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Verfahren und Vorrichtung zum anodischen Behandeln einer Oberflächenseite
eines Metallbandes Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum
anodischen Behandeln einer Oberflächenseite eines Metallbandes und betrifft die.
Zuführung des Elektrolyten und die Führung des Bandes über die Anode.
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Man kennt Verfahren zum anodischen Behandeln von Metallbändern, die
durch die Behandlungszone hindurchgezogen werden, und hat diese Verfahren auch schon
bei Aluminiumbändern angewendet. Meist werden die Bänder vollkommen in das Elektrolytbad
eingetaucht und auf beiden Seiten behandelt. Man hat aber auch schon eine einseitige
Behandlung des Metalls vorgeschlagen, und zwar unter tropfenweiser Zuführung des
Elektrolyten. In einigen bekannten Vorrichtungen wird das Metallband durch Ab- und
Aufwickeleinrichtungen kontinuierlich unter einer horizontalen Reihe von Flüssigkeitsbehältern
hindurchgezogen, in denen das Band auch gereinigt, vom Elektrolyten befreit, gefärbt
oder anderweitig behandelt wird. Man kennt auch Vorrichtungen, bei denen der Elektrolyt
im Kreislauf geführt wird.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Verfahren so durchzuführen,
daß eine Teilfläche der Oberseite des Metallbandes, vorzugsweise eines Aluminiumbandes,
kontinuierlich von dem Elektrolyten überflutet und die der überfluteten Teilfläche
des Bandes gegenüberliegende Teilfläche der Unterseite des Bandes über eine diese
Teilfläche berührende Flächenanode geführt wird.
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Durch die Flächenanode wird die Strombelastung einheitlich über die
gerade behandelte Teilfläche verteilt, während gleichzeitig durch das Überfluten
der Teilfläche mit dem Elektrolyten die bei der Behandlung sich entwickelnde Wärme
wirkungsvoll abgeführt wird. Dadurch werden hohe Strombelastungen bei verhältnismäßig
niedrigen Temperaturen möglich. Während bisher die anodische Behandlung von Aluminium
bei einer Stromdichte von 0,013 bis 0,027 A/cm2 durchgeführt wurde, konnten bei
dem Verfahren nach der Erfindung Stromdichten bis zu 0,5 A/cm2 benutzt werden, wobei
eine Elektrolyttemperatur von etwa 50° C eingehalten werden konnte. Dabei stieg
die Leistung erheblich und ergab biegsame und kratzfeste Überzüge bis zu 0,05 mm
Dicke, während bei Anwendung hoher Strombelastungen in dem bekannten Verfahren örtliche
überhitzungen meist nicht vermeidbar waren, die zu spröden, unebenen überzügen führten.
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Die weiteren Merkmale des Verfahrens nach der Erfindung und der zu
ihrer Ausübung benötigten Vorrichtung sollen an der Zeichnung behandelt werden.
In dieser zeigt F i g. 1 schematisch einen vertikalen Längsschnitt einer Vorrichtung
nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach der Linie 2-2
in F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines
Verteilungskastens des Elektrolyten mit der Kathode und F i g. 4 bis 7 perspektivische
Ansichten mehrerer Ausführungsformen der Anode.
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In F i g. 1 ist die Vorrichtung als Ganzes mit der Bezugsziffer 8
bezeichnet. Das Metallband 12 wird von einer Zuführungsrolle 10 abgezogen, in horizontaler
Richtung durch die Vorrichtung 8 hindurchgezogen und auf die Aufwickeltrommel14
aufgewickelt. Zur Führung des Metallbandes sind Zugrollen 16-16 und Spannrollen
18-18 vorgesehen, die das von der Vorratsrolle 10 ablaufende Band in geeigneter
Spannung halten. Über dem Band sind rechteckige Verteilungskästen 20, 22, 24, 26,
28 und 30 mit Seitenwänden 34 und gelochten Böden 36 angeordnet, die die
entsprechenden Lösungen zur Oberflächenbehandlung und Reinigung des Metallbandes
enthalten. Das Band wird gleitend auf mehreren Stützplatten 32 geführt, die; wie
aus F i g. 2 ersichtlich ist, quer zur Laufrichtung des Bandes gewölbt sind und
so auch eine Wölbung des Bandes hervorrufen.
