DE3209451C2

DE3209451C2 - Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines einseitigen Metallüberzuges auf einem Metallband, insbesondere Stahlband

Info

Publication number: DE3209451C2
Application number: DE19823209451
Authority: DE
Inventors: Kurt 5442 Mending Degen
Original assignee: Rasselstein AG
Current assignee: Rasselstein AG
Priority date: 1981-03-17
Filing date: 1982-03-16
Publication date: 1983-03-17
Also published as: DE3209451A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines einseitigen Metallüberzuges auf einem Metallband, iisbesondere Stahlband, mit einem an eine Stromzuführung angeschlossenen Anodengehäuse, das mindestens eine im wesentlichen vertikal angeordnete Galvanisierplatte aufweist an der das als Kathode geschaltete Metallband parallel und vertikal vorbeibewegt wird, wobei die Galvanisierplatte mindestens eine Austrittsöffnung aufweist aus der der Elektrolyt in den Spalt zwischen Galvanisierplatte und Metallband austritt sowie mit einer Pumpe, die den Elektrolyten in das Anodengehäuse zurückpumpt

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (DE-OS 30 11 005) ist das Anodengehäuse im wesentlichen waagrecht angeordnet und weist an seiner Unterseite die mit einer Vielzahl von Löchern versehene Galvanisierplatte auf. Ein Hauptnachteil dieser Anordnung ist es, daß sie in horizontaler Richtung verhältnismäßig viel Platz erfordert was besonders schwer ins Gewicht fällt weil meistens mehrere derartige Anodengehäuse hintereinander geschaltet werden müssen. Auch ist es bei horizontaler Anordnung verhältnismäßig schwierig, wegen eines möglichen Durchhanges des Metallbandes und unterschiedlicher Bandspannungen «inen konstanten Abstand zwischen

so der Galvanisierplatte und dem Metallband einzuhalten. Unterschiedliche Abstände führen jedoch zu ungleichmäßigen Abscheidungen des Überzugsmetalls.

Es wurde auch vorgeschlagen, das Anodengehäuse, wie es eingangs erwähnt ist, vertikal anzuordnen, so daß das Band an der vertikal stehenden Galvanisierplatte vorbeibewegt werden kann. Da hierbei der aus den Löchern der Galvanisierplatte austretende Elektrolyt aufgrund der Gravitationskräfte rasch nach unten wegfließt, steht er nur für einen Augenblick in Kontakt

eo mit der Oberfläche des Metallbandes.

Auch auf diese Weise läßt sich kein gleichmißig dicker Metallüberzug erzeugen und außerdem arbeitet die Vorrichtung nicht wirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines einseitigen Metallüberzuges auf ein Metallband, insbesondere Siahlband der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher der vertikale Spalt zwischen Galvanisierplatte

und dem daran vertikal vorbeibewegten Metallband vollständig und gleichmäßig ausgefüllt ist, die damit das Abscheiden von Metallüberzügen konstanter Dicke ermöglicht und außerdem wirtschaftlich arbeitet.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Galvanisierplatte mit mindestens einem sich in Bandlaufrichtung erstreckenden, im wesentlichen vertikalen Austrittsschlitz für den Elektrolyten versehen ist

Durch diesen vertikalen Austrittsschlitz kann gleichzeitig verhältnismäßig viel Elektrolyt austreten. Da der Spalt zwischen Galvanisierplatte und Band sehr klein gehalten werden kann, strömt der Elektrolyt zwischen Galvanisierplatte und Metallband seitlich zu dessen Längsrändern.

Er füllt hierbei, da durch den AustrittsschJitz immer genügend Elektrolyt nachströmt, den Spalt zwischen Galvanisierplatte und Metallband vollständig aus. Hiermit ist das Abscheiden eines gleichmäßig dicken Metallüberzuges auf das Metallband gewährleistet und die Vorrichtung arbeitet auch sehr wirtschaftlich. Der in großer Menge aus dem Austrittsschlitz austretende Elektrolyt bildet ferner zwischen der Gaivanisierpiatie und dem Metallband ein Druckpolster, weiches das Metallband immer mit Sicherheit in Abstand von der Galvanisierplatte hält. Man kann infolgedessen mit einer kleinstmöglichen Spaltbreite arbeiten und die Abscheidungsspannung kann infolgedessen niedrig gehalten werden, was ebenfalls zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit beiträgt. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne weitere Hilfsmittel für verschieden breite Metallbänder verwendet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. I eine schaubildliche Darstellung des Arbeitsprinzipes der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig 2 einen vertikalen Längsschnitt einer Galvanisieranlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt nach der Linie ITI-III der F i g. 2.

F i g. 4 eine Teilseitenansicht des Anodengeiiäuses.

F i g. 5 einen vertikalen Querschnitt nach der Linie V-V der F ig. 4,

F i g. 6 einen Horizontalschnitt d'irch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Fig. 7 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels.

