EP0043440B1

EP0043440B1 - Anlage zum galvanischen Abscheiden von Aluminium

Info

Publication number: EP0043440B1
Application number: EP81104184A
Authority: EP
Inventors: Richard Dr. Dipl.-Chem. Dötzer; Klaus Stöger; Paul Hini; Johann Gehring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-06-25
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1984-03-28
Also published as: NO163063C; NO812123L; US4444636A; PT73251A; IE811402L; ES503382A0; PT73251B; NO163063B; JPS5739194A; BR8103972A; ATE6874T1; DE3023827C2; EP0043440A1; CA1162516A; JPS6128756B2; IE51338B1; DK278781A; ES8205022A1; DE3023827A1; DK152595C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum galvanischen Abscheiden von Aluminium aus aprotischen, sauerstoff- und wasserfreien aluminiumorganischen Elektrolyten, auf draht-, rohr-oder bandförmigem Gut mit einer nach aussen abgeschlossenen Rohrzelle, durch die das zu behandelnde, kathodisch kontaktierte Gut in Achsrichtung entlang von Anoden bewegbar ist und durch die der Elektrolyt mit Hilfe eines geschlossenen Elektrolytumlaufsystems entgegen der Bewegungsrichtung des Gutes pumpbar ist, wobei an jedem Ende der Rohrzelle eine an das Ausströmen des Elektrolyten aus der Rohrzelle verhindernde Schleusenanordnung vorgesehen ist, welche aus mehreren Kammern besteht.
Es sind Elektrolyseanlagen zum Plattieren von draht- und bandförmigen Materialien bekannt, bei denen das zu behandelnde Gut in senkrechten Schleifen durch ein Elektrolysebad geführt wird. Beispielsweise ist durch die DE-OS Nr. 1521076 eine Vorrichtung zum Plattieren eines Stranges aus Kunststoff bekannt, bei der der leitend vorbeschichtete Kunststoffstrang in einer Vielzahl von Schleifen mit Hilfe oben angeordneter Antriebs-und Kontaktierungsrollen und unten angeordneten Umlenkrollen durch ein Elektrolysebad geleitet wird, wobei im Elektrolysebad parallel zum Strangverlauf angeordnete senkrechte Anodenplatten vorgesehen sind.
Durch die US-PS Nr. 3865701 ist eine Anlage der eingangs beschriebenen Art zum Abscheiden von Metallen, insbesondere Edelmetallen, bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Anlage ist zwar die Rohrzelle an beiden Enden durch Schleusenanordnungen abgeschlossen, doch kann nicht verhindert werden, dass Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit mit dem Elektrolyten in Berührung kommen. Eine solche Anlage ist zum galvanischen Abscheiden von Aluminium weder vorgesehen noch dafür geeignet, da zum Aluminieren ein Elektrolyt verwendet werden muss, der unter sauerstoff- und wasserfreien Bedingungen hergestellt ist und soweit als praktisch möglich gehalten werden muss. Da der Zutritt von Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit in zunehmenden grösseren Mengen eine erhebliche Verringerung der Leitfähigkeit und der Lebensdauer dieser Elektrolyten bewirkt, muss das Elektrolytbad bei der galvanischen Aluminierung unter Luftausschluss gehalten werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, dass nicht nur das ungewollte Austreten des Elektrolyten aus der Rohrzelle, sondern auch das Eindringen von Luftatmosphäre mit Sicherheit verhindert wird. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die nach aussen abgeschlossene Rohrzelle mit einem Schutzgas (Inertgas) beaufschlagbar ist, dass die einzelnen Kammern der Schleusenanordnungen gegeneinander durch Inertgas und/oder Inertflüssigkeit abgedichtet sind und dass zum Ein- und Ausblenden sowie zum Umlenken der Bewegungsrichtung des strömenden Elektrolyten zwischen Rohrzelle und den Schleusenanordnungen T-förmige Verbindungsstücke angeordnet sind, die eine den Längsdurchgang des Elektrolyten verhindernde, den Elektrolytstrom senkrecht ablenkende Blende aufweisen, welche einen der Form des Querschnitts des zu behandelnden Gutes eng angepassten Durchbruch aufweist.
Vorzugsweise weist zumindest eine scheibenförmige Kammerwand der Schleusenanordnungen eine radiale, zu dem Durchbruch für den Durchgang des zu behandelnden Gutes führende Bohrung auf, die über einen Anschlussstutzen an einen Inertflüssigkeitskreislauf zum gegenseitigen Abdichten der Kammern und Waschen des behandelten Gutes angeschlossen ist. Überdie Bohrung wird der Durchbruch in- der Kammerwand so mit Inertflüssigkeit versorgt, dass man von einer Flüssigkeitsschleuse sprechen kann, die praktisch luftdicht ist.
Ferner ist es zweckmässig, dass die Inertflüssigkeitzum Waschen des behandelten Gutes aus dem Elektrolyten durch Destillation mit Hilfe eines Verdampfers gewonnen und über eine Bohrung der Kammerwand zugeführt wird. Dann werden die anderen Inertflüssigkeiten zum reinen Abdichten nicht verschmutzt.