Nach F i g. 2 überflutet
die Flüssigkeit 38 nur die Oberfläche des Bandes 12, wie dies durch Pfeile
angedeutet ist, und fließt von dem Band nach beiden Seiten in die Rinnen 40 und
von dort in einen Sammelbehälter 42. Jeder Verteilungskasten ist mit zwei Rinnen
40 versehen, die sich nur über die Länge jedes Kastens erstrecken und so ein Vermischen
der Flüssigkeiten zweier benachbarter Behälter verhindern.
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In dem Raum 48 zwischen den Verteilungskästen und der Bahn können
Wischvorrichtungen vorgesehen sein, die die Oberfläche des sich bewegenden Metallbandes
berühren und die Flüssigkeiten in die Mulde 40 lenken. Aus dem Sammelbehälter 42
fördert eine Pumpe 44 über eine Rohrleitung 46 die Flüssigkeit zu dem entsprechenden
Verteilerkasten und ermöglicht einen Kreislauf.
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In F i g. 3 ist der Verteilungskasten 24 perspektivisch dargestellt,
der für die elektrolytische Oberflächenbehandlung benutzt wird. In dem Elektrolyten
liegt eine Kathode 50, die mit einer Gleichstromquelle verbunden ist. Alternativ
kann auch der Verteilungskasten selbst als Kathode dienen und hat dazu einen Metallboden.
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Die Unterseite des Metallbandes ruht auf der gewölbten Anode 32, die
dem Metallband 12 eine gewölbte Form gibt. Diese Anode liegt gegenüber der Teilfläche
des Metallbandes, die durch den Elektrolyten 38 überflutet wird, und ist von den
unter den anderen Verteilungskästen liegenden Stützflächen getrennt. Sie ist an
eine Gleichstromquelle angeschlossen. Der Strom fließt im wesentlichen senkrecht
zu der Ebene des Metallbandes 12 und wird durch die Überflutung mit dem Elektrolyten
zu einer an allen Stellen gleichen Strombelastung über den Teilabschnitt des Metallbandes
innerhalb der Anodisierungszone verteilt.
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Einige Ausführungsformen der Flächenanode zeigen in perspektivischer
Ansicht die F i g. 4 bis 7. In F i g. 4 sind stegförmige Leiter 52 quer zu der Richtung
des Bandweges angeordnet, die an jedem Ende durch eine Leitung 54 verbunden sind.
In der Anode nach F i g. 5 liegen die Stege 56 in Längsrichtung der Bandbewegung
und sind durch Sammelschienen 58 verbunden. Der Abstand der Stege in der Anode kann
auch kleiner sein, als in F i g. 4 und 5 angegeben ist. Die Anode kann auch durch
eine einheitliche Platte gebildet werden, wie F i g. 6 zeigt. F i g. 7 zeigt eine
Elektrode 61 mit einer größeren Zahl von Löchern 62, die in einheitlichem Abstand
voneinander vorgesehen sind. Diese Elektroden können aus einer verhältnismäßig schweren
Metallplatte hergestellt werden, z. B. aus Kupfer od. dgl.; sie können aber auch
aus nichtmetallischen, aber leitenden Stoffen, z. B. Graphit, bestehen. Sie sind
im wesentlichen ebenso groß wie der Verteilungskasten, der über der Teilfläche angeordnet
ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht die Aufeinanderfolge
einer größeren Zahl von Schritten, die für einen vollständigen Arbeitsvorgang erforderlich
sind. So enthält z. B. bei der anodischen Behandlung von Aluminium der erste Verteilungskasten
20 eine Beiz- oder Reinigungslösung. Der darauffolgende Kasten 22 enthält
Wasser zum Spülen. Dann folgen der Kasten 24 mit dem anodisierenden Elektrolyten
und der Kasten 26 mit Wasser zum Spülen. Ihm folgen der Kasten 28 mit einem Farbmittel,
z. B. Azorubin, Quinolinegelb P, Aluminiumblau A usw., zum Färben der anodisierten
Oberfläche und der Kasten 30 mit einem Siegelungsbad, z. B. kochendem Wasser bei
etwa 100° C.
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Die Verteilungskästen sind so bemessen, daß bei der vorgesehenen Arbeitsgeschwindigkeit
die Länge für die Behandlung des durchlaufenden Aluminium-Bandes ausreicht. So sind
z. B. die Kästen 20, 22 und 26 etwa 3 m lang. Der Kasten 30 ist etwa 3 bis 9 m lang,
während der Kasten
24 für die Anodisierungszone und der Kasten 28 zum Färben
in ihren Längen zwischen 4,5 bis 9 m liegen, wobei etwa 5,5 m das Optimum für die
meisten Zwecke ist. Die Gesamtlänge der Vorrichtung beträgt somit etwa 30 m. Dabei
ist die Laufgeschwindigkeit des Metallbandes durch die Stromdichte in der Zone bestimmt,
in der der anodische Überzug gebildet wird. So ruft z. B. bei der Anodisierung von
Aluminiumblech eine Stromdichte von 0,06 A/cm2 einer Zeit von 6 Minuten in der Anodisierungszone
einen anodischen Überzug von 0,01 bis 0,012 mm hervor. Die folgende Tabelle zeigt
Ergebnisse, die mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt wurden:
| Elektrolyt- Stromdichte Ampere- üherzugdicke |
| temperatur minuten |
| ° C A/cmi je cmE 1/1000 mm |
| 27 0,09 0,48 17,2 |
| 27 0,12 0,6 21,9 |
| 38 0,12 0,6 23,9 |
| 38 0,12 0,48 17,2 |
| 27 0,09 0,72 35,5 |
| 38 0,12 0,72 29,2 |
| 38 0,18 1,0 41,3 |
Bei dem vorstehenden Versuch war der Elektrolyt eine etwa 35o/oige wäßrige Lösung
von Schwefelsäure. Bei anderen Konzentrationen muß der Elektrolyt der Strombelastung
angepaßt werden. Im allgemeinen sind sauerstofferzeugende Elektrolyte vorteilhaft,
z. B. wäßrige Schwefelsäure, Chromsäure und auch wäßrige alkalische anodische Bäder,
z. B. eine Lösung von Ammoniumbikarbonat. Die Temperatur kann bis zu 49 oder 52°
C erhöht werden. Die Stromdichten können bis 0,5 A/cm2 gesteigert werden. Dabei
wird natürlich eine größere Wärmemenge erzeugt, die durch den umlaufenden Elektrolyten
abgeführt werden muß. Dabei ist es wünschenswert, den Elektrolyten über Kühleinrichtungen
in den Sammelbehälter 42 zu leiten, z. B. Kühlabschnitte in der Leitung 46. Mit
dieser Kühlung kann man die Bildung des anodischen Überzuges regeln und ein einheitliches
Erzeugnis sicherstellen.
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Nach der anodischen Behandlung kann das Metallband gefärbt werden,
wie dies oben erwähnt wurde. Der Färbvorgang wird im allgemeinen bei etwas höheren
Temperaturen in etwa 15 bis 30 Minuten durchgeführt. Nach dem Färben kann das Metallband
in der gleichen Weise gesiegelt werden, als wenn es nicht gefärbt wäre. Der Siegelungsvorgang,
durch den der Überzug undurchlässig gemacht wird, wird durch Verwendung eines heißen
Wasserbades im allgemeinen bei Kochtemperatur durchgeführt.