Stromleitwalze für elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Abstract

 Die Stromleitwalze (1) für elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen besteht aus einem zylindrischen Walzenmantel (2) aus Stahl, in dessen beide Enden jeweils ein Flansch (3) eines Wellenzapfens (4) aus Stahl eingeschrumpft ist. Auf den Walzenmantel (2) ist eine Büchse (8) aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung aufgeschrumpft, auf die eine Arbeitsschicht (10) aus Hartchrom aufgalvanisiert ist. Zumindest die Wellenzapfen (4) und ihre Flansche (3) sind mit einer Leitschicht (7) aus elektrisch gut leitendem Metall, insbesondere Kupfer, versehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Stromleitwalze für elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen, bestehend aus einem zylindrischen Walzenmantel aus Stahl, in dessen beide Enden jeweils ein Flansch eines Wellenzapfens aus Stahl eingeschrumpft ist, wobei zumindest die Wellenzapfen und ihre Flansche mit einer Leitschicht aus elektrisch gut leitendem Metall, insbesondere Kupfer, versehen sind und der Walzenmantel mit einer Schutzschicht aus korrosionsbeständigem Metall versehen ist, auf die elektrolytisch eine Arbeitsschicht aus Hartchrom aufgalvanisiert ist.

[0002] Derartige Stromleitwalzen dienen zur Übertragung hoher elektrischer Ströme in der Größenordnung von 10.000 bis 20.000 A in Bandbeschichtungsanlagen mit stark korrosiven Elektrolyten, beispielsweise Chromsäure mit Zusatz von Natrium-Fluorid. Hierbei wird der Strom von einer Stromquelle über die Stromleitwalze auf das in der Bandbeschichtungsanlage mit Metall zu beschichtende Band, beispielsweise ein Stahlband, eingeleitet. Die Stromzufuhr geschieht über Stromzuführungsorgane, die an den Wellenzapfen angreifen. Der Strom fließt dann über die aus Kupfer bestehende Leitschicht zu dem Walzenmantel und von dort in das zu beschichtende Metallband.

[0003] Bei einer bekannten Stromleitwalze für elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen der eingangs erwähnten Art (DE 26 27 732 B2) ist sowohl auf den aus Stahl bestehenden Walzenmantel als auch auf die beiden Wellenzapfen und ihre Flansche eine verhältnismäßig dünne Schutzschicht aus Nickel galvanisch aufgebracht, welche eine Dicke von 0,05 mm aufweist und die aus Stahl bestehenden Teile der Leitwalze gegen Korrosion schützen soll. Auf diese Schutzschicht ist eine Leitschicht aus elektrolytisch aufgebrachtem Kupfer aufgebracht, die sich über die Wellenzapfen, deren Flansche und auch den Walzenmantel erstreckt. Die Dicke der Kupferschicht kann bis zu 30 mm betragen. Zur Erhöhung der Abriebfestigkeit ist ferner im Bereich des Walzenmantels auf die Kupfer-Leitschicht eine Arbeitsschicht aus Hartchrom mit einer Schichtdicke von bis zu 0,3 mm elektrolytisch aufgebracht. Hartchromschichten sind, wie allgemein bekannt ist, mit einem Netzwerk von Mikrorissen behaftet. In diese Risse kann der Elektrolyt eindringen und die Chromschicht unterwandern, was zu einer Abhebung derselben führen kann. Ferner wird auch je nach Elektrolytart und -konzentration die Kupferschicht angegriffen, wodurch es zu Flächenkorrosion oder zu Lochfraß kommen kann. Insgesamt haben deshalb bekannte Stromleitwalzen nur eine verhältnismäßig geringe Standzeit. Dies ist von wesentlichem wirtschaftlichen Nachteil, denn die Wiederherstellung der durch Lochfraß und teilweise abgelöste Hartchromschicht beschädigten Walzen erfordern einen hohen Arbeitsaufwand. Außerdem muß die teure Bandbeschichtungsanlage zum Austausch der Stromleitwalzen längere Zeit stillgesetzt werden, wodurch sich ein entsprechender Produktionsausfall ergibt.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromleitwalze für elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der Ablösungserscheinungen der Hartchromschicht, sowie Flächenkorrosion und Lochfraß, vermieden werden, und die dadurch eine hohe Standzeit aufweist.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Stromleitwalze der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die korrosionsbeständige Schutzschicht eine Büchse aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung ist, die auf den Walzenmantel aufgeschrumpft und auf die anschließend die Arbeitsschicht aus Hartchrom aufgalvanisiert ist.

