DE68915043T2 - Massive Anode, die mosaikartig aus modularen Anoden besteht. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Verwendung von Nicht-Opferanoden (non-sacrificial anodes) zur kontinuierlichen elektrolytischen Beschichtung großer Gegenstände, z.B. Metallüberzug von Stahlwendeln, ist bekannt. Ein repräsentatives, elektrolytisches Abscheidungsverfahren ist das Elektrogalvanisieren. Bei einer solchen Abscheidung wird ein Substratmetall, z.B. ein von einer Spule zugeführtes Stahlblech einem elektrolytischen Beschichtungsverfahren häufig mit hoher Durchgangsgeschwindigkeit unterzogen. Es ist bekannt, die Anoden fuhr ein solches Verfahren zu konstruieren, wobei Eigenheiten wie z.B. elektrolytische Strömung als auch andere dynamische Eigenschaften in Betracht gezogen werden müssen.
• In dem US-Patent Nr. 4,642,173 z.B. ist eine Elektrode gezeigt, welche nicht nur unter Berücksichtigung der Erfordernisse hoher Leistung für einen Elektrogalvanisierungsvorgang, sondern auch unter Berücksichtigung der Steuerung und der Richtung des elektrolytischen Strömungsmusters konstruiert wurde. Bei der Anordnung gemäß diesem Patent sind längliche, lamellenförmige Anoden durch stabförmige Stromverteiler auf Plattenanschlußelementen angeordnet, welche an einem Stromzuführungspfosten befestigt sind.
• Es war auch bei anderen elektrolytischen Verfahren bekannt, parallele Streifen oder Leiter vom Längsrippentyp aus Stromverteilerblechen zusainmenzufügen. Diese Platten können sich in stromleitendem Kontakt mit Hauptstromverteilerstäben befinden, an die Strom durch Pfosten zugeführt wird, wie es z.B. in dem US-Patent Nr. 4,364,811 gezeigt worden ist.
• Jedoch besteht immer noch das Bedürfnis nach Anodenanordnungen, welche bei einem Abscheidungsverfahren, z.B. beim Elektrogalvanisieren, verwendbar sind, welche Anordnungen für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbunden mit der Leichtigkeit und der Wirtschaftlichkeit bei Ersatz oder Reparatur, darin eingeschlossen Anodenwiederbeschichten sorgen. Es wäre auch höchst wünschenswert, wenn solche Anodenanordnungen nicht nur effizient und wirtschaftlich, sondern auch robust aufgebaut wären, um den Belastungen des Fertigungsstraßenbetriebs in der Stahlbeschichtungsindustrie gewachsen zu sein. Es kann für solche Anodenstrukturen auch erforderlich sein, einen kontinuierlichen Betrieb weiterzuführen, während sie gelegentliche Kurzschlüsse ertragen, ohne die kontinuierliche, gleichmäßige Abscheidung zu unterbrechen.
• Darüberhinaus ist es in einigen Industrieanlagen notwendig, daß Anoden nicht nur einen robusten Aufbau aufweisen, sondern auch eine unflexible, feste Position beibehalten. Wenn eine Anoden z.B. in einem zum Elektrogalvanisieren einer Stahlspule verwendeten Elektrolyten angeordnet ist und sich der gewendelte Stahl in der Nähe und vor der Anodenfläche schnell bewegt, ist es wegen einer solchen Kathodenbewegung wünschenswert, daß die Anode eine feste Position aufweist, um für eine kontinuierliche Gleichförmigkeit des Erzeugnisses zu sorgen. Es ist auch notwendig für die Robustheit der Anodenanordnung zu sorgen, da die sich schnell bewegende Kathode bei einem solchen Elektrolysebetrieb bei übermäßiger Bewegung in Kollisionskontakt mit der Anodenoberfläche kommen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
• Eine verbesserte, höchst effiziente und robuste Anodenanordnung ist jetzt konstruiert worden. Die Anordnung weist eine gewünschte Unflexibilität auf, z.B. zur Verwendung mit einer sich bewegenden Kathode, bei der eine Anode mit fester Position erforderlich sein könnte. Ein modularer Aufbau sorgt dafür, daß gelegentliche Kurzschlüsse, ohne Zerstörung eines beträchtlichen Anteils der gesamten Anodenanordnung tragbar sind. Darüber hinaus kann eine solche Konstruktion für die Einfachheit und Wirtschaftlichkeit des Anodenwiederaufbaus und der Reparatur sorgen. Die Robustheit der Konstruktion in Verbindung mit der Betriebseffizienz und darin eingeschlossen die Widerstandsfähigkeit gegenüber Angriffen aus der Betriebsumgebung führt zu einem verlängerten wirtschaftlichen Betrieb, darin eingeschlossen die wünschenswerte Freisetzung von Nebenprodukten, z.B. bei Gasbildung, ohne schädlichen Verlust an Betriebseffizienz.
• Unter einem weiten Blickwinkel ist die Erfindung auf eine massive Anode von im allgemeinen ebener Gestalt gerichtet, welche zumindest im wesentlichen unflexibel ist und eine Anordnung modularer Anoden umfaßt und für die Verwendung mit einer gegenüberliegenden, sich bewegenden Kathode, darin eingeschlossen eine Bewegung auf die Anode zu, eingerichtet ist, welche Anode umfaßt mehrere einzelne, und nicht-selbstverzehrbare modulare Anoden (2) mit ebener Form, welche elektrisch leitende Metallelemente (3) mit ebener Gestalt und aktiven Anodenstirnflächen in einer gemeinsamen Ebene aufweisen, wodurch die Anode eine im allgemeinen ebene Stirnfläche aufweist, wobei jede modulare Anode beabstandet ist von einem elektrisch leitenden Trägerplattenelement (15), welches als ein Stromverteilungselement für die modularen Anoden dient, eine Reihe von linearen, dielektrischen Streifenelementen (7), welche an dem Trägerplattenelement (15) angebracht sind und in der Nähe von zumindest einigen der Ränder benachbarter, modularer Anoden (2) angeordnet sind, darin eingeschlossen dielektrische Streifenelemente, welche sich nach vorne über die Stirnflächen der modularen Anoden hinaus in Richtung der gegenüberliegenden Kathode erstrecken, zumindest ein ein langgestrecktes Isolatorelement (10), welches sich über jede aktive Anodenstirnfläche erstreckt, und Metallverbindungsmittel (16), welche jede modulare Anode an einer Rückseite derselben in elektrischer Verbindung an dem Trägerplattenelement befestigen, während sie eine Beabstandung jeder modularen Anode von dem Trägerplattenelement vorsehen.
