[0001] 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.
[0002] 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 elektrolytischen
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 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
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.
[0003] In den letzten Jahren hat die geschilderte Technologie eine neue Belebung gefunden.
Neben der Elektro-und Haushaltswarenindustrie 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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 Bandpilotanlage verifiziert werden.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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
F
A und die von der Gesamtanordnung der Lamellen eingenommene Fläche Fp (Länge x Breite
der Elektrodenfläche) einen Flächenfaktor

vorzugsweise

aufweist, und daß die größeren 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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 Beschichtungsprozeß.
[0014] 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.
[0015] 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 Gesamtoberfläche der Lamellen F
A und die von der Gesamtanordnung der Lamellen eingenommene Fläche Fp (Länge x Breite
der Elektrodenfläche) einen Flächenfaktor

vorzugsweise

aufweist. Dadurch lassen 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.
[0016] 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 daß bei einer Horizontal-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.
[0017] 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.
[0018] Schließlich sind noch die prinzipiellen Vorteile einer beschichteten Ventilmetallelektrode
bei den zur Rede stehenden Galvanisierungsprozessen anzusprechen. Das Coating dieser
derart beschichteten Ventilmetall-elektroden 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 sich also eine erhebliche Energieeinsparung.
[0019] Andererseits können mit der erfindungsgemäßen Elektrode größere kathodische Stromdichten
bei den Galvanisierungsprozessen erreicht werden, die höhere Bandgeschwindigkeiten
ermöglichen.
[0020] 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.
[0021] Insgesamt wird mit der Erfindung eine Elektrode für Hochleistungs-Galvanisierprozesse
zur Verfügung 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] Bei parallel zur Bandoberfläche 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.
[0025] 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 Gasdurchtrittsfläche
zwischen den Lamellen in Strömungsrichtung des Elektrolyten stetig oder in Stufen
vergrößert, was der vermehrten Gasentwicklung in Richtung der
*Elektrolytströmung Rechnung trägt.
[0026] 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.
[0027] 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 Elektrolyten
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-Gesamtfläche für den
Elektrolyten durch die Elektrode zur Verfügung, 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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. 1 nach der Schnittlinie II-II,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anode für eine Horizontal-Zelle,
Fig. 4 bis 7 schematische perspektivische Darstellungen von möglichen Anordnungen
der Lamellen der aktiven Fläche der erfindungsgemäßen Anode in bezug auf die Band-
und Elektrolyt-Führung.
[0031] 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 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 verschweißt 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 Ventilmetall, vorzugsweise aus Titan. Der Stromzuleiter 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
A und die von der Gesamtanordnung der Lamellen eingenommene Fläche Fp (Länge x Breite
der Elektrodenfläche 40) einen Flächenfaktor

aufweist, und daß die größeren Anteile der beschichteten Oberfläche der Lamellen 41
senkrecht zur Fläche des zu beschichtenden Bandes ausgerichtet sind.
[0032] 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.
[0033] 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 weite der Verbundkonstruktion ausgeführt
werden kc
[0034] 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.
[0035] Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Lamellen 41 der aktiven Fläche 40 einer erfindungsgemäßen
Anode derart, daß die Lamellen 41 bezüglich ihrer Längserstreckung 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.
[0036] 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.
[0037] 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 Lamellen 41
ist zweckmäßigerweise entgegen der Elektrolytströmung gerichtet, wodurch diese eine
Bewegungskomponente in Richtung auf beide Ränder des Bandes erhält. 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 Elektrolytströmung
sorgt.
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,
- daß die aktive Fläche (40) aus Lamellen (41) aus Ventilmetall mit einer aktiven
Oberflächenbeschichtung gebildet ist,
- daß die beschichtete Gesamtoberfläche der Lamellen FA und die von der Gesamtanordnung der Lamellen eingenommene Fläche Fp (Länge und Breite
der Elektrodenfläche) einen Flächenfaktor 20 h FA : FP ≥ 4, vorzugsweise 14 ≥ FA: FP ≥ 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 Ansprüche, 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 Ansprüche, 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.
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.