Um eine weitere gute Abdichtung zu erhalten, ist es vorteilhaft, dass der Durchbruch in der Blende durch einen sich über die gesamte Länge des Verbindungsstückes erstreckenden Kanal gebildet ist, dessen lichte Weite-dem Querschnitt des zu behandelnden Gutes angepasst ist und dessen sich vor die Blende erstreckendes Teil nur eine für die Festigkeit erforderliche Wandstärke aufweist, während der sich hinter die Blende erstreckende Teil der lichten Weite des Verbindungsstückes angepasst ist.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist die Rohrzelle mit den T-förmigen Verbindungsstücken zum senkrechten Durchgang des zu aluminierenden Gutes senkrecht angeordnet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Anlage näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anlage zum galvanischen Abscheiden im Prinzip;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Rohrzelle mit T-förmigem Verbindungsstück und Schleusenanordnung;
Fig. 2a eine Schnittansicht nach der Linie Ila-Ila der Fig. 2;
Fig. 2b eine Ansicht auf eine Schleusenanordnung in Pfeilrichtung Ilb;
Fig. 2c eine Schnittansicht nach der Linie IIcllc;
Fig. 2d eine Schnittansicht nach der Linie lld-Ild;
Fig. 2e eine Schnittansicht nach der Linie llelle;
Fig. 2f eine Schnittansicht nach der Linie Ilf-Ilf;
Fig. 2g eine Schnittansicht nach der Linie IIg-Ilg;
Fig. 3 eine vertikale Durchlauf-Aluminierzelle;
Fig. 4 einen Einschleuskopf einer vertikalen Durchlauf-Aluminierzelle;
Fig. 5 einen Ausschleuskopf einer vertikalen Durchlauf-Aluminierzelle, und
Fig. 6 einen anderen Ausschleuskopf einer vertikalen Durchlauf-Aluminierzelle.

Die in Fig. 1 dargestellte Bandaluminieranlage weist als Aluminierzelle eine innen isolierte Rohrzelle 1 auf, durch die ein zu aluminierendes Band 2 gezogen wird, welches von einer Rolle 3 einer Abspuleinheit 4 abgezogen und auf eine Rolle 5 einer _Aufs^pulein_heit 6 nach der Aiuminierungaufgewickelt wird. Innerhalb der Rohrzelle 1 sind zu beiden Seiten des Bandes 2 bandförmige Anoden 7 angeordnet, wie insbesondere Fig. 2a zeigt. Die bandförmigen Anoden 7 werden mit Hilfe von Kontaktierungsstiften 8 kontaktiert, welche in ringförmigen Anodenhaltern 9 angeordnet sind, wie näher aus Fig. 2g zu ersehen ist. Die Anodenhalter 9 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, an beiden Enden der Rohrzelle 1 angeordnet und schliessen mit dem Flansch der Rohrzelle 1 dicht ab. Bei längeren Rohrzellen 1 ist es zweckmässig, dass im Verlauf der Rohrzelle 1 zumindest noch ein weiterer Anodenhalter 9 mit Kontaktierungsstiften 8 vorgesehen wird.
An beiden Enden der Rohrzelle 1, und zwar nach den Anodenhaltern 9, sind T-förmige Verbindungsstücke 10 angeflanscht, mit deren Hilfe Elektrolyt 11 aus einem Elektrolytvorratsbehälter 12 durch die Rohrzelle 1 entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Bandes 2 mit Hilfe einer Pumpe 13 sowie Rohrleitungen 14 und 15 gepumpt werden kann. Mit Hilfe eines Strömungsmessers 16 kann die Elektrolytgeschwindigkeit erfasst werden.
Die T-förmigen Verbindungsstücke 10 sind mit einer schrägen Blende 17 versehen, um den über Stutzen 18 ein- bzw. austretenden Elektrolyten um 90° möglichst strömungsgünstig umzulenken, so dass ein geschlossener Elektrolytkreislauf entsteht, welcher jedoch mit Hilfe der Ventile 19 und 20 unterbrochen werden kann, beispielsweise wenn die Rohrzelle 1 in Betrieb genommen wird. In diesem Falle kann über einen parallelen Kreislauf über geöffnete Ventile 21 und 22 und Rohrleitungen 23 und 24 mit Hilfe einer Förderpumpe 25 Inertflüssigkeit 26 aus einem Inertflüssigkeitsvorratsbehälter 27 durch die Rohrzelle 1 sowie Verbindungsstücke 10 gepumpt werden, einmal um die atmosphärische Luft aus der Rohrzelle 1 zu entfernen, bevor der Elektrolyt 11 unter Schutzgasatmosphäre N₂ durchgepumpt wird, und zum anderen um - nach abgelassenen AI-Elektrolyten -die Rohrzelle mit Inertflüssigkeit reinigen zu können. Vorteilhafterweise wird der durch die Leitung 15 in Pfeilrichtung strömende Elektrolyt nicht unmittelbar in den Elektrolytvorratsbehälter 12 eingeleitet, sondern über ein Filter 28, um Verunreinigungen des Elektrolyten 11 in Form von Feststoffpartikeln abzutrennen.
Der Elektrolytvorratsbehälter 12 ist selbstverständlich luftdicht mit Hilfe eines Deckels 29 abgeschlossen. Der Elektrolytvorratsbehälter 12 ist ferner mit einem Überdruckventil 30 ausgestattet sowie entsprechenden, luftdicht abgeschlossenen Öffnungen zum Einführen der Rohrleitungen 14 und 15. Selbstverständlich steht auch der Elektrolytvorratsbehälter 12 unter Schutzgasatmosphäre.
