DE3421480A1 - Beschichtete ventilmetall-elektrode zur elektrolytischen galvanisierung - Google Patents
Beschichtete ventilmetall-elektrode zur elektrolytischen galvanisierungInfo
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Description
PATENT- UND RECHTSANWÄLTE
PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHt-J
DIPU-ING. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL -INC.. K. CiORC,
D1PL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
Conradty GmbH & Co. Metallelektroden KG, D-8505 Röthenbach
Beschichtete Ventilmetall-Elektrode zur
elektrolyt!sehen Galvanisierung
Die Erfindung betrifft eine beschichtete Ventilmetall-Elektrode
zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen aus wässrigen Lösungen der Metallsalze auf
ein in bezug auf diese bewegtes Metall-Flachzeug, insbesondere Band, vorzugsweise Anode zur elektrolytischen
Galvanisierung mit Zink, bestehend aus mindestens einem Stromzuleiter, mindestens einem damit
elektrisch leitend verbundenen Stromverteiler und einer daran angeordneten aktiven Fläche, die zu dem
Metallband ausgerichtet ist.
Die kontinuierliche elektrolytische Beschichtung von
Flachzeug aus Metall, d.h. von Bändern und Blechen, insbesondere die elektrolytische Verzinkung, ist
schon eine relativ alte Technologie (DE-PS 250 403; DE-PS 689 548). Bei dieser kontinuierlichen elektro-
COPY
ARABELLASTRASSE 4 · D-SCOO MÖNCHEN 81 · TELEFON .Ό391 911037 ■ TELEX O5-2QC1O ,'PATHt ■) ■ TCt t KOI 'Il Hl H (ιιηγιμ,
lytischen Verzinkung wird Zink aus der wässrigen
Lösung seiner Salze auf kaltgewalztem Band bzw. Blech aus weichen unlegierten Stählen, im allgemeinen
Baustählen oder aus hochfesten, zum Kaltumformen
Lösung seiner Salze auf kaltgewalztem Band bzw. Blech aus weichen unlegierten Stählen, im allgemeinen
Baustählen oder aus hochfesten, zum Kaltumformen
geeigneten Stählen, abgeschieden· Die Elektrode ist als Anode und das Band als Kathode geschaltet. In
einem Arbeitsgang kann ein einseitiges oder aber
zweiseitiges Verzinken erfolgen, wobei bei der doppelseitigen Beschichtung auch unterschiedliche
einem Arbeitsgang kann ein einseitiges oder aber
zweiseitiges Verzinken erfolgen, wobei bei der doppelseitigen Beschichtung auch unterschiedliche
Schichtstärken erzeugt werden können. Die Bandführung und damit die Elektrodenanordnung kann horizontal,
vertikal oder radial, d.h. mit kreisbogenförmig gebogenen Elektroden, erfolgen, wobei die radiale Anordnung natürlich nur eine einseitige Beschichtung zuläßt.
vertikal oder radial, d.h. mit kreisbogenförmig gebogenen Elektroden, erfolgen, wobei die radiale Anordnung natürlich nur eine einseitige Beschichtung zuläßt.
In den letzten Jahren hat die geschilderte Technologie eine neue Belebung gefunden. Neben der Elektro- und
Ilaushaltswarenindustrie setzt vor allem die Automobilindustrie
elektrolytisch verzinktes Flachzeug im Karosseriebereich ein. Der Zinküberzug schützt nämlich
das Stahlblech aktiv vor Korrosion und eignet
sich mit einschlägigen Oberflächennachbehandlungen, wie phosphatiert, chromatgespült oder chromatpassiviert, besonders gut für eine nachfolgende Lackierung .
sich mit einschlägigen Oberflächennachbehandlungen, wie phosphatiert, chromatgespült oder chromatpassiviert, besonders gut für eine nachfolgende Lackierung .
Eine bekannte Anordnung zur elektrolytischen Verzinkung von Walzband (DE-OS 29 17 630) ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektrolyt im Bad mit relativ hoher Geschwindigkeit parallel zur Bandoberfläche sowie
entgegen der Bandlaufrichtung geführt wird. Dadurch soll zur Vermeidung eines dendritischen Kristallwachstums
und zur Verbesserung der Stromausbeute
auf hydrodynamische Weise der Stofftransport zu dem als Kathode wirkenden Band verbessert werden. Bei
dieser Anordnung werden unlösliche Anoden eingesetzt, die entweder aus Kohle oder aus Blei mit
Kupferkern bestehen. Derartige Anoden sind allerdings bei höheren Stromdichten problematisch, weil sie
einem großen Verschleiß unterliegen und eine ungleichmäßige Stromverteilung zeigen. Des weiteren
bilden diese Anoden durchgehende Flächen, so daß insbesondere bei einer Horizontalanordnung das entstehende
Gas, nämlich Sauerstoff an der Anode und Wasserstoff am Band, nur ungenügend abgeführt werden
kann. Dies gilt insbesondere für den Bereich unterhalb des Bandes. Das nicht abgeführte Gas stört und
verlangsamt den Verzinkungsprozeß mit der Folge eines ungenügenden Wirkungsgrades der Anlage. Bei Bleianoden
kommt noch der zusätzliche Nachteil hinzu, daß sich das Blei in das auf dem Blech abgeschiedene Zink
einbaut, wodurch der Korrosionsschutz verschlechtert und die Lackhaftung negativ beeinflußt wird.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen aus wäßrigen Lösungen
der Metallsalze auf Stahlband der einschlägigen Art (europäische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr.
