DE2234365C3 - Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrochemischen Behandlung eines Metallbands - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrochemischen Behandlung eines Metallbands.

Eine elektrochemische Behandlung von Metallen kann durchgeführt werden, um Metall abzutragen und dadurch die Oberfläche zu modifizieren, insbesondere aufzurauhen; um eine Oxidschicht zu erzeugen oder um eine Metallschicht galvanisch abzuscheiden.

Wenn das Metall dabei als endloser Formkörper, ζ. Β. als Draht oder Band, vorliegt, wird die Behandlung vorzugsweise durchgeführt, indem der Formkörper kontinuierlich durch das Behandlungsbad geführt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 21 115 ist es z. B. bekannt, ein Aluminiumband nacheinander durch eine Reihe von verschiedenen elektrochemischen Behandlungsbädern zu führen, in denen es zuerst ^br> elektrolytisch aufgerauht und dann anodisch oxydiert wird. Die Förderung des Bands durch die verschiedenen Bäder erfolgt über Umlenkrollen.

In der französischen Patentschrift 14 24 643 ist eine Vorrichtung zur anodischen Behandlung von Aluminiumbändern beschrieben, bei der das Band ohne Umlenkrollen horizontal durch das Behandlungsbad läuft, wobei es durch je eine abgedichtete Ein- und Austrittsöffnung in den Seitenwänden des Badbehälters geführt wird. Die Badflüssigkeit wird mittels einer Pumpe derart im Kreislauf umgepumpt, daß eine starke turbulente Strömung zwischen dem Band und der Elektrode aufrechterhalten wird. Hierdurch wird ein rascher Elektrolytaustausch an der Bandoberfläche und eine rasche Wärmeableitung gewährleistet. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, mit hohen Stromdichten und damit hohen Durchsatzgeschwindigkeiten für das Band zu arbeiten.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist die Verwendung von schleifenden Gummiabdichtungen an der Ein- und Austrittsstelle des Bands. Sie können leicht zu einem Verkratzen insbesondere der elektrochemisch behandelten Oberfläche führen. Weiterhin gewährleistet die dort beschriebene Art der Elektrolytumwälzung keine optimale Durchmischung der gesamten Badflüssigkeit.

Obwohl es wegen der korrodierenden Wirkung vieler Bäder häufig wünschenswert ist, keine Umlenkrollen innerhalb der Flüssigkeit zu haben, ist ihre Verwendung in den Fällen, in denen eine wesentliche Korrosion nicht zu befürchten ist, doch mit erheblichen Vorteilen verbunden. Sie erlauber, die Verwendung wesentlich kürzerer Elektrolyttröge und damit raumsparender Vorrichtungen. Außerdem braucht man hier keine schleifenden Abdichtungen.

Andererseits ist es bei der Führung des Bands um eine Umlenkrolle schwierig, auf einfache Weise eine gleichmäßige turbulente Badströmung entlang der Bandoberfläche zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Um möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeiten zu erreichen, hat man bisher meistens die Flüssigkeit unter Druck in den Spalt zwischen Band und Elektrode eingepumpt, wie die französische Patentschrift 14 24 643 und die DE-OS 15 21 068 zeigen.

Es wurde nun gefunden, daß bei praktisch jeder Anwendung von äußerem Druck für diesen Zweck Oberflächen erhalten werden, die nicht frei von Strömungsbildern oder anderen auf ungleichmäßige Elektrolytströmung zurückführenden Unregelmäßigkeiten sind. Anscheinend ist es, insbesondere bei größeren Bandbreiten, nicht möglich, unter solchen Bedingungen eine völlig gleichgerichtete Strömung und eine völlig gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über die gesamte Breite des Bands zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrochemischen Behandlung von Metallbändern vorzuschlagen, in der das Band über eine oder mehrere Umlenkrollen durch das Elektrolytbad geführt wird und in der der Elektrolyt zwischen dem Band und der Gegenelektrode mit hoher, über die gesamte Breite des Bands gleichmäßigen Geschwindigkeit in einer Richtung strömt.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrochemischen Behandlung eines Metallbands mit einem Elektrolyttrog, mindestens einer Umlenkrolle und mindestens einer Elektrode im Flüssigkeitsraum des Elektrolyttrogs, mindestens einem Strömungskanal zwischen der Elektrode und dem ihr gegenüberliegenden Teil des Transportwegs und Einrichtungen zur Erzeugung eines raschen Stroms von Eleklrolytflüssigkeit parallel zur Bewegungsrichtung des Metallbands durch den Kanal.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Strömungskanals in abgetrennten Teilen des Flüssigkeitsraums mit unterschiedlichem Flüssigkeitsniveau liegen. Die unterschiedlichen Flüssigkeitsniveaus in den abgetrennten Teilen des Flüssigkeitsraums können dadurch aufrechterhalten weraen, daß Einrichtungen zum Absaugen der Flüssigkeit aus dem einen Teil und zum Zurückpumpen in den anderen Teil vorgesehen sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung liegen die Enden des Strömungskanals auf verschiedener Höhe, d. h, der Kanal ist schräg oder im Extremfalle senkrecht angeordnet Hierdurch wird es ermöglicht, kürzere Elektrolyttröge und damit raumsparende Gesamtanlagen zu verwenden.