Die Blenden 17 der T-förmigen Verbindungsstücke sind zum Durchgang des Bandes 2 mit entsprechenden Durchbrüchen versehen, und zwar sind diese Durchbrüche möglichst eng dem Querschnitt des Bandes 2 angepasst, um möglichst zu vermeiden, dass einerseits Elektrolyt aus der Rohrzelle 1 bzw. aus den T-förmigen Verbindungsstükken nach aussen tritt bzw. atmosphärische Luft eindringt. Da dies jedoch nur zum Teil möglich ist, sind an beiden Enden der Rohrzelle 1 bzw. der sich daran anschliessenden Verbindungsstücke 10 Schleusenanordnungen 31 bzw. 32 angeordnet, wobei gemäss Fig. 1 die Schleusenanordnung 31 drei Kammern 33 bis 35 aufweist, während die Schleusenanordnung 32 sogar fünf Kammern 36 bis 40 aufweist. In den Kammern 35 und 36 der Schleusenanordnungen 31 und 32 wird der durch die Durchbrüche in den Blenden 17 austretende Elektrolyt aufgefangen und über Rohrleitungen 41 und 42 dem Elektrolytvorratsbehälter 12 wieder zugeführt, und zwar vor dem Filter 28.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Schleusenanordnungen 31 und 32 Flüssigkeitsschleusen aufweisen, die besonders dicht sind und die sogar das Eindiffundieren von atmosphärischer Luft in die Rohrzelle 1 verhindern.
Eine wirksame Flüssigkeitsschleuse kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass die vorzugsweise aus Rohrstücken und Trennwänden zusammengesetzten Kammern der Schleusenanordnungen 31 und 32teilweise mit Inertflüssigkeiten geflutet werden, was anhand der Fig. 2 noch näher erläutert werden wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist beispielsweise eine scheibenförmige Zwischenwand 43, welche mit einem Durchbruch zum Durchgang des Bandes 2 versehen ist, mit einer zu diesem Durchbruch führenden Bohrung versehen, an die eine Leitung 44 angeschlossen ist, welche über ein Ventil 45 zu einem Inertflüssigkeitsbehälter 46 führt. Mit Hilfe einer Pumpe 47 wird die Inertflüssigkeit dem Durchbruch in der Zwischenwand 43 so zugeführt, dass der Zwischenraum zwischen Band 2 und Durchbruch vollständig ausgefüllt wird. Die aus dem Spalt zwischen Band und Durchbruch austretende Inertflüssigkeit wird in den Kammern 33 und 34 gesammelt und über Rohrleitungen 48 und 49 dem Inertflüssigkeitsbehälter 46 wieder zugeführt.
In gleicher Weise wie die Zwischenwand 43 der beiden Kammern 33 und 34 der Schleusenanordnung 31 sind auch die Zwischenwände 50 und 51 der Schleusenkammern 37 und 38 bzw. 39 und 40 ausgebildet, wobei die Anschlussbohrung der scheibenförmigen Zwischenwand 50 über eine Rohrleitung 52 und Ventil 53 mit einem Verdampfer 54 in Verbindung steht. In diesem Kreislauf ist eine Förderpumpe 55 vorgesehen, mit der die aus dem Elektrolyten 11 durch Destillation gewonnene Inertflüssigkeit über die Radialbohrung der Zwischenwand 50 in den Zwischenraum zwischen Band 2 und Durchbruch gepumpt werden kann. Über Rohrleitungen 56 wird die sich in den Kammern 37 und 38 der Schleusenanordnung 32 ansammelnde Inertflüssigkeit in den Elektrolytvorratsbehälter 12 zurückgeführt. Dieser Inertflüssigkeitskreislauf hat hauptsächlich die Aufgabe, das aluminierte Warengut mit Inertflüssigkeit von anhaftenden AI-Elektrolyten zu reinigen.
Das ist sehr wichtig für einen ungestörten und möglichst langen Betrieb der Anlage. Konstanz des Elektrolyten in Zusammensetzung und Qualität sowie Minimum an Elektrolytverlust durch Austrag mit der beschichteten Ware sind hierbei sehr wesentliche und wichtige Faktoren. Beiden trägt das den Verdampfer 54 enthaltene System Rechnung.
Dadurch, dass stets nur eine kleine Volumenmenge an Inertflüssigkeit von wenigen Litern mittels Kondensation oder Destillation aus der grossen Elektrolytvorratsmenge für diesen Spül- bzw. Waschvorgang ausgekreist und mit verhältnismässig kleine Mengen an abgespülten Originalelektrolyten beladen in den Elektrolytvorratsbehälter 12 wieder zurückgeführt werden kann, bleiben Zusammensetzung und Menge des Elektrolyten im Vorratsbehälter 12 praktisch konstant und gleichzeitig wird die Menge an Elektrolytaustrag durch das zu beschichtende Band 2 auf ein Minimum herabgesetzt (das Spülen der Oberfläche des Bandes 2 mit reiner Inertflüssigkeit stellt eine hochwirksame Reinigung derselben von anhaftendem Elektrolyten dar).