• Unter anderen Blickwinkeln betrifft die Erfindung eine modulare Anode, z.B. zur Verwendung bei der vorhergehend beschriebenen, massiven Anode als auch die Verteileranschlußanordnung bei derartigen massiven Anoden, welche sowohl elektrisch höchst leitend, als auch gegenüber der korrosiven Umgebung widerstandsfähig ist und der Verwendung der Anode zugeordnet werden kann. Noch andere Aspekte umfassen eine elektrolytische Zelle mit einer derartigen massiven Anode, die Verwendung der Anode in einer Zelle und eine spezielle Elektrodentragestruktur für die Anode.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen massiven Anode.
• Figur 2 ist eine geschnittene Seitenansicht der Anode von Figur 1.
• Figur 2A ist eine teilweise geschnittene, vergrößerte Ansicht eines Teils der Anode von Figur 2.
• Figur 2B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Anode von Figur 2.
• Figur 3 ist ein Querschnitt eines Teil der Anode von Figur 1.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Die erfindungsgemäße Anode ist insbesondere beim Elektroabscheidungsbetrieb in einer elektrolytischen Zelle verwendbar, wobei eine Abscheidung, z.B. eine Metallabscheidung, beispielsweise eine Zink enthaltende Abscheidung an einer Kathode vorgesehen wird. Beispielhaft für solche Vorgänge ist das Elektrogalvanisieren eines Metallsubstratstreifens, z.B. eines Stahlstreifens. Die Anode ist insbesondere in einem Elektroabscheidungsbetrieb verwendbar, bei dem die Kathode eine sich bewegende Kathode ist, z.B. ein sich bewegendes Stahlblech, beispielsweise bei einem Elektrogalvanisierungsvorgang von gewendeltem Stahl in Streifenform. Geeigneterweise wird die Anode im folgenden häufig in Beziehung auf die Verwendung in einem Elektroabscheidungsvorgang beschrieben, wobei ein derartiger Vorgang aus Darstellungsgründen häufig als ein Elektrogalvanisierungsvorgang bezeichnet werden kann. Es ist jedoch zu beachten, daß die Anode auch zur Verwendung in elektrolytischen Zellen vorgesehen ist, welche andere Elektroabscheidungsverfahren benutzen, z.B. die Anscheidung von Metallen, wie z.B. Kadmium, Nickel oder Zinn, sowie Metallegierungen, beispielsweise Nickel-Zink Legierungen als auch in Verfahren, welche sich von einer Elektroabscheidung unterscheiden, z.B. Eloxieren, Elektrophorese und Elektrobeizen.
• Aus Einfachheitsgründen wird die Anode im folgenden für gewöhnlich als eine "massive Anode" bezeichnet. Damit ist gemeint, daß die vollständig zusammengefügte Anode ein Kollektiv aus einer Anzahl einzelner, kleiner Anodeneinheiten ist, welche selbst als Anoden wirken können. Es ist also zu beachten, daß die massive Anode keine bestimmte Maßstabsgröße aufweisen muß, sondern lediglich aus den einzelnen Untereinheiten zusammengefügt sein muß. Aus Gründen der Einfachheit werden diese Einheiten im folgenden häufig als "Anodenmodule" bezeichnet. Damit ist eine Montagegruppe gemeint, welche selbst als eine Anode dienen könnte, welche aber mit ähnlichen Montagegruppen zusammen zu verwenden ist, z.B. in Reihen ähnlicher oder gleichartiger Anodenmodule zusammen angeordnet, wobei, wenn es erwünscht ist, Stapel aus Reihen verwendet werden, um die massive Anode zu bilden. Die Anodenmodule können eine Platte umfassen, welche vorstehende Anodenstreifen trägt, welche als "Blätter" oder "Rippen" oder "Lamellen" bezeichnet werden können, wobei die Platte deshalb eine "gerippte Platte" oder dgl. ist.
• In den Zeichnungen wird das gleiche Bezugszeichen in allen Figuren generell für das gleiche Element verwendet. Aus Gründen der Einfachheit wird im folgenden auf Elemente der Zeichnungen in vertikaler oder horizontaler Position Bezug genommen, was jedoch nicht als eine Einschränkung der Erfindung bezüglich ihrer Anordnung bei ihrer Verwendung zu verstehen ist. In Figur 1 ist eine massive Anode allgemein mit 1 bezeichnet. Diese erläuternde massive Anode 1 ist in einem Teilzusammenbauzustand gezeigt. Bei Fertigstellung würde sie aus fünfundzwanzig (25) Anodenmodulen 2 zusammengefügt sein. Die Anodenmodule 2 werden nebeneinander in jeweils fünf Module umfassenden, horizontalen Reihen angeordnet und die Reihen werden aufeinander gestapelt, um einen vertikalen Stapel aus fünf Reihen bei dieser bestimmten, massiven Anode 1 vorzusehen. In diesem Teilzusammenbauzustand der Figur sind nur zwanzig (20) Anodenmodule 2 gezeigt. Die Anodenmodule 2 haben jeweils ein Stirnflächenelement 3 von im allgemeinen ebener Form. An jedem Stirnflächenelement 3 gibt es eine Reihe paralleler, vertikaler Metallelemente 4 in der Art von "Längsrippen" oder "Lamellen", welche von dem Stirnflächenelement 3 wegragen (und in der Figur lediglich teilweise und an lediglich einem Stirnflächenelement 3 dargestellt sind). Eine horizontale Vertiefung 5 ist in die Lamellenelemente 4 transversal zu diesen eingeschnitten. Jede horizontale Vertiefung 5 umfaßt einen an dem Stirnflächenelement 3 durch Befestigungselemente 6 angefügten Isolierstreifen 10.
• Benachbarte Ränder der Stirnflächenelemente 3 sind in jeder Reihe von Anodenmodulen 2 vertikal geringfügig voneinander abgesetzt. Die horizontalen Ränder der Stirnflächenelemente 3 sind durch horizontale, dielektrische Streifen 7 in Reihen solcher Elemente 3 getrennt. Die dielektrischen Streifen 7 sind durch korrosionsbeständige Schrauben 8 an einer Trägerplatte 15 angeschraubt. Wie es in dem teilweisen Schnitt der Figur dargestellt ist, sind an den vertikalen Rändern benachbarter, der in Reihen nebeneinanderliegenden Module 2 vertikale, dielektrische Streifen 9 angeordnet, welche unterhalb der Ränder der Metalloberflächenelemente 3 als Kompressionsträger dienen. Diese vertikalen, dielektrischen Streifen 9 sind an der Trägerplatte 15 durch Trägerschrauben 11 befestigt. Aufgrund ihrer Kompressionstragefunktion können diese Streifen 9 im folgenden als "Kompressionsträger 9" bezeichnet werden. Entlang der Seite der massiven Anode 1 sind Randmaskenführungsteile 12 angeordnet und die Anode 1 weist oben ein Paar von Verteilerverbindungselementen 13 auf. Die Verteilerverbindungselemente 13 weisen Öffnungen 14 auf, durch welche nicht dargestellte Befestigungselemente die Verbindungselemente 13 mit der Verteileranordnung einer anderen Zelle verbinden oder welche für den externen elektrischen Anschluß der Zelle verwendet werden.