Mit besonderem Vorteil können in einer Vorrichtung zwei derartige Strömungskanäle oberhalb einer Umlenkrolle und im Transportweg des Bands vor und hinter dieser Rolle angeordnet werden. D?bei werden zweckmäßig die beiden Kanäle mit einer gemeinsamen abgetrennten Flüssigkeitskammer mit tieferen Flüssigkeitsniveau derart verbunden, daß diese Kammer zwischen ihnen liegt und daß durch beide Kanäle die Elektrolytflüssigkeit von dem äußeren Hauptflüssigkeitsraum her in diese Kammer strömt.

Diese Ausführungsform läßt sich vorteilhaft so ausgestalten, daß der gesamte aus Strömungskanälen, abgetrennter Flüssigkeitskammer und Umlenkrolle bestehende Vorrichtungsteil aus dem Elektrolyttrog nach oben ausfahrbar ist Auf diese Weise kann man das Band zu Beginn des Betriebs außerhalb des nieist aggressiven Elektrolyten einfädeln oder irgendwelche Störungen während des Betriebs leicht und ohne Ablassen der Elektrolytflüssigkeit beseitigen.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung hat zwei Umlenkrollen im Elektrolyttrog, zwischen denen der Strömungskanal im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Ir. diesem Falle wird die Strömung durch den Kanal dadurch erzwungen, daß er die einzige Flüssigkeitsverbindung zwischen den abgetrennten Teilen des Flüssigkeitsraumes bildet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt in jedem Falle die Flüssigkeitsströmung allein durch die Schwerkraft bzw. durch die Differenz des hydrostatischen Drucks zwischen Anfang und Ende des Strömungskanals zustande. Auf diese Weise wird mit außerordentlich einfachen Mitteln erreicht, daß zwischen der Oberfläche des zu behandelnden Bands und der ihm gegenüberliegenden Elektrode eine starke, über die ganze Breite der Kammer gleiche turbulente Strömung aufrechterhalten wird, die so gleichmäßig ist, daß es nicht zur Abbildung von Strömungsstrukturen auf der behandelten Oberfläche kommt. Wenn das Metallband nur auf einer Seite elektrochemisch behandelt werden soll, wird es zweckmäßig dicht an der der Elektrodenseite gegenüberliegenden Seitenwand des Kanals entlganggeführt.

Zur optimalen Ausnutzung des Transportwegs des Metallbands innerhalb der Elektrolytflüssigkeit ist, wie bereits erwähnt, bevorzugt vor und hinter der f>o Umlenkrolle je ein derartiger kanal mit einer Elektrode angebrscht Die Kanäle können senkrecht oder schräg nach oben gerichtet sein, je nachdem, wie sich die Führung des Metallbands am günstigsten vornehmen läßt.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Metallbänder Huf verschiedene Weise elektrochemisch behandelt weftfen. So kann z. B. ein Band durch Gleichoder Wechselstrombehandiung oberflächlich gereinigt, entzundert, aufgerauht oder dgl. werden. Es ist weiterhin möglich, eine anodische Oxydation durchzuführen oder das Band zu galvanisiei en.

Des Band kann als Gegenelektrode gegen die Elektrode bzw. die Elektroden oder als Mittelleiter zwischen zwei Elektroden verschiedener Spannung geschaltet werden.

Die letztere Art der Schaltung wird vor allem bei Wechselstrombehandlung angewendet sie kann aber auch bei Gleichstrombehandlung Verwendung finden. In diesem Falle ist das Band gegenüber der einen Elektrode als Anode, gegenüber der anderen als Kathode geschaltet

Die Vorrichtung erlaubt es, mit sehr hohen Stromdichten zu arbeiten, die je nach der Art der Behandlung zwischen etwa 2 und 150 A/dm² liegen können. Beim elektrochemischen Ätzen wird bevorzugt im Bereich von etwa 25 bis 120 A/dm² gearbeitet. Man erreicht dabei im allgemeinen Behandlungszeiten von etwa 10 Sekunden bis 2 Minuten.

Die Strömungsgesch'vindigkeit der Elektrolytflüssigkeit in dem Spalt zwischen Band und Elektrode wird auf die gewünschte Stromdichte eingestellt Die Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt durch Veränderung des Niveauunterschieds der Elektrolytflüssigkeit zwischen den abgetrennten Teilen des Flüssigkeitsraums und ggf. des Abstands zwischen den Breitwänden des Strömungskanals, d. h. normalerweise des Abstands zwischen Band und Elektrode.

Die Vorrichtung ist im wesentlichen zur einseitigen elektrochemischen Behandlung von Metallbändern vorgesehen und geeignet Prinzipiell ist auch eine beidseitige Behandlung möglich, indem eine weitere Elektrode in die der Rückseite des Bands gegenüberliegende Wand des Strömungskanals eingelassen wird und das Band mit einem entsprechenden Abstand von dieser Wand durch den Kanal geführt wird. Bei der besonders bevorzugten einseitigen Behandlung wird das Band im allgemeinen in so geringem Abstand von der Rückwand geführt, daß es sie gerade nicht mehr berührt. Bei dieser Arbeitsweise bleibt die Rückseite des Bands von schmalen Randzonen abgesehen praktisch unverändert Der Abstand zwischen Band und Elektrode liegt gewöhnlich in der Größenordnung von 1 bis 5 cm.

Die Vorrichtung kann mit Vorteil aus mehreren der oben beschriebenen Grundeinheiten mit einem Elektrolyttrog zusammengesetzt sein. Zwischen diesen Grundeinheiten sind zweckmäßig Waschstationen angebracht, um das Band von der anhaftenden Flüssigkeit einer Behandlungsstation zu befreien. Ebenso können vor, hinter oder zwischen den elektrochemischen Behandlungsstationen chemische Ätz- oder Beizstufen angeordnet werden. Ein Beispiel für die Kombination mehrerer elektrochemischer Behandlungsstufen in einer kontinuierlichen Anlage ist die elektrochemische Aufrauhung und anschließende anodische Oxydation eines Aluminiumbands. Ebenso können Ätz- und Galvanisierbehandlungen von Aluminium-, Kupfer-, Stahl- oder anderen Metallbändern in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in mehreren aufeinanderfolgenden Stationen durchgeführt werden.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Vorrichtung anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Fig. 1 stellt einen Schnitt durch die Grundeinheit einer Ausführungsform der Vorrichtung dar.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform mit horizontaler

Anordnung der Kanäle.

In F i g. 1 ist das Metallband mit 1 bezeichnet, das über die Rollen 9, 10 und Il durch den Elektrolyttrog 2 geführt wird, der die Elektrolytflüssigkeit 3 enthält. Der Transportweg des Bands ist oberhalb der Umlenkrolle 10 von zwei Strömungskanälen 5' und 5" mit flachem rechteckigem Querschnitt umgeben, die von den Außenwänden 4' und 4" und den als Innenwände ausgebildeten Elektroden 7' und 7" sowie nicht gezeigten Stirnwänden vor und hinter der Zeichenebene gebildet werden.

Die Elektroden T und 7" bilden zusammen mit oben und unten angrenzenden nichtleitenden Wandteilen die Kammer 6, die von dem Hauptflüssigkeitsraum des Elektrolyttrogs 2 abgetrennt und nur durch die Schlitze 8' und 8" unterhalb der Elektroden T bzw. 7" mit ihm verbunden ist.

Die Führungsrolle 9 für das Band 1 ist mit der Kathode, und die Elektroden T und 7" sind mit der Anode einer Stromquelle verbunden.

In der Kammer 6 ist ein Absaugrohr 12 bis in die Nähe des Bodens der Kammer geführt. Das Rohr endet in einer Absaugpumpe 13, von der eine Leitung 16 über das Drosselventil 15 in den Hauptflüssigkeitsraum des Elektrolyttrogs 2 zurückführt. Nahe der Einlaßstelle der Leitung ist ein Kühler 17 zur Abführung der überschüssigen Wärme angebracht.