Die minimalen Reste hochverdünnten Elektrolyten, die eventuell beim Verlassen der Kammer 38 noch an der Oberfläche des Bandes 2 anhaften, werden dann in den Kammern 39 und 40 mittels der Zwischenwand- 51 -Düse mit Inertflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 60 noch ganz entfernt.
Das Auskreisen eines kleinen Volumenteiles Inertflüssigkeit aus dem grossen Elektrolytvorrat zum Zwecke des Rückspülens von Originalelektrolyt von der Oberfläche des beschichteten Objekts in den Elektrolytvorratsbehälter 12 stellt ein sehr wesentliches und wirksames Moment der erfindungsgemässen Anlage dar.
In entsprechender Weise ist auch die scheibenförmigeZwischenwand 51 an eine Rohrleitung 57 angeschlossen, die über ein Ventil 58 und Pumpe 59 mit einem weiteren Inertflüssigkeitsbehälter 60 in Verbindung steht. Der Rücklauf der Inertflüssigkeit aus den Kammern 39 und 40 erfolgt über eine Rohrleitung 61.
Die Rolle 3 der Abspuleinheit 4 befindet sich ebenfalls in einem abgeschlossenen Behälter 62, der von Inertgas N₂ beaufschlagt und teilweise mit Inertflüssigkeit gefüllt ist. Der Behälter 62 steht über eine Rohrleitung 63, ein Ventil 64 sowie eine Förderpumpe 65 mit einem Inertflüssigkeitsbehälter 66 in Verbindung. Im Behälter 62 ist ein Überlauf 67 für die Inertflüssigkeit vorgesehen. Hinter dem Überlauf 67 ist eine Abftussrohrteitung 68 angebracht, die die überlaufende Inertflüssigkeit in den Inertflüssigkeitsbehälter 66 zurückführt.
Der Behälter 62 ist ferner noch über ein rohrförmiges Verbindungsstück 69 mit der Schleusenanordnung 31 dichtend verbunden. Auch das Verbindungsstück 69 hat einen Längsdurchbruch für das zu aluminierende Band 2 und kann mit Hilfe einer Rohrleitung 70 an die Rohrleitung 44 des Inertflüssigkeitskreislaufes der Schleusenanordnung 31 angeschlossen werden.
Überzu beiden Seiten des Bandes 2 angeordnete Kontaktierungsrollen 71 und 72 wird das Band 2 kontaktiert. Der Übersicht halber ist nur eine Kontaktierungsrolle gezeichnet, welche mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden ist.
Wie Fig. 1 zeigt, sind die Kontaktierungsrollen 71 innerhalb des Behälters 62 angeordnet und durch eine Zwischenwand 73 abgesondert. Mit Hilfe einer Rohrleitung 74, die an die Rohrleitung 49 angeschlossen ist, kann überschüssige Inertflüssigkeit in den Inertflüssigkeitsbehälter 46 abgeleitet werden.
Anschlussstutzen 75 und 76 bzw. 77 und 78 der Schleusenanordnungen 31 und 32 dienen zum Anschluss an einen Inertgasvorratsbehälter, was in der Zeichnung der Übersicht halber nicht dargestellt ist. Selbstverständlich erfolgt der Anschluss über entsprechende Ventile.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Schleusenanordnung 31, das T-förmige Verbindungsstück 10, den Anodenhalter 9 und einen Teil der Rohrzelle 1. Fig. 2a bis Fig. 2g zeigen verschiedene Schnittansichten der Fig. 2, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Wie Fig. 2a zeigt, sind bei dem gewählten Ausführungsbeispiel zu beiden Seiten des zu aluminierenden Bandes 2 Anoden 7 angeordnet, die höher als die Breite des Bandes 2 sind. Das Rohrinnere ist vollständig mit Elektrolyt gefüllt. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird das Band 2 an beiden Seiten vollständig aluminiert. Sollen irgendwelche Teile des Bandes nicht mit einer Aluminiumschicht bedeckt werden, so müssen diese Teile abgedeckt werden, beispielsweise durch Einschieben eines entsprechenden Formkörpers in das Innere der Rohrzelle 1, so dass nur die von der entsprechenden Abdeckung freigegebenen Teile des Bandes aluminiert werden.
Wie Fig. 2 und 2g zeigen, ist der Anodenhalter 9 kreisringförmig ausgebildet und zwischen den Anschlussflanschen der Rohrzelle 1 und des T-förmigen Verbindungsstückes 10 unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen 79 angeordnet. Wie Fig. 2g zeigt, sind die Kontaktierungsstifte 8 über isolierende Durchführungen zu den Anoden 7 geführt und drücken diese gegen einen entsprechend ausgebildeten Anodenträger 81 aus Isolierstoff. Der Anodenträger 81 weist eine entsprechende Aussparung 82 für das Band 2 auf und dient zur Führung desselben.