Das Metallband 1 ist mittels der Stromrollen 2 und der Umlenkrollen 3 in vertikaler Richtung durch die Tanks 4 hindurchgeführt. Mittels der Stromrollen 2 ist das Metallband 1 als Kathode geschaltet. In jedem der Tanks 3 ist ein Anodengehäuse S angeordnet und an eine Stromzuführung 6 angeschlossen, jedes der beiden Anodengehäuse 5 weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beidseitig je eine vertikal angeordnete Galvanisierplatte 7 auf. an der das Metallband 1 unter Belassung eines Spaltes S vertikal vorbeibewegt wird. Mittels einer Pumpe 8 wird der Elektrolyt 9 in das Anodengehäuse 5 gepumpt und tritt durch einen in jeder Galvanisierplatte 7 vorgesehenen vertikalen Austrittsschlitz 10 aus und in den zwischen Galvanisierplatte 7 und Metallband 1 vorhandenen Spalt Sein. Der Austrittsschlitz 10 erstreckt sich in Bandlaufrichtung. In der Regel genügt ein einziger Austrittsschlitz 10. der in der Mitte der Galvanisierplatte 7 angeordnet ist.

Da das Anodengehäuse J und die Galvanisierplatten 7

eine Höhe von beispielsweise 1,2 m aufweisen, ist der statische Druck im unteren Teil des Anodengehäuses größer als im oberen Teil Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn sich die Breite B des Austrittsschlitzes 10 zu seinem unteren Ende hin verjüngt Vorteilhaft erstreckt sich der Austrittsschlitz 10 im wesentlichen über die ganze Höhe der Galvanisierplatte 7.

Wie bereits erwähnt ist das Anodengehäuse beidseitig mit je einer Galvanisierplatte versehen und das ίο Metallband 1 wird unter Zwischenschaltung der Umlenkrolle 3 beidseitig am Anodengehäuse 5 voebeibewegt Hierdurch erfolgt bei einem Banddurchlauf zweimal ein Abscheiden von Oberzugsmetall und die Vorrichtung kann besonders kompakt gebaut werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entweder für lösliche Anoden ausgebildet sein, die durch anodische Auflösung den Metallgehalt des Elektrolyten aufrechterhalten, wie es insbesondere in Fig.4 und 5 dargestellt ist oder sie kann, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, eine uslöslirhe Anode aufweisen, wobei dann die Metallkonzentration des Elektrolyte durch regelmäßige Zusätze ergänzt werden muß.

Die Ausgestaltung gemäß F i g. 4 und 5 mit löslichen Anoden ist bei der Abscheidung insbesondere von Zink oder einer Zink-Nickel-Legierung eine sehr vorteilhafte Ausführ ngsform, weil hierbei die Teile des Anodengehäuses aus Titan bestehen können. Hingegen treten bei Verwendung von unlöslichen Anoden Probleme bezüglich des Anodenwerkstoffs und wegen Entwicklung schädlicher Gase auf.

Bei dem in F ι g. 4 und S dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Galvanisierplatte 7 außer mit dem Austrittsschlitz 10 mit einer Vielzahl von Löchern 11 versehen. Man kann als Galvanisierplatte in diesem Fall beispielsweise ein Lochblech verwenden, dessen Löcher einen Durchmesser von 10 mm bei einer Teilung von 14 mm aufweisen. An der Innenseite der Galvanisierplatte 7 ist ein Korb 12 vorgesehen, der zur Aufnahme des zerkleinerten Überzugmetalls 13 dient. Dieses Oberzugmetall kann in Granulat- oder Kugelform verwendet werden und durch mehrere im Bereich des Korl/es 12 vorgesehene Einfüllstutzen 14 nachgefüllt werden. Die Galvanisierplatte 7 bildet bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig auch die äußere Abschlußwand des Korbes 12, dessen innere Abschlußwand aus einem geschlossenen Blech 16 bestehen kann. Falls erforderlich, kann an der Innenseite der Galvanisierplatte 7 noch ein elektrolytbeständiges Gewebe 15 angeordnet werden, welches in Fig. 5 strichpunktiert dargestellt ist. Um eine möglichst einfache Ausgestaltung zu erhalten, wird zweckmäßig aus einem Kunststoffgewebe, vorzugsweise aus Polypropylen, ein Sack gebucht, dessen eine Seite 15 an der Innen· :i(s der Galvanisierplatte 7 anliegt, und deren andere Seite 15a an dem Blech 16 des Korbes 12 anliegt. Das Kunststoffge·* ;be 15, 15a hat eine zweifache Funktion. Es soll Verunreinigungen, die in dem verkleinerten Überzugmetall vorhanden sind, und beim Auflösen des Metalls aus diesem herausgelöst werden. zurückhalten, und ts soll weiterhin verhindern, daß die durch allmähliche Auflösung kleiner werdenden Metallteile durch die Löcher 11 austreten. Die Löcher Jl sind bei Verwendung eines löslichen Überzugsmetalls 13 lediglich erforderlich, um einen Stromdurchgang von dem Übemigmetall 13 in den Spalt 5 zu gewährleisten. Dabei ist die Anordnung der Löcher 11 so zu wählen, daß sich die Löcher in Bandlaufrichiung seitlich überlappen, um eine gleichmäßige Abscheidung zu