0 100 400) wird zur Verbesserung der Elektrolytbewegung und damit einer angestrebten Verkleinerung
der Strömungsgrenz- und dadurch der Diffusionsschichtdicke der längs der Ebene des Stahlbandes gerichtete
Elektrolytstrom, der im Niederdruck geführt wird, durch Elektrolytteilströme quer zur Bandlaufrichtung,
die im Hochdruck gefahren werden, in einen turbulenten Strömungszustand versetzt. Eine nach diesem
Verfahren arbeitende Vorrichtung ist allerdings
relativ kompliziert, weil die Elektrolytführung in
einem Hochdruck- und einem Niederdruckteil erfolgen muß. Dies erfordert einen relativ großen Aufwand an
Rohren, Düsen und ähnlichen Bauteilen sowie u.U. von zwei Wiederaufbereitungsaggregaten für die beiden
Elektrolytströme. Ein'weiterer Nachteil resultiert
daraus, daß bei diesem Verfahren sich verbrauchende Anoden eingesetzt werden, die natürlich nachgestellt
werden müssen. Mit nachführbaren Elektroden ist es aber nicht möglich, stets in der erforderlichen konstanten
Weise einen möglichst geringen Abstand zwischen Anode und Stahlband einzuhalten, um den Spannungsverlust
zu minimieren.
Während bei den vorstehend beschriebenen Anlagen der Elektrolyt parallel zur Bandoberfläche geführt wird,
ist es auch möglich, den Elektrolyten senkrecht auf die Bandoberfläche aufzubringen und auf diese Weise
über die Bandoberfläche zu lenken. Bei einer einschlägigen
Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metallbandes dieser Art (DE-OS 31 08 615) sind
hierfür die Elektroden mit mindestens einem Schlitz versehen, durch den hindurch der Elektrolyt zur Oberfläche
des Metallbandes herausgedrückt wird, so daß ein geeigneter statischer Druck im Elektrolyten aufgebaut
wird, der dafür sorgen soll, daß das Metallband in einem möglichst konstanten Abstand zwischen
zwei gegenüberliegenden Elektroden gehalten wird. Bei dieser Anordnung ist aber nicht bedacht, daß zum
einen durch die Schlitze die wirksame Elektrodenfläche erniedrigt wird mit der Folge, daß der Stromtransport
zu dem zu behandelnden Band negativ beeinflußt wird und daß andererseits aufgrund des Vorsehens
ersichtlich nur weniger Schlitze das Band nicht
ausreichend intensiv und gleichmäßig mit dem Elektrolyten beaufschlagt wird. Vielmehr können in der Strömung
zwischen Elektrode und Band Totzonen oder dergleichen entstehen, die aufgrund der dort sich einstellenden
Metall-Ionen-Verarmung einen ungenügenden
Ionentransport in Richtung auf das Band bedingen mit der Folge, daß auf diesem ein nicht den Anforderungen
entsprechender Schichtaufbau entsteht .
Schließlich ist im Rahmen von Laborversuchen zur Hochleistungsverzinkung schon u.a. eine beschichtete
Titananode aus Titan-Streckmetall eingesetzt worden. Durch die Ausnehmungen dieser Titananode wurde die
Elektrolytströmung hindurchgedrückt und damit diese Elektrolytströmung im wesentlichen senkrecht auf die
Bandoberfläche aufgebracht. Zwischen dieser Titananode
und dem Band war ein Faservlies als Art Abstandshalter angeordnet. Diese Laborversuche sollen nun auf
einer Bändpilotanlage verifiziert werden.
Insgesamt muß danach festgestellt werden, daß bei den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen der Gestaltung
und der Art der Anode sowohl hinsichtlich der zu erzielenden Stromdichten als auch hinsichtlich der Beteiligung
der Anoden an der Elektrolyt-Führung relativ wenig Beachtung geschenkt worden ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, für die angesprochenen
Prozesse eine Ventilmetallelektrode bzw. -anode zu schaffen, die den Anforderungen in einem Hochleistungsbetrieb
und den dabei auftretenden Problemen Rechnung trägt.
Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode, insbesondere Anode, der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, daß
die aktive Fläche aus Lamellen aus Ventilmetall mit einer aktiven Oberflächenbeschichtung gebildet ist,
daß die beschichtete Gesamtoberfläche der Lamellen Fp und die von der Gesamtanordnung der Lamellen
eingenommene Fläche F (Länge χ Breite der Elektrodenfläche) einen Flächenfaktor
20 ^ F : F ^ 4, vorzugsweise 14 ^ F : F 2^ 6, aufweist, und daß die größe-
20 ^ F : F ^ 4, vorzugsweise 14 ^ F : F 2^ 6, aufweist, und daß die größe-
A ir
ren Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen senkrecht zur Fläche des zu beschichteten Bandes ausgerichtet
sind, daß der Stromzuleiter aus einem Stab mit einem Kern aus elektrisch hochleitendem Metall,
insbesondere Kupfer, und einer Ummantelung aus Ventilmetall besteht, daß der Stromverteiler durch einen
Stab aus Ventilmetall gebildet ist, daß der Stromverteiler mit dem Stromzuleiter und über mindestens ein
blechartiges Verbindungselement aus Ventilmetall mechanisch und elektrisch leitend mit dem Stromzuleiter
dadurch verbunden ist, daß das Verbindungselement einerseits mit der Ummantelung des Stromzuleiters und
. andererseits mit dem Stromverteiler verschweißt ist.
Der erste Grundgedanke der Erfindung besteht danach darin, die aktive Fläche der Elektrode aufzulösen in
eine offene Struktur aus im Abstand zueinander parallel und bei Horizontal- sowie Vertikalzellen in einer
Ebene und bei Radialzellen auf einer Zylinderfläche angeordneten Lamellen bzw. Stäben oder dergleichen.
Diese Lamellen lassen sich sehr einfach auf ebenen und auch auf gekrümmten Flächen anordnen, so daß die
erfindungsgemäßen Anoden sich sowohl bei Horizontal-
und Vertikalzellen als auch bei Radialzellen einsetzen lassen.
Copy "
Eine derart aus Lamellen gebildete aktive Fläche einer Elektrode ist ferner geeignet, durch ihre
Struktur die Elektrolytströmung zu steuern und zu lenken. Wie schon ausgeführt wurde, ist zu einer optimalen
Prozeßführung eine gezielte Elektrolytbewegung erforderlich, um die Diffusionsschichtdicke auf
der Kathode, d.h. dem Band, zu verkleinern und gleichzeitig eine unzulässig große Metall-Ionen-Verarmung
des Elektrolyten in der Kathodennähe zu verhindern. Dazu trägt bei der erfindungsgemäßen
Elektrode zusätzlich die Art der Gasabfuhr bei. Das Gas kann nämlich zwischen den durch die Lamellen gebildeten
Kanälen unter Beschleunigung entweichen. Das derart entweichende Gas reißt die Elektrolytflüssigkeit
in Art eines Pumpeneffektes mit, mit der Folge eines sehr schnellen Austausches des Elektrolyten im
Bereich der Bandoberfläche mit dem übrigen Elektrolytvolumen. Durch diesen Austausch wird einer Metall-Ionen-Verarmung
des Elektrolyten im Kathodenbereich, d.h. im Bandbereich, entgegengewirkt.
Verstärkt wird der geschilderte Pumpeneffekt bei der erfindungsgemäßen Elektrode noch dadurch, daß gemäß
einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Konzeption
die größeren Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen senkrecht zur Fläche des zu beschichtenden
Bandes ausgerichtet sind. Die Lamellen stehen damit - im Querschnitt senkrecht zur Bandoberfläche
gesehen - hochkant, besitzen also eine größere Höhe senkrecht zur Bandoberfläche in bezug auf die
Breite parallel zur Bandoberfläche. Nachdem sich an den zur Bandoberfläche senkrechten Flächenbereichen
der Lamellen sukzessive vom Band weggerichtet die
größere Menge an Gas bildet, wird von dort unter Beschleunigung der Gasstrom vom Band bzw. der Elektrode
abgeleitet. Dadurch bleibt andererseits die Gasbeladung im Spalt zwischen Elektrode und Band klein mit
der Folge eines optimalen Wirkungsgrads für den Beschichtung sprozeß.