• Auf Figur 2 bezugnehmend weist die massive Anode 1 Module 2 auf, welche jeweils an einer Trägerplatte 15 befestigt sind. Die Anodenmodule 2 sind mit Lamellenelementen 4 an einem Stirnflächenelement 3 ausgestattet. An ihren horizontalen Rändern sind die einzelnen Anodenmodule 2 durch dielektrische Streifen 7 in Reihen unterteilt. Die einzelnen Anodenmodule 2 sind durch Befestigungselemente 16 mit der Trägerplatte 15 verbunden, wie es in Figur 2A gezeigt und auf Figur 2A bezugnehmend genauer beschrieben wird. Die Befestigungselemente 16 jedes Moduls 2 weisen dieselbe Tiefe auf, so daß die Stirnflächenelemente 3 in einer Seite-an-Seite und Reihe-auf-Reihe Anordnung angeordnet sind, wodurch eine ebene, aktive Gesamtanodenfläche in einer gemeinsamen Ebene geschaffen wird. Horizontale Isolierstreifen 10 sind mittig an jedem Modul angeordnet. Metallplattenbefestigungselemente enden rückwärtig von der Trägerplatte 15 in einer Schraube 17. Die dielektrischen Streifen 7 umfassen Randstreifen 7a, welche am oberen und am unteren Ende der Stapel der Anodenmodule 2 angeordnet sind. An ihrem oberen Ende ist die Trägerplatte 15 durch Befestigungselemente 18 mit einem Verteilerverbindungselement 13 verbunden. Das Verteilerverbindungselement 13 weist Öffnungen 14 für einen externen Anschluß oder dgl. auf. Aus Gründen der Einfachheit sind die vertikalen Kompressionsträger 9 in dieser Figur nicht dargestellt, in der sie den Raum zwischen der Trägerplatte 15 und dem Stirnflächenelement 3 einnehmen würden.
• In Figur 2A weist das Anodenmodul-Stirnflächenelement 3 vorstehende Lamellenelemente 4 auf. Das Stirnflächenelement 3 ist durch ein Metallverbindungselement oder einen Vorsprung 16 mit einer Trägerplatte 15 verbunden. Zwischen dem Metallverbindungselement 16 und der Trägerplatte 15 befindet sind eine Metallbeschichtung 21 zur Spannungsminimierung. Das Netallverbindungselement 16 und die Beschichtung 21 beabstanden das Stirnflächenelement 3 von der Trägerplatte 15, wodurch es dem Flächenelement 3 ermöglicht wird, nach "vorne" oder "außerhalb" von der Trägerplatte vorzustehen, in dem Sinne, in dem diese Begriffe hier verwendet werden. Das Stirnflächenelement 3 ist an dem Metallverbindungselement 16 wenigstens teilweise durch stromtragende Schweißstellen befestigt. Das Metallverbindungselement 16 und die Trägerplatte 15 werden zusätzlich durch ein Befestigungselement 23 zusammengebracht. Das Befestigungselement 23 endet rückwärtig von der Trägerplatte 15 in einer Unterlegscheibe und einer gewindeten Schraube 17. In einer Vertiefung 5 an dem Stirnflächenelement 3 befindet sind ein horizontaler Isolatorstreifen 10.
• Wie in Figur 2B gezeigt, weisen die Anodenmodul-Stirnflächenelemente 3 Lamellenelemente 4 auf. Benachbarte parallele, horizontale Ränder dieser Stirnflächenelemente 3 sind durch dielektrische Streifen 7 voneinander beabstandet. Die dielektrischen Streifen 7 umfassen ein Isolierelement 25, welches durch eine Senkschraube 26 mit Gewinde an der Trägerplatte 15 befestigt ist.
• In Figur 3 entsprechend der Linien 3 - 3 von Figur 1 weisen die Anodenmodul-Stirnflächenelemente 3 Lamellenelemente 4 auf. Diese Lamellenelemente 4 weisen der Kathode gegenüberliegende Vorderseitenbereiche 31 als den vordersten Abschnitt der Elemente 4 und Schlitze 32 mit drei Seiten zwischen den Stirnflächenbereichen 31 auf. An ihren benachbarten Rändern sind die Stirnflächenelemente 3 der Lamellenelemente 4 geringfügig voneinander beabstandet. Bei diesem geringfügigen Abstand zwischen den Rändern, aber unterhalb der Stirnflächenelemente 3, ist ein stoßabsorbierender, dielektrischer Streifen 9 oder Kompressionsträger 9 angeordnet. Dieser Kompressionsträger 9 ist an der Trägerplatte 15 mittels einer Senkschraube 33 befestigt. Wie es in den Figuren 2B und 3 am besten zu sehen ist, können einige der dielektrischen Streifenelemente, d.h. die dielektrischen Streifen 7 von Figur 2B, sowohl über die Stirnflächenelemente 3 nach außen vorstehen als auch derartige Elemente 3 an ihren Rändern trennen.
• Darüber hinaus können einige dielektrische Streifenelemente, d.h. die dielektrischen Streifen 9 von Figur 3 an Rändern der Stirnflächenelemente 3 angeordnet werden, wobei aber die Stirnflächenelemente 3 selbst voneinander getrennt sind.
