschnitt 252 besondere Vorteile dar.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel umfaßt die Vorrichtung einen ersten Behandlungsabschnitt 250 mit einer Gesamtlänge \on etwa 150 cm und einen Eloxierabschnitt 251 mit einer Länge

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von etwa l40 cm, wobei die Abmessungen des Innendurchlasses etwa 5 cm in der Höhe und ungefähr 68,5 - 71 cm in der Breite betragen,

'die Querschnittsfläche des Elektrolytenweges also etwa beträgt. Die Länge des Isolierzwischenstücks 252 beträgt, gemessen zwischen den Elektroden 272,276 und den Elektroden 283,28^, etwa 38 cm.

Ein 27 cm breites und 0,6 mm starkes Aluminiumband wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 cm/Min, durch die Vorrichtunggezogen. 15$iger Schwefelsäure-Elektrolyt wurde gegenläufig zum Band durch die Vorrichtung mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 150 cm/Sek. gepumpt, was einer Durchllußmenge von etwa 3230 l/Min, entsprach. Gleichstrom wurde zugeführt, um eine Stromdichte von ungefähr 6k-5 mA/cm im Eloxierabschnitt zu erzielen.

Dies erforderte einen Stromfluß von ^95O Amp. (Verlust nicht gerechnet) durch das Band, der mit einer aufgeprägten Gleichspannung von kk Volt zwischen den Elektroden 272,276 und den Elektroden 283, 28^J- erzielt wurde.

Es entstand ein poröser anodischer Überzug mit einer ungefähren Dicke von 0,0225 mm auf beiden Seiten des Bandes. Der Stromverlust zwischen den Abschnitten 250 und 251 durch den Elektrolyt wurde mit ungefähr 200 Amp. ermittelt, was nicht mehr als 3,9 % des Gesamtstroms von 5150 Amp. darstellte. Dieser Stromverlustwert entsprach im wesentlichen dem berechneten Verlust. Die Strömung des Elektrolyten war über die gesamte Länge des Bandes in allen Abschnitten der Vorrichtung turbulent und die Temperatur des Elektrolyten war leicht auf einen Wert von etwa 26°C regelbar, wobei sich zwisehen dem Einlaß und dem Auslaß ein

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Temperaturanstieg von etwa 2 C ergab.

Ein Beispiel für anodische Oxydation von Aluminiumbändern in der Vorrichtung mit sehr großer Geschwindigkeit verläuft wie folgt: In 15$iger Schwefelsäure von 60°C wurde ein 0,25 mm starkes und 30,5 crn breites Band mit einer Geschwindigkeit von 128 m pro Min. und bei einem Gesamtstrom von 5000 Amp. (Gleichstrom) durchgezogen. Die hierfür erforderliche Spannung betrug 33 Volt und die sich ergebende anodische Pilmstärke betrug 0,00025 mm.

Bei einem weiteren Beispiel des Verfahrens zur anodischen Oxydation von Aluminiumdraht bestehen die Abschnitte 215, 216 und 217 im wesentlichen aus Rohren, mit einem leitenden Abschnitt aus Bleirohr für den kathodischen Reinigungsabschnitt und aus rostfreiem Stahlrohr 216 für den Eloxierabschnitt mit einem isolierenden Zwischenrohr 217. Circa 0,9 mm starker Aluminiumdraht wurde mit einem Gesamtstrom von 300 Amp. anodisch oxydiert. Die Drahtdurchlaufgeschwindigkeit betrug 6l m pro Minute und die sich ergebende anodische Pilmstärke betrug k bis 5/U. Bei einer Querschnittsfläche des Isolierrohrs 217 im Bereich von ca. 96 -

cm und einer Länge des Isolierabschnitts von 38 - 7^ cm lagen die Stromverluste abhängig von der Länge und der Querschnittelache der dazwischenliegenden Flüssigkeit im Bereich von 25 bis ^5 Amp. Durch Reduzierung des KanalquerSchnitts auf einen Rohrinnendurchmesser von 1/2 Zoll und mit einem nur 25 cm Irmgon Zwischenrohr 217 können die Stromverluste auf ungefähr 1 i» Λ\ά\ Gesaratwerts von 3OO A verringert werden und gleichzeitig kann Elektrolyt in ausreichender Menge unter den gewünschten Turbulenzbedingungen durchgeströmt werden.