Die geschilderte Maßnahme, wonach die größeren Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen senkrecht
zur Fläche des zu beschichtenden Bandes ausgerichtet sind, reduziert auch erheblich den Verschleiß
der erfindungsgemäßen Elektroden. Aufgrund mechanischen Abriebs zwischen Band und Elektrode können nämlich
nur die kleineren Anteile der beschichteten Oberfläche, welche dem Band zugerichtet sind und parallel
zur Bandoberfläche verlaufen, einer mechanischen Abnutzung unterliegen. Die größeren Anteile der
aktiven Oberfläche der erfindungsgemäßen Elektrode bleiben.aber dabei erhalten. Dies sichert der erfindungsgemäßen
Elektrode eine Art Notlaufeigenschaft,
d.h. ein Weiterarbeiten der Elektrode ist auch bei teilweise abgearbeiteter Oberflächenbeschichtung möglich.
In engem Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Idee,
die aktive Oberfläche der erfindungsgemäßen Elektrode
in Form einer Lamellenstruktur auszubilden, steht der weitere Grundgedanke der Erfindung, eine Elektrode
mit großem Flächenfaktor zu schaffen, was dadurch erreicht wird, daß die beschichtete Gesamtoberflache
der Lamellen F und die von der Gesamtanordnung der
A
Lamellen eingenommene Fläche F (Länge χ Breite der Elektrodenfläche) einen Flächenfaktor 20 - F : F - 4, vorzugsweise 14 - F : F - 6, aufweist. Dadurch lassen
Lamellen eingenommene Fläche F (Länge χ Breite der Elektrodenfläche) einen Flächenfaktor 20 - F : F - 4, vorzugsweise 14 - F : F - 6, aufweist. Dadurch lassen
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sich äußerst hohe kathodische Stromdichten bei relativ geringer Stromdichte und gleichmäßiger Stromverteilung
an der aktiven Fläche der erfindungsgemäßen Elektrode erreichen. Aufgrund der vertretbaren Stromdichte
an der erfindungsgemäßen Elektrode bei zugleich hohen Stromdichten für den elektrolytischen
Nutzprozeß weist die aktive Oberflächenbeschichtung,
die geeignet gewählt wird, eine lange Lebensdauer auf. Hinzu kommt noch der geschilderte Effekt, daß
aufgrund der Lamellenstruktur die "innere Oberfläche", die ebenfalls mit einer aktiven OberfLächenbeschichtung
versehen ist, also diejenigen Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen, die senkrecht
zur Fläche des zu beschichtenden Bandes ausgerichtet sind, keiner mechanischen Abnutzung unterliegt,
was ebenfalls zu einer langen Betriebsdauer und zu den Notlaufeigenschaften der erfindungsgemäßen
Elektrode beiträgt.
Eine weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, den Stromzuleiter der Elektrode aus
einem Stab mit einem Kern aus elektrisch hochleitendem
Metall, insbesondere Kupfer, zu fertigen. Eine derartige Konstruktion läßt einen Transport einer
ausreichend großen Strommenge bei möglichst geringem Spannungsabfall zu. Ferner kann bei Ausbildung eines
derartigen Stromzuleiters mit flachem Querschnitt dieser leicht in bezug auf die jeweilige breitere
Fläche gebogen werden, so daß dieser Stromzuleiter sehr gut dem vorgegebenen Zellengehäuse angepaßt
werden kann. Insbesondere läßt sich ein derartiger Stromzuleiter sehr einfach winkelförmig biegen, so
342U80
daß bei einer Hörizontal-Zelle der dann im wesentlichen
vertikal verlaufende Stromzuleiter am oberen Ende in Richtung auf die Stromschiene und am unteren
Ende in Richtung auf den Stromverteiler der horizontal ausgerichteten aktiven Fläche abgewinkelt ausgestaltet
werden kann. ■
Ferner trägt die erfindungsgemäße Maßnahme, daß die
Verbindung zwischen dem Stromzuleiter und dem Stromverteiler über ein Verbindungselement herbeigeführt
wird, das einerseits mit der Ummantelung des Stromzuleiters und andererseits mit dem Stromverteiler verschweißt
ist, zur schnellen und kostengünstigen Reaktivierung der erfindungsgemäßen Elektrode bei. Durch
einfaches Auftrennen der Schweißnaht zwischen dem Verbindungselement und dem Stromverteiler lassen sich
nämlich der Stromverteiler einschließlich der daran angeordneten Lamellen einfach entfernen, so daß die
aktive Fläche der Wiederbeschichtung zugeführt werden kann, während der Stromzuleiter und alle anderen
elektrischen Bauteile zur Stromversorgung der Zelle beim Betreiber verbleiben. Beim Betreiber müssen zum
schnellen Wiedereinsatz der Zellen nur Aktivteile auf Lager gehalten werden, so daß relativ wenig Kapital
gebunden ist. Erst durch dieses einfache Trennen und Wiederzusammenfügen der erfindungsgemäßen Elektrode
ist der Einsatz eines preisgünstigen und relativ dünnen Coatings auf den Aktivteilen wirtschaftlich sinnvoll.