Wie Fig. 2 zeigt, kann das innen isolierte T-förmige Verbindungsstück 10 ein normales Rohr mit T- Form sein, welches den gleichen Durchmesser wie die Rohrzelle 1 aufweist. Zur Bildung der Blende 17 ist in das Verbindungsstück 10 ein nichtleitendes Einsatzteil 83 mit einem Flansch 84 eingeschoben, wobei die schräge Fläche die eigentliche Blende bildet. Anstelle einer schrägen Fläche kann auch eine gekrümmte Fläche verwendet sein. Der hinter der schrägen Fläche liegende Teil des Einsatzteiles 83 füllt das Zwischenstück 10 voll aus und weist nur einen dem Bandquerschnitt eng angepassten Durchbruch 85 zum Durchtritt des Bandes 2 auf. Dieser Durchbruch 85 erstreckt sich jedoch über die gesamte Länge des Einsatzteiles 83 und ist vor der Blende 17 von einem rohrförmigen Teil 86 umgeben, wie Fig. 2f zeigt. Die Wandstärke des Teiles 86 ist so knapp bemessen, dass der Elektrolyt zwar frei strömen kann, jedoch das Teil die erforderliche Festigkeit erhält.
Der Einsatzteil 83 ist dicht im Verbindungsstück 10 eingeschoben, wobei zwischen dem Flansch 84 des Einsatzteiles 83 und dem Flansch des Verbindungsstückes 10 ein scheibenförmiger Wandteil 87 der Schleusenanordnung 31 angeordnet ist, der den Anschlussstutzen 76 für das Inertgas N₂ aufweist.
Der Anschlussstutzen 76 ist über eine nichtbezeichnete Bohrung mit der Kammer 35 verbunden, die durch ein weiteres scheibenförmiges Wandteil 88 und ein Rohrstück 89 gebildet ist. Der scheibenförmige Wandteil 87 besitzt ferner noch einen Anschlussstutzen 90 zum Anschluss der Rohrleitung 42 gemäss Fig. 1. In der Kammer 35 kann sich der aus dem Verbindungsstück 10 durch den Spalt zwischen Band 2 und Durchbruch 85 austretende Elektrolyt sammeln, der dann über den Anschlussstutzen 90 und Rohrleitungen 41 und 42 dem Elektrolytvorratsbehälter zugeführt wird.
Die Kammer 34 der Schleusenanordnung 31 wird durch die Wandteile 43 und 88 gebildet und die Kammer33 durch den Wandteil 43 sowie einen Wandteil 92. Die beiden Kammern 33 und 34 dienen zum Sammeln der Inertflüssigkeit, die über einem Anschlussstutzen 93 und eine Radialbohrung 94 einem Durchbruch 95 eines nichtleitenden scheibenförmigen Formteiles 96 zugeführt wird. An dem Anschlussstutzen 93 ist die Leitung 44 gemäss Fig. 1 angeschlossen, über die mit Hilfe der Pumpe 47 Inertflüssigkeit über den Kanal 94 in den Spalt zwischen dem durchgeführten Band 2 und dem Durchbruch 95 zugeführt wird und zwar so, dass dieser vollständig mit Inertflüssigkeit ausgefüllt ist. Auf diese Weise ergibt sich eine 100%ige Dichtung gegen die atmosphärische Luft. Die sich am Grunde der Kammern 34 und 33 sammelnde Inertflüssigkeit wird über Anschlussstutzen 97 und 98, an denen die Rohrleitungen 48 angeschlossen sind, über Rohrleitung 49 in den Inertflüssigkeitsbehälter 46 abgelassen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, stehen die Anschlussstutzen 97 und 98 mit den Kammern 33 und 34 über Bohrungen in Verbindung. In dem Wandteil 92 ist der Anschlussstutzen 75 vorgesehen, der mit Inertgas N₂ beaufschlagt werden kann, so dass sich in den Kammern 33,34 und 35 ausser der Inertflüssigkeit und dem Elektrolyten nur Inertgas befindet. Das nichtleitende scheibenförmige Formteil 96 kann auswechselbar in der scheibenförmigen Zwischenwand 43 angeordnet sein, um es durch ein anderes scheibenförmiges Teil im Bedarfsfalle ersetzen zu können. Um längere Spaltwege zwischen Band 2 und Durchbruch 85 zu erzielen, kann das scheibenförmige Formteil 96 durch ein zylindrisches Teil ersetzt werden, das einen dem Querschnitt des Bandes 2 angepassten Kanal aufweist. Auf diese Weise ergibt sich eine breitere Flüssigkeitsschleuse.
Wie insbesondere Fig. 2b zeigt, ist auch das Wandteil 92 mit einem scheibenförmigen Formteil 99 versehen, in dem ein Durchbruch 95 für das Band 2 vorgesehen ist.
Die Schleusenariordnung 32 ist in gleicher Weise aus scheibenförmigen Wandteilen und Rohrstücken aufgebaut, wie die in Fig. 2 dargestellte Schleusenanordnung 31. Daraus ist zu ersehen, dass im Bedarfsfalle mehr als drei Kammern verwendet werden können. Je mehr Kammern, um so besser ist der Schutz gegen Eindiffundieren von atmosphärischer Luft.
Die Rohrzelle 1 und der Elektrolytvorratsbehälter 12 können zweckmässigerweise mit einem Heizmantel umgeben sein, um höhere Abscheidungsraten durch Verwendung eines aufgeheizten Elektrolyten zu erhalten. Vorzugsweise sind an beiden Enden der Rohrzelle 1 Thermometer angebracht, um in Strömungsrichtung eintretende Temperaturunterschiede messen und durch entsprechende Beheizung des Heizmantels ausgleichen zu können.