• Beim Zusammenbau kann die Stirnseite der Trägerplatte 15 die dielektrischen Streifen 7 anfänglich an die Platte 15 geschraubt und sich über die Stirnfläche der Platte 15 erstrekkend aufweisen. Dann können die Kompressionsträger 9 an der Platte 15 verschraubt und zwischen den dielektrischen Streifen 7 angeordnet werden. In diesem Zusammenbaustadium weist die Trägerplatte 15 also ein Netzwerk in Gestalt eines Gitters mit parallelogrammförmigen Zonen von typischerweise horizontalen Streifen 7 und vertikalen Streifen 9 auf, welche an der Platte 15 angebracht sind. Die Leitungsverteileranordnung, d.h. das Verteilerverbindungselement 13 kann an der Rückseite der Trägerplatte mittels der Verteilerbefestigungselemente 18 befestigt werden. Bei einem Modul 2 können die Lamellenelemente 4 an das Metallstirnelement 3 geschweißt werden. An der Rückseite des Moduls 2 ist ein an einem Ende galvanisch behandeltes Metallverbindungselement 16 mit dem gegenüberliegenden Ende an das Stirnelement 3 geschweißt. Dann können die Lamellenelemente 4 an dem Stirnelement 3 mit den Stirnbereichen 31 und den dazwischenliegenden Schlitzen 32 eine Beschichtung zum Vorsehen einer aktiven Anodenoberfläche erhalten. Danach können die Isolierstreifen 10 in den Vertiefungen 5 an dem Stirnelement 3 des Moduls 2 befestigt werden. Die derart vorbereitete Modulbaueinheit kann dann an der Trägerplatte 15 befestigt werden, um den Zusammenbau des Moduls 2 mit der Platte 15 zu vollenden. Wenn alle Module 2 derart befestigt worden sind, kann die Platte 15 dann mit Randmaskenführungen 12 und Stützarmen ausgestattet werden und zum Einbau in einer elektrolytischen Zelle bereit sein.
• Aufgrund des Aufbaus der Stirnelemente 3 aus einzelnen durch die Verbindungselements 16 von der Trägerplatte 15 beabstandeten Modulen 2 weist die massive Anode 1 zumindest eine beträchtliche Unflexibilität auf. Damit ist gemeint, daß sich die Anode 1 abgesehen von einer Einstellung durch die Stützarme in der Zelle nicht frei bewegen kann, aber die vorstehenden Module 2 aufweist, welche dann, wenn sie z.B. von einer sich bewegenden Kathode getroffen werden, die Möglichkeit haben, zum Absorbieren eines derartigen Stoßes wenigstens geringfügig durch die Stirnelemente 3 und die Kompressionsträger 9 auszuweichen. Die Fähigkeit, einen derartigen Stoß zu absorbieren, der nur einen Teil der Stirnseite der Anode betreffen mag, wird daher durch die Nicht-Verbindung der Module 2 und ihre Anordnung in Reihen und Stapeln als beabstandete, separate Einheiten ermöglicht. Darüber hinaus können sowohl die dielektrischen Streifen 7, als auch die Isolierstreifen 10 kompressibel sein, was weiterhin zu der geringen Flexibilität der Gesamtmassivanode beiträgt.
• Die Trägerplatte 15 weist zum Beginnen des Zusammenbaus der Anode 1 vorzugsweise wenigstens eine im wesentlichen ebene Oberfläche auf. Dies kann zu einem wenigstens im wesentlichen konstanten Spalt zwischen Anode und Kathode von der Stirnfläche der Anode 1 aus beitragen, z.B. ein Spalt von üblicherweise ungefähr 25,4 mm (1 Zoll), der aber größer sein kann, z.B. 38,1 bis 76,2 mm (1,5 bis 3 Zoll). Es ist jedoch zu beachten, daß andere Konfigurationen z.B. eine krummlinige Trägerplatte 15 geeignet sein können, was im allgemeinen von den Abmessungen der Zelle abhängt, für welche die Anode benutzt werden soll. Obwohl andere Gestaltungen verwendet werden könnten, wird davon ausgegangen, daß die Metallverbindungselemente 16 im wesentlichen immer von gleichförmiger Abmessung sind und daß alle Stirnflächenelemente 3 für jede massive Anode 1 zumindest im wesentlichen gleiche Dicke aufweisen, wodurch beim Zusammenbau der massiven Anode 1 die Stirnflächen der aktiven Anode zumindest im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene sind und dadurch der Anode 1 eine zumindest im wesentlichen ebene Stirnfläche geben.
• Obwohl die modularen Anoden 2 mit Stirnflächenelementen 3 gezeigt wurden, die Lamellenelemente 4 aufweisen, ist es selbstverständlich, daß derartige Stirnflächenelemente 3 flach sein können oder davon wegstehende oder vorstehende erhabene Elemente mit Konfigurationen haben können, welche sich von Lamellen unterscheiden. Zum Beibehalten des zumindest im allgemeinen konstanten Spalts zwischen Anode und Kathode jedoch und deshalb zum Vorsehen der durch Lamellen gegebenen, zumindest im allgemeinen ebenen Anodenoberfläche ist es vorteilhaft, daß andere Konfigurationen im Hinblick auf diese Kriterien ausgewählt werden.
• Wenn vorstehende Elemente verwendet werden, sind diese bevorzugterweise voneinander beabstandet, parallel zueinander und vertikal ausgerichtet, so daß eine Strömung, z.B. eine Gasfreisetzung während des Elektrolysebetriebs zugelassen wird. Darüberhinaus können vertikal ausgerichtete, parallele Elemente ein Minimieren von Reibungsverlusten der Elektrolytströmung an der Stirnseite der Anode ermöglichen, wenn sich eine Kathode von unten nach oben an der Stirnseite der Anode von Figur 1 nach oben bewegt. Obwohl das gezeigte Stirnflächenelement 3 eine feste Platte ohne Löcher ist, wird auch daran gedacht, dieses Element zu durchlöchern, z.B. eine herkömmliche, perforierte Platte, ein Drahtgewebe, ein Streckmetall oder ein Metallsieb oder dgl. vorzusehen, solange eine derartige Platte bei Verwendung in einem Elektroabscheidungsvorgang, bei dem üblicherweise ein konstanter Spalt zwischen Anode und Kathode bevorzugt wird, eine zum Ausbilden einer derartigen Konstantspalteigenschaft zumindest im wesentlichen ausreichende Festigkeit beibehält. Weiterhin wird daran gedacht, daß das Stirnflächenelement 3 jede allgemeine Parallelogrammform mit typischerweise zumindest im wesentlichen vertikalen und horizontalen Kanten, z.B. ein Rhombus, in geeigneter Weise haben kann, obwohl es mit einer quadratischen Stirnfläche dargestellt ist. In einem solchen Fall weist das Netzwerk der dielektrischen Elemente 7, 9 eine dem Umriß der Stirnflächenelemente 3 ähnliche Form auf. Bei den Konstruktionsmaterialien für das Stirnflächenelement 3 als auch für die Lamellenelemente 4 wird an in der Umgebung nicht-selbstverzehrbare Materialien gedacht, welche die hitzebeständigen Metalle Titan, Niob, Tantal oder dgl. umfassen, welche mit einer katalytisch aktiven Beschichtung beschichtet sind.