Jedes Verbindungselement kann aus einem Blechstreifen oder mehreren Blechstreifen bestehen. In
letzterem Fall ist für jeden Stromverteiler ein separater Blechstreifen vorgesehen.
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Schließlich sind noch die prinzipiellen Vorteile einer beschichteten Ventilmetallelektrodc bei den zur
Rede stehenden Galvanisierungsprozessen anzusprechen.
Das Coating dieser derart beschichteten Ventilmetallelektroden ist natürlich wesentlich aktiver als das
bis jetzt in erster Linie verwendete Blei. Die Sauerstoffabscheidung
ist damit mit den erfindungsgemäßen Elektroden bei niedrigerem Anodenpotential· möglich.
Dadurch wird eine erhebliche Senkung des anodischen Anteils der Zellenspannung erreicht. Durch den bei
der erfindungsgemäßen Elektrode angestrebten großen Flächenfaktor wird eine weitere Absenkung dieses anodischen
Anteils der Zelleneinsparung erreicht. Insgesamt ergibt sieh also eine erhebliche Energieeinsparung.
Andererseits können mit der erfindungsgemäßen Elektrode
größere kathodische Stromdichten bei den Galvanisierungsprozessen erreicht werden, die höhere
Bandgeschwindigkeiten ermöglichen.
Von den angesprochenen Ventilmetallen wird sich in erster Linie Titan anbieten. Falls höhere Durchbruchspotentiale
erforderlich sind, kann auch an Tantal, Niob oder Zirkon gedacht werden.
Insgesamt wird mit der Erfindung eine Elektrode für Hochleistungs-Galvanisierprozesse zur Verfugung gestellt,
die den dabei auftretenden Anforderungen Rechnung trägt. Dabei werden die Erfahrungen genutzt,
die mit Ventilmetall-Elektroden als solchen in anderen elektrolytischen bzw. elektrochemischen Prozessen
gewonnen werden konnten.
Die Lamellen der erfindungsgemäßen Elektrode können
entweder als Vollwand-Lamellen ausgebildet sein oder aber aus Streckmetall. Bei einer Elektrolytströmung
parallel zur Bandoberfläche, insbesondere entgegen
der Bandlaufrichtung, können bei einer entsprechenden
Anordnung der Lamellen aus Streckmetall quer oder schräg zur Strömungsrichtung diese unmittelbar von
dem Elektrolyten durchströmt werden. Dadurch wird die Elektrolytströmung in eine erhöhte Turbulenz versetzt,
was zusätzlich zu dem Gasblaseneffekt bzw. zu der bei der offenen Struktur der erfindungsgemäßen
Elektrode erreichten Pumpenwirkung einerseits für eine schnelle Gasabfuhr und andererseits zu einer
Verkleinerung der kathodenseitigen Diffusionsschichtdicke
und einer Verhinderung einer unzulässigen Metallionenverarmung des Elektrolyten in Kathodennähe
beiträgt. Diese Effekte werden auf wesentlich einfachere Weise erzielt als durch Beaufschlagung der
Hauptelektrolytströmung durch Hochdruck-Elektrolytströme von den Seiten der Elektrode her,
wie dies -durch den Stand der Technik vorgeschlagen worden ist.
Bei zur Bandoberfläche paralleler Elektrolytströmung
kann es im Hinblick auf die Optimierung der Gasabfuhr zweckmäßig sein, daß die Lamellen, die entweder massiv
ausgebildet sind oder aus Streckgitter bestehen, schräg zur Bandlaufrichtung bzw. zur Elektrolytströmung
ausgerichtet sind. Die Elektrolytströmung erhält nämlich dadurch eine Bewegungskomponente in Richtung
auf einen der Ränder des zu beschichtenden Bands. Diese derart gerichtete Elektrolytströmung führt zugleich
einen Teil des entstandenen Gases seitlich von dem Band weg.
Bei parallel zur Bandoberflache gerichteter Elektrolytströme
wird der angesprochene Effekt noch in dem Fall verstärkt, in dem die Lamellen jeweils aus zwei
in einem Winkel miteinander verbundenen Schenkeln bestehen, wobei die Spitze des Winkels entgegengesetzt
zur Elektrolytströmung zeigt. Dadurch erhält die Elektrolytströmung und mit ihr das entwickelte Gas
Bewegungskomponenten in Richtung auf die beiden Bandränder .
Bei Vertikalzellen, aber auch für die oberen Elektroden
bei Horizontalzellen, und bei einer parallelen Beaufschlagung der Bandoberfläche durch die Elektrolytströmung
kann es sich empfehlen, daß der Abstand der Lamellen zueinander in Strömungsrichtung des
Elektrolyten sukzessive vergrößert wird. Damit wird also die Gasdurchtrittsflache zwischen den Lamellen
in Strömungsrichtung des Elektrolyten stetig oder in Stufen vergrößert, was der vermehrten Gasentwicklung
in Richtung der Elektrolytströmung Rechnung trägt.