[0006] Um ein Eindringen von Elektrolyt zwischen Walzenmantel und Büchse mit Sicherheit zu vermeiden, ist vorteilhaft die Büchse an ihren beiden Stirnseiten mit dem Walzenmantel dicht verschweißt.

[0007] Damit die Büchse so auf den Walzenmantel aufgeschrumpft werden kann, daß sie möglichst an der ganzen Walzenoberfläche dicht an dieser anliegt, ist es zweckmäßig, wenn die Büchse im Schleudergußverfahren hergestellt und anschließend durch Drehen bearbeitet ist.

[0008] Die auf den Walzenmantel aufgeschrumpfte und zweckmäßig mit diesem dicht verschweißte Büchse aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung bietet einen wirksamen und lange Zeit haltbaren Schutz vor Korrosion. Auch wenn durch die Mikrorisse der Hartchromschicht Elektrolyt zur Oberfläche der Büchse gelangt, tritt an der Büchse keine Flächenkorrosion oder Lochfraß auf, so daß die Hartchromschicht vom Elektrolyten nicht unterwandert werden kann. Es werden damit Ablösungen einzelner Teile der Hartchromschicht vermieden und diese kann ihren Zweck lange Zeit erfüllen, bis sie durch Reibung verschlissen ist. Die beständig an der Büchse haftende Hartchromschicht sorgt dank ihrer Härte von ca. 1.100 HV für eine hohe Verschleißfestigkeit. Da die Ablösung der Hartchromschicht während der gesamten Lebensdauer derselben vermieden wird, hat die neue Stromleitwalze eine Standzeit, die um ein Vielfaches größer ist als die bisher bekannten Stromleitwalzen. Hierdurch müssen die neuen Stromleitwalzen weniger oft ausgetauscht werden und es kommt weniger oft zu einem Produktionsausfall. Außerdem sind auch die Zeitintervalle zwischen den Wiederherstellungen der Stromleitwalze länger und die Wiederherstellung erfordert einen geringeren Arbeitsaufwand, da die Oberfläche der Büchse nicht durch Flächenkorrosion oder Lochfraß beschädigt wird. Zur Wiederherstellung der Stromleitwalze ist deshalb meist nur eine neue Hartverchromung der durch Verschleiß abgenutzten Arbeitsschicht erforderlich.

[0009] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Stromleitwalze der im Patentanspruch 1 angegebenen Art. Dieses Verfahren besteht darin, daß die Büchse aus der Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung auf den Walzenmantel aufgeschrumpft, gegebenenfalls stirnseitig mit diesem dicht verschweißt, dann auf das Fertigmaß abgedreht und geschliffen wird, die geschliffene Oberfläche stahlkugelgestrahlt, elektrolytisch gereinigt und entfettet, anschließend mit einer Nickel-Vorgalvanisierung beschichtet und schließlich darauf die Hartchromschicht elektrolytisch aufgebracht wird.

[0010] Durch die beschriebene Vorbehandlung und Vorgalvanisierung der Oberfläche der Büchse läßt sich eine besonders gute Verankerung der Hartchromschicht an der Oberfläche der Büchse erreichen.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Stromleitwalze sowie vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0012] Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Längsschnitt durch eine Hälfte der Stromleitwalze,

Figur 2

Einzelheiten an der Stelle II der Figur 1.

[0013] Die Stromleitwalze 1 weist einen zylindrischen hohlen Walzenmantel 2 auf. An beiden Enden dieses Walzenmantels 2 ist jeweils ein Flansch 3 eines Wellenzapfens 4 eingeschrumpft, der zweckmäßig mit dem Wellenzapfen ein Stück bildet. Der Flansch 3 ist außerdem über eine erste Schweißnaht 5 dicht mit dem Walzenmantel 2 verbunden. Zur Abfuhr der bei Elektrolyseprozessen entstehenden Wärme kann der hohle Walzenmantel von Kühlwasser durchflossen werden, welches durch einen zentralen Kanal 6 des einen Walzenzapfens in den vom Walzenmantel 2 umschlossenen Hohlraum eingeleitet und durch den Kanal des anderen Walzenzapfens wieder abgeführt wird. Gegebenenfalls kann auch das Kühlwasser an ein und derselben Seite der Stromleitwalze 1 zu- und abgeführt werden, wenn zu diesem Zweck der Walzenzapfen mit zwei Kanälen versehen ist.