• Das dargestellte Stirnflächenelement 3 weist eine zentrale Ausnehmung 5 zum Aufnehmen des Isolierstreifens 10 auf. Es ist jedoch zu beachten, daß solche Streifen 10 als zwei oder mehr Streifen vorhanden sein können, welche typischerweise parallel zueinander sind und nicht mittig an dem Stirnflächenelement 3 angeordnet zu sein brauchen. Obwohl die Längsachse derartiger Streifen 10 zu der Längsachse der Lamellenelemente 4 transversal angeordnet dargestellt ist, wird darüberhinaus daran gedacht, daß andere Anordnungen, z.B. eine parallele Anordnung der Elemente 4 zu den Streifen 10 verwendet werden kann. Die Streifen 10 sind auf alle Fälle an dem Stirnflächenelement 3 getrennt von den Elementen 4 und sollten immer groß genug dimensioniert sein, um für alle Elemente der modularen Anode der Kathode am nächsten nach außen vorzustehen. Dieses Vorstehen trägt zum Schutz der Anode vor Kathodenkontakt bei. Daher dienen die Streifen 10 zusammen mit den dielektrischen Streifen 7 als die Vorstehelemente dazu, den Kontakt einer sich bewegenden Kathode anfänglich aufzunehmen und zu absorbieren. Diese Streifen 7, 10 sind bevorzugterweise linear oder längsgeformt, wie in den Figuren gezeigt, wobei sich die Isolierstreifen 10 von Rand zu Rand an dem Plattenelement 3 erstrecken, obwohl an eine andere Konfiguration und Länge gedacht wird. Gleichermaßen erstrecken sich die dielektrischen Streifen 7 von Rand zu Rand der Trägerplatte 15, obwohl unterschiedliche Streifen 7 auch verwendbar sind, z.B. solche, die entlang der Platte 15 segmentiert sind. Obwohl die dielektrischen Streifen 7 im Querschnitt allgemein T-förmig oder L-förmig, wie bei den Streifen 7A sind, und die T-förmig oder L-förmig, wie bei den Streifen 7A sind, und die Isolierstreifen 10 allgemein als rechteckig dargestellt sind, wird darüber hinaus an andere Formen gedacht, z.B. U-Form oder abgeschnittene Sternform.
• Es wird daran gedacht, daß diese Streifen 10 und 7 aus dem gleichen oder ähnlichen Isoliermaterialien sein können. Üblicherweise sind das verformbare Kunststoffmaterialien, umfassend die Thermoplaste, z.B. Polyolefinmaterialien. Eine repräsentative, geeignete Substanz für diese Streifen ist Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, als auch Polypropylen oder die halogenierten Harze, z.B. Polytetraflourethylen und flouriertes Ethylenpropylenharz. Es wird auch daran gedacht, keramische Materialien für diese Streifen 10 und 7 zu verwenden, z.B. Streifen aus Aluminiumoxid oder Zirkonoxid, welche eine wünschenswerte Abrasionsresistenzeigenschaft aufweisen. Dergleichen können die dielektrischen Streifen, welche die Kompressionsträger 9 sind, aus dem gleichen oder ähnlichen Materialien hergestellt sein wie diese Streifen 7, 10. Die Träger 9 können auch einen anderen Querschnitt aufweisen als die gezeigte U-Form, z.B. eine B-Form. Das für die Kompressionsträger 9 ausgewählte Material sollte gegenüber den Umgebungsbedingungen widerstandsfähig sein, z .B. gegenüber der eletrolytischen Umgebung, in der die Anode benutzt wird. Es wird auch vorteilhafterweise verformbar sein, um einen Stoß, z.B. von der Kathode zu absorbieren, als auch abrasionsresistent sein. Zum Absorbieren eines Stoßes ohne schädliche Abrasion oder Beschädigung können die Streifen 7 und 10 abgefaste oder abgeschrägte Ränder aufweisen.
• Die Metallverbindungselemente oder Vorsprünge 16 können aus einem geeigneten, elektrisch leitenden Metall hergestellt sein, welches ebenfalls gegenüber der elektrolytischen Umgebung resistent ist. Metalle, bei denen an die Verwendung für diese Vorsprünge 16 gedacht wird, umfassen die hitzebeständigen Metalle, z.B. Titan und Niob. Aus Gründen guter elektrischer Leitfähigkeit zusammen mit gewünschter Umgebungsresistenz ist das Metall für den Leiter vorzugsweise Titan. Auf diese Weise kann das Verbindungselement 16 fest an den Stirnflächenelementen 3, z.B. durch Schweißen, beispielsweise Laserschweißen, Wolfram-Inertgas-Schweißen oder Metall- Inertgas-Schweißen, befestigt werden. Das Verbindungselement 16 wird eine unterschiedliche Zusammensetzung, d.h. eine unterschiedliche metallurgische Deckung (make-up) für den Übergangskontakt mit der Trägerplatte 15 aufweisen. Ein solcher Zusammensetzungsunterschied ist ein metallurgischer Unterschied an der Verbindungselementoberfläche, welche sich von der allgemeinen Zusammensetzung des Verbindungselements unterscheidet. Wenn das Verbindungselement, z.B. aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, welche also die allgemeine Zusammensetzung des Verbindungselements ist, dann kann der metallurgische Unterschied für eine Verbindungselementoberfläche eine elektrogalvanisierte Metalloberfläche eines sich von Titan oder der Legierung unterscheidenden Metalls sein. Dieser metallurgische Unterschied kann dazu dienen, den Kontakt zwischen dem Verbindungselement 16 und benachbarten, elektrisch leitenden Elementen zu verstärken. Vorteilhaft für eine hervorragend elektrisch leitende Verbindung, als auch für eine Resistenz gegenüber dem Elektrolyten soll dieser Unterschied in der Zusammensetzung durch Beschichten der Verbindungselementoberfläche vorgesehen werden. Es kann jedoch auch eine andere Veränderung, z.B. durch Legieren der Oberfläche, nützlich sein. Wenn eine Beschichtung verwendet wird, wird aus Wirtschaftlichkeitsgründen ein Elektrobeschichtungsvorgang bevorzugt, obwohl andere Beschichtungsvorgänge, z.B. Bürstengalvanisierung, Plasmalichtbogenspritzen oder eine Dampfabscheidung verwendbar sind. Bei dem für das Verbindungselement 16 bevorzugten Metall Titan ist es vorteilhaft, eine galvanisierte Edelmetallbeschichtung zu benutzen. Eine derartige Edelmetallbeschichtung ist eine Beschichtung aus einem oder mehreren der Gruppe VIII oder Gruppe IB Metalle mit einem Atomgewicht, das größer als 100 ist, z.B. den Metallen Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Osmium, Iridium, Platin und Gold. Aus Gründen des vergrößerten elektrischen Kontakts wird vorzugsweise eine Platinplattierung verwendet.