Wie bereits bemerkt, kann über die beiden T-förmigen Verbindungsstücke der Elektrolyt mit beliebig hoher Strömungsgeschwindigkeit umgewälzt werden, so dass die Stromdichte wesentlich höher gewählt werden kann als bei stehendem Elektrolyten, wodurch sich höhere Abscheidungsraten erzielen lassen. Ausserdem können die beiden T-förmigen Verbindungsstücke zum Fluten oder Spülen der Rohrzelle mit einem geeigneten Lösungsmittel vorteilhaft benutzt werden. Dies erfolgt mit Hilfe der Inertflüssigkeit 26 im Inertvorratsbehälter 27 nach Schliessen der Ventile 19 und 20 und Öffnen der Ventile 21 und 22 mit Hilfe der Umwälzpumpe 25. Da hierbei in die Kammern 35 und 36 Inertflüssigkeit gelangt, muss diese über Leitung 41 und 102 durch Schliessen des Ventils 100 und Öffnen des Ventils 101 in den Behälter 27 zurückgeführt werden.
Im Deckel des Elektrolytvorratsbehälters 12 können Bohrungen vorgesehen sein zum Einführen entsprechender Geräte zur Messung der Temperatur und Leitfähigkeit sowie zum Anbringen einer Füllstandshöhenanzeige.
Damit der Elektrolyt zur Leitfähigkeitsverbesserung gefahrlos aufgeheizt werden kann, ist es zweckmässig, dass der Elektrolytvorratsbehälter 12 von einem Ölheizmantelbehälter umgeben ist, in dem sich Heizspiralen befinden und dadurch eine indirekte und die Elektrolytflüssigkeit schonende Aufheizung der Elektrolyten ermöglicht wird.
Als Inertflüssigkeit wird vorzugsweise Toluol verwendet, das sich durch Destillation aus dem Elektrolyten gewinnen lässt, der aus in Toluol gelösten Aluminiumalkylkomplexsalz besteht.
Der Ekeltrolyt besteht vorzugsweise aus 3 bis 4 mol Inertflüssigkeit und 1 mol Aluminiumalkylkomplexsalz, so dass die InertflüssigkeitToluol bei einem Siedepunkt von 110°C verhältnismässig leicht vom Aluminiumalkylkomplexsalz abdestilliert werden kann, wobei völlig sauerstoff- und wasserfreies Toluol (Inertflüssigkeit) erhalten wird, das sich als Inertflüssigkeit für das Ansetzen eines neuen Elektrolyten wie auch zum Einsatz in den Behälter 60 sehr gut eignet.
Das erfindungsgemässe Prinzip lässt sich auch dann anwenden, wenn aus fertigungstechnischen Gründen die Galvanisierung nicht waagrecht, sondern senkrecht vorgenommen werden muss. Dies ist beispielsweise erforderlich für die galvanische Aluminierung von Lichtwellenleitern, da diese zum einen nur im Senkrechtverfahren gezogen werden können und zum anderen diese unmittelbar nach der Herstellung geschützt werden müssen. Es ist nicht möglich, die Lichtwellenleiter umzulenken oder aufzuwickeln und anschliessend in horizontaler Lage zu lackieren oder zu galvanisieren wegen der hohen Empfindlichkeit hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Aluminieren im Senkrechtverfahren im Prinzip. Mit 103 ist die eigentliche Aluminierzelle bezeichnet, die entsprechend Fig. 1 als Rohrzelle ausgebildet ist. Durch die Rohrzelle 103 ist das strangförmige Gut 105 geführt. Zu beiden Seiten der Aluminierzelle 103 sind T-förmige Verbindungsstücke 106 und 107 angeflanscht, um den Aluminiumelektrolyten zu- und abzuführen und umzulenken, wie durch Pfeile 104 angedeutet ist. Den Verbindungsstücken 106 und 107 folgen Schleusenanordnungen 108 und 109. Die Schleusenanordnung 108 enthält eine Inertgaskammer 110, der über eine Zuleitung 111 ein I nertgas, beispielsweise N₂, zugeführt wird. Über einem Ablaufstutzen 112 kann der eventuell noch oben austretende Elektrolyt 113 und ggf. Inertflüssigkeit abgeleitet und dem Elektrolytvorratsbehälter zugeführt werden, entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Anschliessend an die Inertgaskammer 110 befinden sich Kammern 114 und 115, die mit Inertflüssigkeit über einen Zulauf 116 und einem Ablauf 117 geflutet werden können. Diese beiden Kammern verhindern, dass Luft und Feuchtigkeit in die Galvanisierzelle 103 dringen kann. Die Inertflüssigkeitwird hierbei von unten nach oben geführt, wie die Pfeile 118 zeigen. Sie arbeiten nach dem Überlaufprinzip.