[0014] Auf den Walzenzapfen 4 und auch den Flansch 3 ist außen eine Leitschicht 7 aus Kupfer mit einer Dicke bis zu 30 mm angeordnet. Diese Leitschicht 7 wird zweckmäßig in einem nicht unterbrochenen Galvanoprozeß aufgetragen. Die Leitschicht 7 kann sich gegebenenfalls auch über die Außenfläche des Walzenmantels 2 erstrecken, um die Stromleitfähigkeit im Bereich des Walzenmantels zu erhöhen. Diese sich auch über die Oberfläche des Walzenmantels erstreckende Leitschicht ist jedoch bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt.

[0015] Der Walzenmantel 2 ist von einer korrosionsbeständigen Schutzschicht in Form einer Büchse 8 umgeben, die aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung besteht. Diese Büchse 8 ist auf den Walzenmantel aufgeschrumpft und zweckmäßig an beiden Stirnseiten über eine zweite Schweißnaht 9 dicht mit dem Walzenmantel 2 verschweißt.

[0016] Die Büchse 8 wird zweckmäßig im Schleudergußverfahren aus der hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung hergestellt. Vor dem Aufschrumpfen wird die Außenoberfläche des Walzenmantels abgedreht, die Innenoberfläche der Büchse 8 auf ein Maß fertiggedreht, welches geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Walzenmantels. Außerdem wird die äußere Oberfläche der Büchse 8 vorgedreht. Zum Aufschrumpfen der Büchse 8 auf den Walzenmantel 2 wird dieser mit kaltem Wasser gefüllt, während die Büchse 8 auf ca. 180 bis 200° erwärmt und mit ca. 160 bis 180° über den Walzenmantel 2 geschoben wird. Anschließend wird die Büchse 8 an ihren beiden Enden mittels der Schweißnaht 9 mit dem Walzenmantel 2 verschweißt.

[0017] Danach wird die aufgeschrumpfte Büchse 8 auf das Fertigmaß abgedreht und ihre Oberfläche durch Bandschmirgeln mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 0,5 µm versehen. Nach weiterer Vorbereitung der Oberfläche der Büchse 8, wie es weiter unten stehend noch näher beschrieben ist, wird dann eine Arbeitsschicht 10 aus Hartchrom mit einer Schichtdicke von etwa 200 µm und einer Härte von ca. 1.100 HV aufgalvanisiert.

[0018] Damit die Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung der Büchse 8 die geforderte hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, sollte sie etwa 14 bis 18% Chrom und etwa 14 bis 18% Molybdän enthalten. Die Büchse sollte aus einer Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung der im sogenannten "Stahlschlüssel (Herausgabe und Vertrieb Verlag Stahlschlüssel Wegst GmbH, D-7142 Marbach) unter der Werkstoff-Nr. 2.4610 angegebenen Art sein. Hierbei hat sich eine Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung, die etwa 0,015% C, etwa 16% Cr, etwa 15,5% Mo, bis zu 0,7% Ti, bis zu 3% Fe, Rest Ni enthält, als besonders korrosionsbeständig erwiesen. Eine derartige hochkorrosionsbeständige Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung ist unter der Bezeichnung HASTELLOY C-4 (eingetragenes Warenzeichen) bekannt (Bezugsquelle Firma Haynes und Firma Kokomo).

[0019] Die Wanddicke der Büchse 8 sollte nach ihrer Fertigbearbeitung etwa 10 bis 20 mm, vorzugsweise etwa 15 mm, betragen. Hierzu sei noch angemerkt, daß ihr Fertigdurchmesser beispielsweise 614 mm beträgt.

[0020] Wegen etwaiger, auf dem Legierungsmaterial der Büchse 8 haftender Oxidschichten und auch um die Arbeitsschicht 10 aus Hartchrom möglichst fest an der Oberfläche der Büchse 8 zu verankern, haben sich die nachstehend beschriebenen Oberflächenbehandlungen der Büchse 8 als vorteilhaft erwiesen.

[0021] Demnach wird die Oberfläche der Büchse 8, nachdem sie auf das Fertigmaß abgedreht und geschliffen wurde, stahlkugelgestrahlt. Anschließend wird die Oberfläche elektrolytisch gereinigt und entfettet und gleichzeitig auf eine Temperatur von etwa 50 bis 55°C erwärmt.