• Es wird daran gedacht, für die Trägerplatte 15 irgendein Metall zu verwenden, welches gegenüber dem Elektrolyten eine geeignete Resistenz aufweist und eine wünschenswerte elektrische Leitfähigkeit aufweist. Solche Metalle umfassen die Ventilmetall (valve metal), z.B. Tantal, Titan und Niob. Zur Kombination elektrischer Leitfähigkeit mit Elektrolytresistenz ist die Trägerplatte 15 vorzugsweise bei einem Elektrogalvanisierungsvorgang aus Titan oder einem Metall mit Titanhülle oder Platierung, z.B. titanumhüllter Stahl. Obwohl die Trägerplatte 15 bevorzugterweise aufgrund der Robustheit kombiniert mit elektrischer Leitfähigkeit und Elektrolytresistenz ein massives Titanblech ist, kann es eine andere Konfiguration aufweisen, z.B. eine perforierte Platte oder ein offenes Rahmenwerk sein. Die Befestigungselemente, z.B. zum Verbinden der Metallverbindungselemente 16 mit der Trägerplatte 15 oder zum Befestigen des Kompressionsträgers 9 an der Trägerplatte 15 können aus dem gleichen oder ähnlichen Metallen wie die Trägerplatte 15 sein. Obwohl sie mit Gewinde dargestellt sind, können sie auch anders sein, z.B. mit der Trägerplatte 15 vernietet oder mit Gewinde versehene Stifte sein, welche z.B. an die Trägerplatte 15 geschweißt sind.
• Für die Verteilerverbindungselemente 13 wird am wünschenswertesten ein hochleitfähiges Metall, z.B. Kupfer verwendet. Diese Verbindungselemente 13 können an die Trägerplatte 15 geschraubt sein, z.B. durch Befestigungselemente 18 aus Kupfer, Kupferlegierung oder Stahl, umfassend rostfreien und hochfesten Stahl. Da Kupfermetall in einer Elektrogalvanisierungsumgebung z.B. durch den Elektrolyten angegriffen werden kann, wird das Kupferverteilerwerk üblicherweise bedeckt sein, umfassend Umhüllen, Plattieren, Explosionsbinden oder Schweißen mit einem trägeren Metall z.B. einem Ventilmetall (valve metal). Explosionsgebundene Titanbleche z.B. können deshalb die Fläche der Verteilerverbindungselemente 13 schützen, während die Ränder Streifen aus daran angeschweißten Titan haben können, um einen vollständigen Schutz des darunterliegenden Kupfermetalls zu haben.
• Die Stirnflächenelemente 3 als auch irgendwelche zusammenhängenden vorstehenden Elemente, z.B. die Lamellenelemente 4 enthalten aufgrund bester Anodenaktivität vorteilhafterweise eine elektrokatalytische Beschichtung. Eine solche wird aus Platin oder einem anderen Platingruppenmetall sein oder sie kann irgendeine aus einer Anzahl aktiver Oxidbeschichtungen sein, z.B. der Platingruppenmetalloxide, Magnetit, Ferrit, Kobaltspinell oder gemischten Metalloxidbeschichtungen, welche zur Verwendung als Anodenbeschichtungen in der elektrochemischen Industrie entwickelt worden sind. Die Platinguppenmetall oder Gemischtmetalloxide zur Beschichtung sind als solche allgemein in einem oder mehreren US-Patente Nr. 3,265,526, 3,632,498, 3,711,385 und 4,528,084 beschrieben worden. Insbesondere umfassen solche Platingruppenmetalle Platin, Palladium, Rhodium, Iridium und Ruthenium oder Legierungen derselben und mit anderen Metallen. Mischmetalloxide umfassen zumindest eines der Oxide dieser Platingruppenmetalle in Kombination mit zumindest einem Oxid eines Ventilmetalls (valve metal) oder eines anderen unedlen Metalls.
• Wenn die Stirnflächenelemente 3 mit Lamellenelementen 4 oder dgl. ausgestattet sind, ist es vorteilhaft, daß die der Kathode gegenüberliegenden Stirnbereiche 31 eine Fläche aufweisen, welche zumindest genauso groß ist, wie die vorstehende Fläche der Schlitze 32. D.h. das Verhältnis der Stirnflächen 31 zu der vorstehenden Fläche der Schlitze 32 ist zumindest ungefähr 1:1. Ein solches Flächenverhältnis für die Stirnflächen zu den vorstehenden geschlitzten Flächen wird zu reduzierter Anodenüberspannung führen, aufgrund einer verringerten Durchschnittsbetriebsstromdichte. Darüber hinaus werden gelegentliche Kurzschlüsse, welche die Beschichtung an den Stirnflächen 31 der Lamellen beschädigen können, die geschlitzten Flächen 32 nicht betreffen. Für die beste Betriebslebensdauer der Beschichtung wird ein solches Verhältnis zumindest ungefähr 3:1 sein und kann sogar größer sein, z.B. 4:1 bis zu 5:1 oder mehr.
• Die Randmaskenführungen 12 können dazu dienen, die einstellbaren Randmasken an den Rändern der Kathode, z.B. einer Stahlstreifenkathode, zu führen und auszurichten. Die Randmasken können dazu verwendet werden, unerwünschte elektrolytische Abscheidung an einer Kathode, welche nur an einer Seite beschichtet werden soll, zu reduzieren und zu steuern. Daher können die Randmaskenführungen 12 longitudinale, längsrippenartige Seitenelemente sein, welche sich an den Rand der Anode 1 eng anschmiegen. Geeignete Konstruktionsmaterialien für solche Führungen 12 sind die gleichen wie für die Streifen 10 und 7. Daher kann ein Polyolefinmaterial, z.B. Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht für diese Führungen 12 verwendet werden, wobei die Anode 1 im Elektrogalvanisierungsbetrieb verwendet wird, und die Führungen wünschenswerte Robustheit der Konstruktion mit Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Elektrogalvanisierungsmedium kombinieren sollen.
• Die Anode 1 kann auch Stützarme umfassen, welche in eine Position seitlich der Anode 1 vorspringen, so wie es in Figur 1 dargestellt ist. Solche Stützarme können oberhalb und unterhalb der Randmaskenführungen 12 angeordnet werden. Diese Stützarme können einstellbare Stützlager oder Nocken umfassen, welche eine Einstellung des Spalts zwischen der Anode und der Kathode ermöglichen, sogar nachdem die Anode 1 z.B. in einem Elektrogalvanisierungszellenbehälter positioniert worden ist. Diese Arme können aus ähnlichen Konstruktionsmaterialien sein wie die Trägerplatte, z.B. aus titanumhülltem Stahl.