Schließlich können aber auch die Lamellen bezüglich ihrer Längserstreckung parallel zur Bandlaufrichtung
angeordnet sein. Hier bilden die Lamellen also Kanäle in Richtung der Strömung des Elektrolyten, wodurch
dieser mit besonders hoher Strömungsgeschwindigkeit entlang dem zu beschichtenden Band geleitet werden
kann.
Während die vorstehenden Anordnungen sich auf den Fall beziehen, in dem der Elektrolyt parallel zur
Ebene des Bandes auf dieses aufgebracht wird, ist auch noch die Möglichkeit zu erörtern, das zu beschichtende
Band im wesentlichen senkrecht durch den
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Elektrolytcn zu beaufschlagen. Auch bei einer derartigen
Elektrolytströmung läßt sich die erfindungsgemäße
Elektrodenanordnung mit Vorteil einsetzen. Die Auflösung der aktiven Fläche in Stäbe, Lamellen oder
dergleichen stellt nämlich eine große Durchtritts-Gesamtflache
für den Elektrolyten durch die Elektrode zur Verfugung, so daß das zu beschichtende Band sehr
intensiv und unter Vermeidung von Totzonen in der Strömung mit der elektrolytischen Lösung beaufschlagt
werden kann. Auch in diesem Fall bewirken die Lamellen eine Art Düseneffekt, der für eine Beschleunigung
der Elektrolytströmung sorgt.
Bei der im wesentlichen senkrechten Beaufschlagung
der Bandfläche durch den Elektrolyten kann durch entsprechende Höhe der Verbindungselemente zwischen dem
Stromzuleiter und dem Stromverteiler vermieden werden, daß der Stromzuleiter einen Strömungstotraum in
der Elektrolyt-Strömung verursacht. 20
Ferner kann es sich empfehlen, daß der jeweilige Stromzuleiter an seinen gegenüberliegenden Enden mit
je einem Anschluß für die Stromversorgung ausgerüstet ist. Damit wird der Elektrode von den beiden gegenüberliegenden
Seiten her der Strom zugeführt. Dies sorgt für eine weitere Erniedrigung des Spannungsabfalls
im Stromzuleiter.
Es kann des weiteren zweckmäßig sein, mehrere Stromzuleiter je aktive Fläche vorzusehen. Auf der gleichen
Linie liegt der Gedanke, eine Elektrodenfläche in mehrere Teilflächen zu unterteilen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Elektrode
werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anode für eine Vertikal-Zelle,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig.
nach der Schnittlinie II-II,
10
10
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anode für eine Hörizontal-Zelle,
Fig. 4 bis 7 schematische perspektivische
Darstellungen von möglichen Anordnungen der
Darstellungen von möglichen Anordnungen der
Lamellen der aktiven Fläche der erfindungsgemäßen Anode in bezug auf die Band- und Elektrolyt-Führung
.
Die Fig. 1 und 2 betreffen eine erfindungsgemäße Anode,
ausgelegt für eine Vertikal-Zelle, in der also
die Anoden und die Bandführung im Bereich der Anoden ; vertikal orientiert sind. Danach ist an einer Stromschiene 1, die ganz aus Kupfer bestehen kann, ein
die Anoden und die Bandführung im Bereich der Anoden ; vertikal orientiert sind. Danach ist an einer Stromschiene 1, die ganz aus Kupfer bestehen kann, ein
insgesamt mit 10 bezeichneter, vertikal ausgerichteter Stromzuleiter 10 dadurch mechanisch und elektrisch
leitend verbunden, daß das obere Ende des
Stromzuleiters 10 mit einer Kopfplatte 2 verschwelßt ist, die wiederum mittels Schrauben 3 an der Stromschiene 1 befestigt ist. Wie aus der Schnittzeichnung gemäß Fig. 2 hervorgeht, besteht der Stromzuleiter
aus einem Kern 11 aus elektrisch hochleitendem Werkstoff, vorzugsweise Kupfer, und einem Mantel 12 aus
Stromzuleiters 10 mit einer Kopfplatte 2 verschwelßt ist, die wiederum mittels Schrauben 3 an der Stromschiene 1 befestigt ist. Wie aus der Schnittzeichnung gemäß Fig. 2 hervorgeht, besteht der Stromzuleiter
aus einem Kern 11 aus elektrisch hochleitendem Werkstoff, vorzugsweise Kupfer, und einem Mantel 12 aus
342H80
Vcntilmetall, vorzugsweise aus Titan. Dor Strorazuleitcr
10 ist mit dazu senkrecht, d.h. in der Einbaustellung der Anode horizontal, verlaufenden Stromverteilern