Während des Betriebs wird das Band 1 mit der gewünschten Geschwindigkeit durch die Elektrolytflüssigkeit geführt. Die Flüssigkeit strömt ununterbrochen von oben nach unten durch die Kanäle 5' und 5" zwischen der Oberfläche des Bands und den Elektroden T bzw. 7". Sie fließt durch die Schlitze 8' und 8" in die Kammer 6 und wird dort über die Leitung 12 durch die Pumpe 13 ständig abgesaugt. Die Saugleitung wird durch das Drosselventil 15 geregelt, das durch die verstellbare Niveausonde 14 gesteuert wird.

Der gesamte aus Umlenkrollen 9, 10 und 11, der Kammer 6, den Strömungskanälen 5' und 5" sowie den Absaugeinrichtungen bestehende Vorrichtungsteil ist zu einer Baueinheit verbunden und kann nach oben aus dem Elektrolyttrog 2 herausgehoben werden.

F i g. 2 zeigt in vereinfachter Darstellung eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier wird das Band 1 über zwei Umlenkrollen 10 und 10a geführt, die an den Enden eines langgestreckten Elektrolyttrogs 2 angeordnet sind. Der Trog enthält zwei Grundeinheiten mit je zwei Strömungskanälen. Der Hauptflüssigkeitsraum des Trogs 2 ist durch eine Zwischenwand 18 unterteilt, die nur einen schmalen Spalt über dem Boden des Trogs offen läßt, durch den das Band passieren kann. In der linken Hälfte des Trogs befindet sich eine abgetrennte Kammer 6 mit niedrigerem Flüssigkeitsspiegel als der Hauptflüssigkeitsraum. Der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 6 wird durch den Überlauf 19 eingehalten, durch den die Flüssigkeit über eine nicht gezeigte Ableitung in einen Reservebehälter abläuft, aus dem sie in den Elektrolyttrog zurückgepumpt wird.

Die Elektrolytflüssigkeit strömt aus dem Hauptflüssigkeitsraum durch die Strömungskanäle 5' und 5" zwischen dem Band 1 und den Elektroden T und 7" in die Kammer 6.

Die in der rechten Hälfte des Elektrolyttrogs 2 befindliche Grundeinheit besteht aus gleichen Elementen wie die linke Einheit. Die entsprechenden Bezifferungen sind zur Unterscheidung jeweils mit einem kleinen a versehen.

Die Schaltung der Elektroden kann je nach dem gewünschten Ergebnis vorgenommen werden. In der Zeichnung liegen die Elektroden T und Ta" am negativen Pol, die Elektroden 7" und 7a'am positiven Pol einer Gleichstromquelle. Das Band dient in diesem Falle jeweils zwischen den entgegengesetzt gepolten Elektroden T und 7" bzw. 7a'und 7a"als Mittelleiter.

Hierzu 2; Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrochemischen Behandlung eines Metallbands mit einem Elektrolyttrog, mindestens einer Umlenkrolle und mindestens einer Elektrode im Flüssigkeitsraum des Elektrolyttroges, mindestens einem Strömungskanal zwischen der Elektrode und dem ihr gegenüberliegenden Teil des Transportwegs des Metallbands und Einrichtungen zur Erzeugung eines raschen Stroms von Elektrolytflüssigkeit parallel zur Bewegungsrichtung des Metallbands durch den Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Strömungskanals (5', 5") in abgetrennten Teilen des Flüssigkeitsraums mit unterschiedlichem Flüssigkeitsniveau liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung des unterschiedlichen Flüssigkeitsniveaus in den abgetrennten Teilen Einrichtungen (12, 13, 15,16) zum Absaugen der Flüssigkeit aus dem einen Teil und zum Zurückpumpen in den anderen Teil vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Strömungskanals (5', 5") auf verschiedener Höhe liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Strömungskanäle (5', 5") enthält, die oberhalb einer Umlenkrolle (10) und im Transportweg des Bands vor und hinter dieser Rolle angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den beiden Strömungskanälen (5', 5") eine gemeinsame abgetrennte Flüssigkeitskammer (6) mit tieferem Niveau befindet und daß der gesamte aus Strömungskanälen, abgetrennter Flüssigkeitskammer und Umlenkrolle bestehende Vorrichtungsteil aus dem Elektrolyttrog (2) nach oben ausfahrbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Umlenkrollen, dadurch gekennzeichnet, daß der to Strömungskanal oder die Strömungskanäle (5', 5", 5a", 5a") im wesentlichen horizontal und zwischen den beiden Umlenkrollen (10,1Oa^ liegen und daß sie die einzige Flüssigkeitsverbindung zwischen den abgetrennten Teilen des Flüssigkeitsraums bilden.