Claims (24)

1. Massive Anode von im allgemeinen ebener Gestalt, welche zumindest im wesentlichen unflexibel ist und eine Anordnung modularer Anoden umfaßt und für die Verwendung mit einer gegenüberliegenden, sich bewegenden Kathode, darin eingeschlossen eine Bewegung auf die Anode zu, eingerichtet ist, welche Anode umfaßt:

mehrere einzelne, und nicht-selbstverzehrbare modulare Anoden (2) mit ebener Form, welche elektrisch leitende Metallelemente (3) mit ebener Gestalt und aktiven Anodenstirnflächen in einer gemeinsamen Ebene aufweisen, wodurch die Anode eine im allgemeinen ebene Stirnfläche aufweist, wobei jede modulare Anode beabstandet ist von einem elektrisch leitenden Trägerplattenelement (15), welches als ein Stromverteilungselement für die modularen Anoden dient,

eine Reihe von linearen, dielektrischen Streifenelementen (7), welche an dem Trägerplattenelement (15) angebracht sind und in der Nähe von zumindest einigen der Ränder benachbarter, modularer Anoden (2) angeordnet sind, darin eingeschlossen dielektrische Streifenelemente, welche sich nach vorne über die Stirnflächen der modularen Anoden hinaus in Richtung der gegenüberliegenden Kathode erstrecken,