20, die ebenfalls vorzugsweise aus Titan bestehen, dadurch verbunden, daß zwei blechartige Verbindungselemente
30 zum Stromzuleiter 10 parallel verlaufend mit dessen Mantel 12 längs einer Schweißnaht
31 verschweißt sind, während andererseits die Stromverteiler 20 mit den gegenüberliegenden Rändern
der blechartigen Verbindungselemente 30 längs den Schweißnähten 32 verschweißt sind. Die blechartigen
Verbindungselemente 30 bestehen ebenfalls zweckmäßigerweise aus Titan. Die aktive Fläche 40 dieser Anode
ist gebildet aus Lamellen 41, die im Abstand zueinander parallel und in der Einbaustellung der Anode vertikal
verlaufend in einer Ebene angeordnet sind. Die Lamellen haben dabei einen relativ schmalen rechteckigen
Querschnitt und sind mit ihrer (größeren) Höhe senkrecht zu den Stromverteilern 20 und damit
senkrecht zu dem auf der anderen Seite entlanggeführten,
zu beschichtenden Band ausgerichtet. Die Lamellen 41 selbst bestehen aus Ventilmetall, zweckmäßigerweise
ebenfalls Titan, und sind mit einer aktiven Oberflächenbeschichtung ausgerüstet. Aufgrund der getroffenen
Anordnung der Lamellen 41, ihrer Abmessungen und ihrer Abstände zueinander genügen die Lamellen
41 den Beziehungen/ daß die beschichtete Gesamtoberfläche der Lamellen F und die von der Gesamtanordnung
der Lamellen eingenommene Fläche F (Länge χ Breite der Elektrodenfläche 40) einen Flächenfaktor
20 - F : Fn - 4 aufweist, und daß die größeren Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen
41 senkrecht zur Fläche des zu beschichtenden Bandes ausgerichtet sind.
342U80
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anode, angepaßt an
eine Horizontal-Zelle, in der also die Anoden sowie die Bandführung im Bereich der Anoden horizontal
orientiert sind. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Fall sind
danach pro Anode zwei Stromzuleiter 10 vorgesehen, die als Doppelwinkel ausgeführt sind, so daß jeweils
der obere horizontale Schenkel 13 mit einer Stromschiene verbindbar ist, der vertikale Schenkel 14 in
die Zelle hineinführt und an dem horizontalen Schenkel 15 die aktive Fläche 40 der Anode angeschlossen
ist. Dies erfolgt in analoger Weise über blechartige Verbindungselemente 30, die jeweils beidseits des jeweiligen
horizontalen Schenkels 15 und parallel zu diesem verlaufend mit den Stromzuleitern 10 verschweißt
sind und mit denen andererseits die zu den Stromzuleitern senkrecht verlaufenden Stromverteiler
20 verschweißt sind. An den unteren Flächen der Stromverteiler 20 sind die Lamellen 41 angeordnet,
die die aktive Fläche 40 der Anode darstellen. Diese Lamellen 41 genügen ebenfalls den oben angegebenen
Beziehungen.
Auch bei der Anordnung nach Fig. 3 bestehen die Stromzuleiter aus einem Kern aus elektrisch hochleitendem
Metall, insbesondere Kupfer, und einer Ummantelung aus Ventilmetall, insbesondere Titan. Die
Stromzuleiter 10 weisen aber im Gegensatz zu der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 einen flachen rechteckigen
Querschnitt auf, wobei die winkelförmige Biegung um eine Breitseite erfolgt. Es hat sich herausgestellt,
daß derartige Biegungen ohne weiteres mit der Verbundkonstruktion ausgeführt werden können.
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Die blechartigen Verbindungselemente 30 müssen nicht durchgehend ausgebildet sein. Vielmehr können sie als
kurze Elemente ausgebildet sein, so daß jeweils ein derartiges Verbindungselement 30 einem Stromverteiler
20 zugeordnet ist.
Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Lamellen 41 der aktiven Fläche 40 einer erfindungsgemäßen Anode derart,
daß die Lamellen 41 bezüglich ihrer Längser-Streckung quer zu der mit Pfeil angedeuteten Laufrichtung
des Bandes ausgerichtet sind. Vorzugsweise entgegen dieser Bandlaufrichtung wird der Elektrolyt
geführt. Bei dieser Orientierung von Band und Elektrolytströmung bestehen die Lamellen 41 zweckmäßigerweise
aus Streckmetall, wodurch der Elektrolyt die Lamellenflächen selbst durchströmt und hierdurch in
hohe Turbulenz versetzt wird.