garantieren.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Mittels der Pumpe 8 wird Elektrolyt in das Anodengehäuse 5 gepumpt und tritt dann aus den Austrittsschlitzen 10 schwallartig aus. Bei einer Breite des Metallbandes 1 von ca. 1,6 m sollte die aus jedem Schlitz austretende Elektrolytmenge gleich oder größer als 150m^J/Std. sein. Der aus dem Austrittsschlitz 10 austretende Elektrolyt füllt den Spalt S zwischen der Galvanisierplatte 7 und dem Band I vollständig aus und wird durch das Band 1 zu dessen Längsrändern hin abgelenkt. Der Elektrolyt fließt dann in den unteren Teil des Tanks 4 und wird durch die Pumpe 8 erneut in das Anodengehäuse 5 zurückgepumpt. Die Abmessungen des Austrittsschlitzes 10, die Förderleistung der Pumpe 8 und der Spalt 5 zwischen Galvanisierplatte 7 und Metallband f sollten so bemessen sein, daß der Flplcimlyt im wesentlichen nur an den Längsrändern des Metallbandes I austritt. Während des Abscheidens löst sich das in dem Korb 12 befindliche Überzugsmetall, z. B. Zink oder Nickel, allmählich auf. Da sich hierbei jedoch der Abstand zwischen dem als Anode fungierenden Überzugsmetall 13 und dem Band 1 nicht ändert, und da weiterhin der Druck des aus dem Austrittsschlitz 10 ausströmenden Elektrolyten das Metallband 1 in konstantem Abstand zu der Galvanisierplatte 7 hält, ergibt sich eine sehr gleichmäßige Abscheidung von Überzugmetall auf dem Metallband 1. Das sich allmählich verbrauchende Überzugmetall wird durch die Einfüllstutzen 14 nachgefüllt.

Bei dem in F i g. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Galvanisierplatte T nur den mittleren Austrittsschlitz 10' auf. In diesem Fall ist die Galvanisierplatte T als unlösliche Anode ausgebildet. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht der oben beschriebenen Vorrichtung mit den Unterschieden, daß die Metallkonzentration im Elektrolyten durch regelmäßige Zusätze ergänzt werden muß und der Elektrolysestrom aus der Oberfläche der Galvanisierplatte T austritt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man dem Elektrolyten, bevor er wieder in das Anodengehäuse 5 zurückgepumpt wird, das geeignete Metallsalz zusetzt.

Bei dem in F · g. 7 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist der Austrittsschlitz 10" gegenüber der vertikalen Vetwas geneigt, und zwar derart, daß die am Austrittsschlitz 10" vorbeibewegten Bereiche des Metallbandes I jeweils nur auf einem Teil u der Gesamtlänge L des Austrittsschlilzes 10" diesem ί gegenüberliegen. Wenn beispielsweise das Metallband an dem Anodengehäuse 5 von oben nach unten vorbeibewegt wird, so bewegt sich sein Bereich A zu der Stelle A'. Bei der Vorbeibewegung des Metallbandes I an dem Schiit/ 10" liegt der Bereich A nicht nur auf der

ίο Strecke a dem Schlitz gegenüber, während der Bereich A auf dem übrigen Teil der Gesamtlänge L des Schlitzes dem metallenen Teil der Galvanisierplatte 7 gegenüberliegt. Der Austrittsschlitz verhält sich elektrolytisch inaktiv. Durch die Schrägstellung des Austrittsschlitzes befindet sich ein bestimmter Bereich des Metallbandes jeweils nur auf einem kleinen Teil a der Gesamtlänge L des Austrittsschlitzes 10' in dessen inaktivem Teil, während der gleiche Bereich des Metallbandes auf einer größeren Länge an der elektrolytisch aktiven Galvani-

sierplatte 7 vorbeibewegt wird. Es wird hiermit eine Vergleichmäßigung der Abscheidung auf dem Metallband im Bereich des Austrittsschlitzes 10' erreicht.

Mit Rücksicht auf die Nachfüllmöglichkeit des zerkleinerten Überzugsmetalls von oben her durch die Einfüllstutzen 14 und auch mit Rücksicht auf die gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten zu beiden Seiten des Schlitzes sollte der Austrittsschlitz 10" gegenüber der Vertikalen in einem Winkel λ von 4 bis 8", vorzugsweise 5° geneigt sein.