Das T-förmige Verbindungsstück 107 ist besonders gestaltet, um zu verhindern, dass der Elektrolyt 113 durch die Einführöffnungen des zu aluminierenden Stranges 105 nach unten austreten kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Elektrolyt 113 mit hoher Geschwindigkeit der Aluminierzelle 103 zugeführt wird, wobei die Strömung so gesteuert wird, dass in einem Rohr 119 ein gewisser Unterdruck entsteht, der mit Inertgas ausgeglichen wird. Aus diesem Grunde schliesst sich dem T-förmigen Verbindungsstück 107 eine Inertgaskammer 127 der Schleusenanordnung 109 an, wobei das Inertgas über einen Anschlussstutzen 121 zugeführt wird. Über einen Ablaufstutzen 122 kann der durch das Rohr 119 eventuell noch austretende Elektrolyt 113 abgeführt und dem Elektrolytvorratsbehälter zugeführt werden. Der Inertgaskammer 120 schliessen sich die beiden Inertflüssigkeitskammern 123 und 124 an, wobei der Zulauf über einen Anschlussstutzen 125 und der Ablauf über einen Anschlussstutzen 126 erfolgt. Auch diese beiden Kammern arbeiten nach dem Überlaufprinzip. Ferner kann ein Rohrstück 127 (zur Dichtung mit Inertgas) über einen Anschlussstutzen 128 unter Inertgasdruck stehen.
Fig. 4 zeigt einen Einschleuskopf bei senkrechter Betriebsweise der Galvanoaluminieranlage und Durchlauf des zu behandelnden Gutes 129 von oben nach unten, wie mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Mit 130 ist eine Rohrzelle bezeichnet, in der sich ein Elektrolyt 131 befindet. An die Rohrzelle 130 schliesst sich eine Schleusenanordnung 132 an, die aus mindestens drei lamellenartig aufgebauten zentrischen Kammern 133 bis 135 besteht. Diese Kammern stehen unter einem gegenüber der Aussenatmosphäre geringen oder je nach Einlaufgeschwindigkeit des zu beschichtenden Gutes 129 grösseren Inertgasüberdruck. Wie aus der Figur ersichtlich, wird den Kammern 133 bis 135 über Anschlussstutzen 136 bis 141 Inert- gas, zum Beispiel N₂, zugeführt. In der Rohrzelle 130 über dem Elektrolyten 131 befindet sich ein Inertgasraum 142. Dabei können die Kammern 133 bis 135 und der Inertgasraum 142 unter demselben Inertgasüberdruck oder vorteilhafterweise auch unter einem von innen nach aussen (d.h. von unten nach oben) zunehmenden Inertgasüberdruck stehen, wodurch eine Inertgasspülstrahlwirkung entsteht, die die Oberfläche des zu beschichtenden Gutes 129 von anhaftender Luft oder Verunreinigungsatmosphäre freibläst und gleichzeitig die Galvanoaluminieranlage gegen die Aussenatmosphäre abschliesst.
Die Inertspülstrahlwirkung kann durch mehr als drei Kammern beliebig verstärkt werden. Sie kann jedoch unabhängig von der Kammerzahl auch dadurch verstärkt werden, dass die Kammermündungen nach aussen (noch oben) hin immer dichter aufeinander aufsitzen, so dass sich die Spülstrahlwirkung verstärkt. Ferner kann auch der Anblaswinkel des Spülstrahles durch andere geometrische Gestaltung der Kammerwandungen verändert und dadurch dessen Wirkung je nach Beschichtungsobjektoberflächenstruktur optimiert werden.
Fig. 5 zeigt einen dem in Fig. 4 dargestellten Einschleuskopf entsprechenden Ausschleuskopf. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Am unteren Ende der Rohrzelle 130 ist eine dem Querschnitt des zu behandelnden Gutes 129 angepasste Verengung 143 vorgesehen, an die sich eine Inertgasschleusenanordnung 144 anschliesst. Die Inertgasschleusenanordnung 144 besteht wie der Einschleuskopf gemäss Fig. 4 aus mindestens drei lamellenartig aufgebauten zentrischen Kammern 145 bis 147, die über nicht näher bezeichnete Anschlussstutzen mit Inertgas beaufschlagt werden, wie Fig. 5 zeigt. Unterhalb der Kammern 145 bis 147 befindet sich noch ein Inertgasraum 148.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform eines Ausschleuskopfes dargestellt, bei dem mit Sicherheit ein Einblubbern von Inertgas in die Rohrzelle 130 mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, wobei wirkumgsmässig gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 und 5 versehen sind. Bei dieser Ausführung ist über der Verengung 143 durch entsprechende Gestaltung des unteren Endes der Rohrzelle 130 ein Raum 149 ausgebildet, der beispielsweise mit Flüssigmetall gefüllt ist. Als Flüssigmetall kann beispielsweise Gallium verwendet sein. Der Raum 149 ist gegen die Rohrzelle 130 durch Blenden 150 abgeschirmt. Hierbei wird das Flüssigmetall zweckmässig zur elektrischen Kontaktierung des Beschichtungsobjektes 129 verwendet.
Grundprinzip der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausschleusköpfe ist, dass durch den Inertgasdruck der Kammern 145 bis 147 die Elektrolytflüssigkeitssäule im Gleichgewicht gehalten wird, damit sie nicht auslaufen kann. Das ist an möglichst enge Auslaufblenden für das Beschichtungsobjekt gebunden und setzt eine manometrische Steuerung des Ausschleuskopfes voraus. Gegenüber der Ausführung nach Fig. 5 hat die Ausführung nach Fig. 6 den Vorteil, dass durch das Flüssigmetall am glavanisierten Gut 129 noch anhaftender Elektrolyt 131 abgequetscht wird.