[0022] Darauf folgt eine Nickel-Vorgalvanisierung in einem separaten Elektrolyten. Dieser Elektrolyt sollte vorzugsweise 200 g/l Nickelchlorid (NiCl₂), 80 ml/l 36%ige Salzsäure (HCL) und 50 g/l Eisen (Fe) enthalten. Die Stromdichte in diesem Elektrolyten sollte etwa 1 bis 10 A/dm² betragen.

[0023] Nach dieser Vorbereitung wird die Oberfläche der Büchse 8 in einem Eisen-III-Chlorid (FeCl3)-Bad aktiviert. Anschließend erfolgt die elektrolytische Hartverchromung, vorzugsweise in einem handelsüblichen, modifizierten, schwefelsauren Hartchrombad mit mehreren Stromunterbrechungen. Die dabei erzeugte Hartchromschicht sollte eine Dicke von etwa 200 µm aufweisen und hat eine Härte von ca. 1.100 HV.

Ansprüche

1. Stromleitwalze für elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen, bestehend aus einem zylindrischen Walzenmantel aus Stahl, in dessen beide Enden jeweils ein Flansch eines Wellenzapfens aus Stahl eingeschrumpft ist, wobei zumindest die Wellenzapfen und ihre Flansche mit einer Leitschicht aus elektrisch gut leitendem Metall, insbesondere Kupfer, versehen sind und der Walzenmantel mit einer Schutzschicht aus korrosionsbeständigem Metall versehen ist, auf die elektrolytisch eine Arbeitsschicht aus Hartchrom aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die korrosionsbeständige Schutzschicht eine Büchse (8) aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung ist, die auf den Walzenmantel (2) aufgeschrumpft ist, und auf die anschließend die Arbeitsschicht (10) aus Hartchrom aufgalvanisiert ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (8) an ihren beiden Stirnseiten mit dem Walzenmantel (2) dicht verschweißt ist.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (8) im Schleudergußverfahren hergestellt ist.

4. Walze nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung etwa 14 bis 18% Chrom und etwa 14 bis 18% Molybdän enthält.

5. Walze nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (8) aus einer Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung mit der Werkstoffnummer 2.4610 gemäß "Stahlschlüssel" besteht.

6. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel- Chrom-Molybdän-Legierung etwa 0,015%C, etwa 16%Cr, etwa 15,5% Mo, bis zu 0,7% Ti, bis zu 3% Fe, Rest Ni enthält.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (8) eine Wanddicke von etwa 10 bis 20 mm aufweist.

8. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke der Büchse (8) etwa 15 mm beträgt.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Büchse (8) und der Arbeitsschicht (10) Nickel-Vorgalvanisierung auf die Oberfläche der Büchse (8) aufgalvanisiert ist.

10. Walze nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsschicht (10) aus Hartchromschicht eine Härte von etwa 1.100 HV (Vickers-Härte) aufweist.

11. Walze nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufschrumpfen der Büchse (8) auf den Walzenmantel (2), dieser, die Flansche (3) und die Wellenzapfen (4), mit einer zusammenhängenden Leitschicht (7) aus aufgalvanisiertem Kupfer versehen sind.

12. Verfahren zur Herstellung einer Stromleitwalze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse aus der Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung auf den Walzenmantel aufgeschrumpft, gegebenenfalls stirnseitig mit diesem dicht verschweißt, dann auf das Fertigmaß abgedreht und geschliffen wird, die geschliffene Oberfläche stahlkugelgestrahlt, elektrolytisch gereinigt und entfettet, anschließend mit einer Nickel-Vorgalvanisierung beschichtet und schließlich darauf die Hartchromschicht elektrolytisch aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse vor dem Aufbringen der Nickel-Vorgalvanisierung auf eine Temperatur von etwa 50 bis 55°C erwärmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte beim Aufbringen der Nickel-Vorgalvanisierung bei einer Stromdichte von 1 bis 10 A/dm² erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der Nickel-Vorgalvanisierung ein Elektrolyt verwendet wird, der etwa 200 g/l Nickelchlorid (NiCl₂), etwa 80 ml/l 36%ige Salzsäure (HCI) und 50 g/l Eisen (Fe) enthält.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Nickel-Vorgalvanisierung versehene Oberfläche der Büchse in einem Eisen-III-Chlorid (FeCl3)-Bad aktiviert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartverchromung in einem schwefelsauren Hartchrombad mit mehreren Stromunterbrechungen erfolgt.

Zeichnung