Patentansprüche 009841/1388 _qi.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines relativ dicken, porösen, anodischen Oxydfilms auf Aluminiumbandern oder -draht, dadurch gekennzeichnet, daß das Band bzw. der.Draht nach und nach durch eine elektrolytische Reinigungszone, in der eine positive Elektrode in Kontakt mit dem Elektrolyt gehalten wird, und durch eine Eloxierzone befördert wird, in der eine negative Elektrode in Kontakt mit dem Elektrolyt gehalten wird, der zumindest in der Eloxierzone in turbulenter Strömung entlang des bewegten Aluminiumbandes bzw. -drahtes gehalten wird, und daß Gleichstrom zwischen der positiven und der negativen Elektrode durch den Elektrolyt und das Aluminiumband bzw. den Aluminiumdraht mit einer Stromdichte

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von mindestens 100 mA/cm , vorzugsweise mindestens 320 mA/cm , bezogen auf die in der Eloxierzone exponierte Oberfläche, geleitet wird.

2. Verfahren zur Ausbildung eines nur einseitigen Oxydfilms auf einem Aluminiumband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in der Eloxierzone durch das Aluminiumband in wirksamer Weise in zi\rei getrennte Teilströme geteilt wird, daß der auf einer Seite des Bandes fließende Elektrolyt in Kontakt mit einer negativen Elektrode und der auf der anderen Seite in Kontakt mit einer positiven Elektrode steht.

3. Verfahren zur Ausbildung anodischer Oxydfilme verschiedener Dicke auf beiden Seiten ues Bandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in der Eloxierzone durch das Alurniniumband in zwei getrennte Teilsbröme geteilt wird, wobei

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i *+

der auf beiden Seiten des Bandes fließende Elektrolyt in Kontakt mit negativen Elektroden gehalten wird, und daß das Potential der beiden Elektroden auf unterschiedlichen Werten gehalten wird.

^. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolyt!sehe Reinigungszone und die Eloxierzone miteinander in Verbindung stehen, und daß die Verbindungszone so dimensioniert ist, daß der durch den Elektrolyt fließende Verluststrom in der Verbindungszone weniger als ein Viertel, vorzugsweise weniger als 5 % des Ge samt st ro nies beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxierzone, die elektrolyt!sehe Reinigungszone und die Verbindungszone alle etwa gleichen Querschnitt haben.

6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytstrom von einem Einlaß am Bandaustrittsende der Eloxierzone zu einem Auslaß am Bandeintrittsende der elektrolytischen Reinigungszone in entgegengesetzter Richtung zum Band fließt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten durch die Eloxierzone, Verbindungszone und elektrolytische Reinigungszone in derartigem Verhältnis zum Strom steht, daß der Temperaturanstieg im Elektroljt bei seinem Verlauf durch die genannten Zonen nicht mehr als-2° C beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumband nach und nach zwischen oberen und unteren parallelen E'ektroden in der elektrolytischen Reinigungszone, zwischen oberen

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und unteren Isolierwänden, die die obere und untere Grenzfläche der Verbindungszone bestimmen, und zwischen oberen und unteren •parallelen Elektroden in der Eloxierzone befördert wird, wobei der Abstand zwischen den oberen und unteren parallelen Elektroden etwa 2,50 bis 5$00 cm beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt wäßrige Schwefelsäure mit einer Konzentration von 2 bis 50 %, vorzugsweise etwa 15 %, ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Beschichtung des mit einem Oxydfilm zu versehenden Aluminiumbandes ein länglicher, geschlossener Behälter zur Aufnahme des Elektrolyten vorgesehen ist, sowie eine Einrichtung zum kontinuierlichen Durchziehen des Bandes durch den Behälter, daß die Elektroden oberhalb und unterhalb des Bandweges durch den Behälter in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind, daß Mittel zur Anlegung einer Spannung mit unterschiedlicher Polarität an eine Elektrode an einer Stelle vorgesehen sind, die sich von einer Elektrode in Längsrichtung in einem gewissen Abstand befindet, wobei dieser Abstand so gewählt ist, daß nur ein kleiner Teil des zwischen diesen im Abstand angeordneten Elektroden fließenden Stromes nicht durch das Band fließt, daß eine Einrichtung, die eine turbulente Strömung des Elektrolyten in Längsrichtung durch den Behälter bewirkt, vorgesehen ist, daß der Behälter so geformt ist, daß sich über seine Gesamtlänge eine Flüssigkeitsströmung mit etwa gleichem Strömungswiderstand ausbildet, und daß alle stromführenden Teile des Bandes durch Kontakt mit dem turbulenten Elektrolyt ausreichend ^(ikühlt sind.

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