Claims

1. Anlage zum galvanischen Abscheiden von Aluminium aus aprotischen, sauerstoff- und wasserfreien aluminiumorganischen Elektrolyten, auf draht-, rohr- oder bandförmigem Gut mit einer nach aussen abgeschlossenen Rohrzelle, durch die das zu behandelnde, kathodisch kontaktierte Gut in Achsrichtung entlang von Anoden bewegbar ist und durch die der Elektrolyt mit Hilfe eines geschlossenen Elektrolytumlaufsystems entgegen der Bewegungsrichtung des Gutes pumpbar ist, wobei an jedem Ende der Rohrzelle eine das Ausströmen des Elektrolyten aus der Rohrzelle verhindernde Schleusenanordnung vorgesehen ist, welche aus mehreren Kammern besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen abgeschlossene Rohrzelle (1) mit einem Schutzgas (Inertgas) beaufschlagbar ist, dass die einzelnen Kammern (33, 34, 35 bzw. 36, 37, 38, 39, 40) der Schleusenanordnungen (31, 32) gegeneinander durch Inertgas und/oder Inertflüssigkeit abgedichtet sind und dass zum Ein- und Ausblenden sowie zum Umlenken der Bewegungsrichtung des strömenden Elektrolyten (11) zwischen Rohrzelle (1) und den Schleusenanordnungen (31, 32) T-förmige Verbindungsstücke (10) angeordnet sind, die eine den Längsdurchgang des Elektrolyten verhindernde, den Elektrolytstrom senkrecht ablenkende Blende (17) aufweisen, welche einen der Form des Querschnitts des zu behandelnden Gutes (2) eng angepassten Durchbruch (85) aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine scheibenförmige Kammerwand (43, 50, 51) der Schleusenanordnungen (31, 32) eine radiale, zu dem Durchbruch für den Durchgang des zu behandelnden Gutes (2) führende Bohrung (94) aufweist, die über einen Anschlussstutzen (93) an einen Inertflüssigkeitskreislauf (44, 45, 46, 47, 48; 52, 53, 54, 55; 57, 58, 59, 60, 61) zum gegenseitigen Abdichten der Kammern (33, 34 bzw. 39, 40) und Waschen des behandelten Gutes (2) angeschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Inertflüssigkeit zum Waschen des behandelten Gutes (2) ein Verdampfer (54) vorgesehen ist, der über eine Leitung (52) mit einer Bohrung der Kammerwand (50) in Verbindung steht.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40) der Schleusenanordnungen (31, 32) aus Rohrstücken (89) und scheibenförmigen Kammerwänden (43, 50, 51, 87, 92, 94) bestehen.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (85) in der Blende (17) durch einen sich über die gesamte Länge des Verbindungsstückes (10) erstreckenden Kanal eines Einsatzteils (83) gebildet ist, dessen lichte Weite dem Querschnitt des zu behandelnden Gutes (2) angepasst und dessen sich vor die Blende (17) erstreckende Teil (86) nur eine für die Festigkeit erforderliche Wandstärke aufweist, während der sich hinter die Blende erstreckende Teil der lichten Weite des Verbindungsstückes (10) angepasst ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das T-förmige Verbindungsstück (10) kreisringförmige Querschnitte aufweist und an die Rohrzelle (1) angeflanscht ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrzelle (1 ) sich über die gesamte Länge erstreckende, die zu galvanisierenden Flächen des zu behandelnden Gutes möglichst umgebende Anodenbleche (7) vorgesehen sind, die mit Hilfe von stromisolierenden Distanzstücken (81) in einerdefinierten Lage gehalten sind, wobei die stromisolierenden Distanzstücke (81) mit Führungen (82) für das zu behandelnde bewegte Gut versehen sind.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenbleche (7) durch die Rohrzelle (1) unterbrechende und/oder an den beiden Enden dieser angeordnete, aus Isolierstoff bestehende Anodenhalter (9) kontaktierbar sind.

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden der Rohrzelle (1) ein Thermoelement vorgesehen ist.

10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrzelle (1) mit einem Heizmantel umgeben ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrzelle (1) von einem wärmeisolierenden Material umgeben ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektrolytumlaufsystem ein Elektrolytvorratsbehälter (12) eingeschaltet ist.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an die T-förmigen Verbindungsstücke (10) ein Inertflüssigkeitskreislauf (21 bis 27) zum Waschen und Spülen anschliessbar ist.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrzelle (103) mit den T-förmigen Verbindungsstücken (106, 107) und Schleusenanordnungen (108,109) zum senkrechten Durchgang des zu aluminierenden Gutes (105) senkrecht angeordnet ist.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenanordnungen (108, 109) aus je einer Inertgaskammer (110, 120) und je mindestens zwei Inertflüssigkeitskammern (114, 115 bzw. 123, 124) bestehen.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass von unten nach oben durchfliessbare Inertflüssigkeitskammern (114, 115 bzw. 123,124) vorgesehen sind.

17. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenanordnungen (132,144) als Inertgasschleusen ausgebildetsind, die aus mindestens drei lamellenartig aufgebauten zentrischen Kammern (133, 134, 135 bzw. 145, 146,147) bestehen.

18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende der Rohrzelle (130) ein Flüssigkeitsverschluss vorgesehen ist.

19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeitsverschluss ein Flüssigkeitsmetallpfropfen verwendet ist, der gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung des zu aluminierenden Gutes (129) dient.