Wird eine lösliche Anode verwendet, bei der das zerkleinerte Überzugsmetall 13 in einem Korb 12 angeordnet ist, so ist es für eine gleichmäßige Metallabscheidung wesentlich, daß alle Zwischenräume zwischen dem zerkleinerten Überzugsmetall 13 mit Elektrolyten ausgefüllt sind. Um dies zu erreichen, weist das Anodengehäuse 7 zweckmäßig, wie es in Fig.5 dargestellt ist, im Bereich des Korbes 12 zusätzliche Zuflußöffnungen 16 auf, die an eine zusätzliche Elektrolytpumpe 17 angeschlossen sind. Mittels dieser Elektrolytpumpe 17 und die Zuflußöffnungen 16 kann der Korb entweder von oben und/oder von unten mit Elektrolyt über ein getrenntes Kreislaufsystem gefüllt werden. Damit kann sichergestellt werden, daß stets die Zwischenräume zwischen dem zerkleinerten Überzugsmetall mit Elektrolyt ausgefüllt sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines einseitigen Metallüberzuges auf einem Metallband, insbesondere Stahlband, mit einem an eine Stromzuführung angeschlossenen Anodengehäuse, das mindestens eine im wesentlichen vertikal angeordnete, ebene Galvanisierplatte aufweist, an der das als Kathode geschaltete Metallband parallel und vertikal vorbeibewegt wird, wobei die Galvanisierplatte mindestens eine Austrittsöffnung aufweist, aus der der Elektrolyt in den Spalt zwischen Galvanisierplatte und Metallband austritt, sowie mit einer Pumpe, die den Elektrolyten in das Anodengehäuse zurückpumpt, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisierplatte (7, T) mit mindestens einem sich in Bandlaufrichtung erstreckenden, im wesentlichen vertikalen Austrittsschlitz (10,10', 10") für den Elet'rolyten versehen ist

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsschlitz (10,10', 10") in der Mitte der Galvanisierplatte (7, T) angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß sich die Breite (B) des Austrittsschlitzes (10, 10', 10") zu seinem unteren Ende hin verjüngt

4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3. dadurch !gekennzeichnet daß sich der Austrittsschlitz (10,10', 10") im wesentlichen über die ganze Höhe der Galvanisierp'a'te (7, T) erstreckt

5. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß das A nudenge: uuse 5, 5') beidseitig mit je einer Galvsnisierplarte (7, T) versehen ist und das Metallband (1) unter Zwis nenschaltung einer Umlenkrolle (3) beidseitig am Anodengehäuse (S, 5') vorbeibewegt wird.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Galvanisierplatte (7) außer mit dem Austrittsschlitz (10) mit einer Vielzahl von Löchern (11) versehen ist und angrenzend an die Innenseite der Galvanisierplatte (7) ein Korb (12) zur Aufnahme des als im Elektrolyten lösliche Anode dienenden, zerkleinerten Überzugmetalls (13) vorgesehen ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an der Innenseite der Galvanisierplatte (7) ein elektrolytbeständiges Gewebe (IS) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Korb (12) mit einem Sack aus Kunststoff gewebe (IS, ISaJl vorzugsweise aus Polypropylen, ausgekleidet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet daß das Anodengehäuie (S) im Bereich des Xorbes (12) mehrere Einfüllssutzen (14) für das zerkleinerte Überzugsmetall(IJ)aufweist.

10. Vorrichtung nach miniestens einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Galvanmerplatte (7) als unlösliche Anode ausgebildet ist und außer dem bzw. den Austriüsschiitz(en) (I0¹) keine weiteren Elektrolyt-Austrittsöffnungen aufweist.

It. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Austrittsschlitzes (10, 10'), die Förderleistung der Pumpe (8) und der Spalt (S) zwischen Galvanisierplatte (7, T) und Metallband (1) so bemessen sind, daß der

Elektrolyt im wesentlichen nur an den Langsrandern des Metallbandes (1) austritt

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Austrittsschlitz (10") gegenüber der Vertikalen (V) etwas geneigt ist derart daß die am Austrittsschlitz (10") vorbeibewegten Bereiche des Metallbandes jeweils nur auf einem Teil (a) der Gesamtlänge (L) des Ai-strittsschlitzes (10") diesen gegenüberliegen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß der Austrittsschlitz (10") gegenüber der Vertikalen (V) in einem Winkel (α) von 4—8°. vorzugsweise 5° geneigt ist

14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Anodengehäuse (7) im Bereich des Korbes (12) zusätzliche Zuflußöffnungen (16) zur Befüllung des Korbes (12) mit Elektrolyten aufweist und diese Zuflußöffnungen (16) an eine zusätzliche Elektrolyt-Pumpe (17) angeschlossen sind.