zumindest ein ein langgestrecktes Isolatorelement (10), welches sich über jede aktive Anodenstirnfläche erstreckt, und Metallverbindungsmittel (16), welche jede modulare Anode an einer Rückseite derselben in elektrischer Verbindung an dem Trägerplattenelement befestigen, während sie eine Beabstandung jeder modularen Anode von dem Trägerplattenelement vorsehen.

2. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher die aktive Anodenstirnflächen kompakte Flächen ohne Löcher sind und das Isolierelement derart dimensioniert und angeordnet ist, daß die aktive Anodenfläche vor dem Kontakt mit der gegenüberliegenden Kathode geschützt ist.

3. Massive Anode nach Anspruch 2, bei welcher die Stirnfläche des ebenen Elements in dem Bereich, der von dem Isolierelement getrennt ist, eine Reihe von vorstehenden Elementen als aktive Anodenelemente umfaßt, welche sich in Richtung der gegenüberliegenden Kathode erstrecken und voreinander in paralleler Beziehung beabstandet sind.

4. Massive Anode nach Anspruch 3, bei welcher die vorstehenden und aktiven Anodenelemente Lamellen sind.

5. Massive Anode nach Anspruch 3, bei welcher die vorstehenden und aktiven Anodenelemente einen der Kathode gegenüberliegenden Stirnflächenbereich als ihren vordersten Bereich und einen Restbereich mit Schlitzten aufweisen und das Verhältnis des Stirnflächenbereichs zum projizierten Bereich der Schlitze wenigstens ungefähr 1:1 ist.

6. Massive Anode nach Anspruch 3, bei welcher die vorstehenden und aktiven Anodenelemente zu der Achse des langgestreckten Isolatorelements kreuzweise an der Stirnfläche angeordnet sind.

7. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher die modularen Anoden hitzebeständige Metallanoden sind, welche aktive Anodenmetallelementstirnflächen mit einer elektrokatalytischen Beschichtung aufweisen.

8. Massive Anode nach Anspruch 7, bei welcher die elektrokatalytische Beschichtung ein Platingruppenmetall oder zumindest ein Oxid umfaßt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platingruppenmetalloxiden, Magnetit, Ferrit und Kobaltoxidspinell besteht.

9. Massive Anode nach Anspruch 7, bei welcher die elektrokatalytische Beschichtung ein Mischoxidmaterial umfaßt, aus zumindest einem Oxid eines Ventilmetalls (valve metal) und zumindest einem Oxid eines Platingruppenmetalls.

10. Massive Anode nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie Trägerarme umfaßt.

11. Massive Anode nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie Randführungsmittel umfaßt.

12. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher das Metallverbindungsmittel einen Abschnitt aufweist, der gegen das Trägerplattenelement anstößt, welcher Abschnitt eine von der allgemeinen Metallzusammensetzung des Verbindungselements unterschiedliche Metallzusammensetzung aufweist.

13. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher das Metallverbindungsmittel zumindest teilweise durch Schweißen an dem ebenen Metallelement befestigt ist.

14. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher das Trägerplattenelement ein festes, kompaktes Metallelement ohne Löcher ist.

15. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher das Trägerplattenelement ein kompaktes Titanblech ist.

16. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher das Trägerplattenelement von den Metallelementen mit ebener Gestalt durch Verbindungsmittel aus hitzebeständigem Metall beabstandet ist.

17. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher jede modulare Anode um den Umfang ihrer Stirnfläche von den benachbarten modularen Anoden beabstandet ist.

18. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher zumindest einige der dielektrischen Streifenelemente zwischen parallelen Rändern benachbarter modularer Anoden angeordnet sind und die modularen Anoden in Reihen unterteilen.

19. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher die dielektrischen Streifenelemente abrasionsresistente Keramikelemente oder verformbare Kunststoffelemente sind.

20. Massive Anode nach Anspruch 1, bei welcher nicht durch die dielektrischen Streifenelemente getrennte Ränder der modularen Anoden voneinander beabstandet sind und derartige beabstandete Ränder dielektrische Streifenelemente aufweisen, welche an der Trägerplatte angebracht und zwischen der Platte und dem Metallelement mit ebener Gestalt angeordnet sind.

21. Massive Anode nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerplattenelement Verteilerelemente umfaßt, welche außerhalb einer Zelle einen elektrischen Anschluß für die Anode vorsehen.

22. Massive Anode nach Anspruch 21, bei welcher die Verteilerelemente metallbeschichtete Kupferelemente sind.

23. Elektrogalvanisierungsanordnung, umfassend eine bewegliche Kathode zum Aufnehmen einer metallischen, zinkenthhaltenden Abscheidung und einen Elektrolyten zum Vorsehen der zinkenthhaltenden Abscheidung an der Kathode während einer Elektrolyse, wobei die Anordnung weiterhin die massive, unflexible Anode nach Anspruch 1 umfaßt.

24. Elektrogalvanisierungsanordnung nach Anspruch 23, bei welcher die Anode und die Kathode mit geringem Abstand voneinander angeordnet sind, und die Anode in der Anordnung derart angebracht ist, daß der Abstand veränderbar ist.