Gemäß Fig. 5 sind die Lamellen 41 der aktiven Fläche 40 der erfindungsgemäßen Anode schräg zur Bandlaufrichtung
angeordnet. Hierdurch erhält die parallel zur Bandoberfläche gerichtete Elektrolytströmung eine
Bewegungskomponente in Richtung auf einen Rand des zu beschichtenden Bandes, wodurch die Gasabführung auch
in dieser Richtung gefördert wird.
Einem gleichen Ziel dient die Anordnung nach Fig. 6, bei der die Lamellen 41 der aktiven Fläche 40 der erfindungsgemäßen
Anode jeweils aus zwei zueinander winkelförmig orientierten Schenkeln 42 bestehen. Der
Scheitel dieser winkelförmigen Laraellen 41 ist zweckmäßigerweise
entgegen der Elektrolytströmung gerichtet, wodurch diese eine Bewegungskomponente in Richtung
auf beide Ränder des Bandes erhält.
3A2H80
Schließlich zeigt die Fig. 7 eine Anordnung der Lamellen 41 der aktiven Fläche 40 der erfindungsgemäßen
Anode parallel zur Bandlaufrichtung sowie zur Elektrolytströmung. Auch in diesem Fall bewirken die Lamellen
einen Art Düseneffekt, der für eine Beschleunigung der Elektrolyts^trömung sorgt.
COPY
Claims (10)
1. Beschichtete Ventilmetall-Elektrode zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen aus wässrigen
Lösungen der Metallsalze auf ein in bezug auf diese bewegtes Metall-Flachzeug, insbesondere
Band, vorzugsweise Anode zur elektrolytischen Galvanisierung mit Zink, bestehend aus
- mindestens einem Stromzuleiter,
- mindestens einem damit elektrisch leitend verbundenen Stromverteiler und
einer daran angeordneten aktiven Fläche, die zu dem Metallband ausgerichtet ist, dadurch
gekennzeichnet,
ARABELLASTRASSE 4 · D-SCCOMaNCHENSI ■ TELEFON (Q 3SJ SIlO 37 · TELEX 05-39519 ζΡΑΤΗΕΟ ■ TELEKOf "II.RtH UMiXi -tt;
daß die aktive Fläche (40) aus Lamellen (41) aus Ventilmetall mit einer aktiven Oberflächenbeschichtung
gebildet ist,
- daß die beschichtete Gesamtoberfläche der Lamellen
F und die von der Gesamtanordnung der Lamellen eingenommene Fläche Fp (Länge
und Breite der Elektrodenflache) einen Flächenfaktor
20 - F : F - 4, Vorzugs-
r\ ir
weise 14 - F7.: F - 6, aufweist, und
daß die größeren Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen (41) senkrecht zur
Fläche des zu beschichteten Bandes ausgerichtet sind,
- daß der Stromzuleiter (10) aus einem Stab mit einem Kern (11) aus elektrisch hochleitendem
Metall, insbesondere Kupfer, und einer Ummantelung (12) aus Ventilmetall besteht,
daß der Stromverteiler (20) durch einen Stab aus Ventilmetall gebildet ist, und
- daß der Stromverteiler (20) mit dem Stromzuleiter (10) und über mindestens ein blechartiges
Verbindungselement (30) aus Ventilmetall mechanisch und elektrisch leitend mit dem
Stromzuleiter dadurch verbunden ist, daß das Verbindungselement (30) einerseits (bei 31)
mit der Ummantelung (11) des Stromzuleiters (10) und andererseits (bei 32) mit dem Stromverteiler
(20) verschweißt ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (41) der aktiven Fläche
(40) als Vollwand-Lamellen ausgebildet sind.
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (41) der aktiven Fläche
(40) aus Streckmetall bestehen.
4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüehe,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen
(41) in bezug auf ihre Längserstreckung quer zur Bandlaufrichtung verlaufen (Fig. 4).
5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (41) in
bezug auf ihre Längserstreckung schräg zur Bandlaufrichtung ausgerichtet sind (Fig. 5).
6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (41) aus zwei in einem Winkel
miteinander verbundenen Schenkeln (42) bestehen (Fig. 6 ) .
7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (41) in
bezug auf ihre Längserstreckung längs zur Bandlaufrichtung ausgerichtet sind (Fig. 7).
8. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüehe,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Beaufschlagung des Bandes mit der Elektrolytströmung
parallel zur Bandoberfläche der Abstand der Lamellen zueinander in Strömungsrichtung des Elektrolyten
sich vergrößert.
-A-
9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen im
Schnitt parallel zur Oberfläche des zu beschichtenden Bandes - zick-zack-förmig ausgebildet
sind.
10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige
Stromzuleiter an seinen gegenüberliegenden Enden mit je einem Anschluß für die Stromversorgung
ausgerüstet ist.
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HERAEUS ELEKTRODEN GMBH, 6450 HANAU, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |