Die vorliegende Erfindung betrifft ein galvanisches Verfahren sowie eine Anlage zum elektrolytischen Beschichten eines elektrisch leitfähigen Bandes und/oder eines elektrisch leitfähigen bandförmigen Gewebes, vorzugsweise eines metallischen Bandes, wie eines Stahlbands und/oder eines Bleches, eines Kunststoffbandes, eines Glasfasergewebebandes, eines

Carbongeflechtgewebebandes und/oder eines Verbundmaterials hiervon, mit einem Überzug auf Basis eines Metalls und/oder eines Halbmetalls ausgewählt aus der Gruppe 6 bis 15 und/oder einer Mischung hiervon.

Elektrolytisch veredelte Bänder, wie beispielsweise Stahlbänder, werden heutzutage als Halbzeuge in vielen Industriezweigen verwendet, wie beispielsweise der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Maschinenbau, in der Verpackungsindustrie, sowie in der Haushalt- und Elektrogeräteherstellung. Die Herstellung solcher Bänder erfolgt klassischerweise in kontinuierlich arbeitenden Bandbehandlungsanlagen mit einem geschwindigkeitskonstanten Durchlauf des Bandes durch eine oder mehrere hintereinander geschaltete Elektrolysezellen.

Die hierbei elektrolytisch auf dem Band ein- oder beidseitig abgeschiedenen Beschichtungen können verschiedene Aufgaben übernehmen und verleihen dem jeweiligen Band neue Produkteigenschaften. Diese sind beispielsweise der Schutz vor Korrosion oder Oxidation, der Verschleißschutz, die Herstellung dekorativer Produkteigenschaften, und/oder die Herstellung von magnetischen und/oder elektrischen Oberflächeneigenschaften. So erhält beispielsweise ein elektrolytisch verzinktes Stahlband durch den Zinküberzug einen aktiven Korrosionsschutz und bietet einen guten Haftgrund für Lackierungen und/oder oder Laminierungen mit Kunststofffolien. Ein

Chromüberzug verleiht einem Stahlband oder einem Kunststoffband ebenfalls einen erhöhten Korrosions- und Verschleißschutz sowie zudem dekorative Eigenschaften. Nickel- und Nickellegierungen können hingegen die

Oberflächenhärte des jeweiligen Substrates erhöhen.

Die Herstellung der jeweiligen Überzüge mit den gewünschten Eigenschaften ist, insbesondere unter ökonomischen und wirtschaftlichen Aspekten, von diversen Parametern, wie der Art und Zusammensetzung des Elektrolyten, seiner Metallsalzkonzentration und Temperatur, der geometrischen Anordnung der Elektrolysezellen und ihrer Elektroden, der elektrochemischen Stromführung sowie von deren Betrag, Zeit und Polarität, stark abhängig.

Die elektrolytische Beschichtung von metallischen Bändern wird im Stand der Technik mittels Gleichstroms durchgeführt, wobei hierbei die Thyristortechnik angewendet wird. Diese sog. DC-Elektrolyse kann unipolar und teilweise umpolbar ausgelegt werden, erlaubt jedoch keine spezifischen Stromfolgen in Betrag, Zeit und Polarität. Hierbei erweist sich insbesondere die Abscheidung der metallischen und/oder halbmetallischen Komponente an den Bandkanten des jeweiligen Bandsubstrates als besonders problematisch. Diese Überhöhungen können im fertigen Bandcoil zu aufbrechenden Rändern und Druckdeformationen führen. Ein weiteres Problem stellen dendritisch gewachsene Überhöhungen an den Bandkanten dar, die während des Beschichtungsprozess als grobe Partikel sich von dem Band lösen, das Elektrolyt partikulär verunreinigen und sich sodann auf der Bandoberfläche absetzten bzw. anlagern, was hinsichtlich der Oberflächenqualität unerwünscht ist. Im Stand der Technik werden bevorzugt sog. Kantenmasken eingesetzt. Diese müssen jedoch sensorisch auf die jeweilige Bandbreite durch eine motorische Verstellung angepasst werden und stellen daher ein hohes, mit langen Ausfallzeiten verbundenes Stör- und Kollisionsrisiko dar. Des Weiteren bedingt der Einsatz dieser Kantenmasken wartungs- und instandhaltungstechnisch einen hohen personellen Zeitaufwand dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Anlage zum elektrolytischen Beschichten von elektrisch leitfähigen Bändern und/oder elektrisch leitfähigen bandförmigen Geweben mit einem Überzug auf Basis eines Metalls und/oder eines Halbmetalls ausgewählt aus der Gruppe 6 bis 15 und/oder einer Mischung hiervon anzugeben

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Band und/oder das elektrisch leitfähige bandförmige Gewebe, vorzugsweise ein metallisches Band, ein Kunststoffband, ein Glasfasergewebeband, ein Carbongeflechtgewebeband und/oder ein

Verbundmaterial hiervon, nach einer ggf. vorherigen Reinigung und/oder Aktivierung, einer Beschichtungsstrecke umfassend zumindest eine, bevorzugt zumindest zwei oder mehr, Elektrolysezelle(n) zugeführt und in dieser sukzessiv elektrolytisch beschichtet wird, wobei das elektrisch leitfähige Band und/oder das bandförmige Gewebe zunächst über zumindest eine Stromrolle kathodisch geschaltet und innerhalb der zumindest einen Elektrolysezelle in einem definierten Abstand parallel zur zumindest einer in der Elektrolysezelle angeordneten Anode geführt wird.

Die zumindest eine Anode wird erfindungsgemäß mittels eines modulierten Stroms bestromt, wobei der Beschichtungsprozess innerhalb der Beschichtungsstrecke unter Anwendung einer definierten Pulsmustersequenz erfolgt, die aus zumindest einem Pulsmuster gebildet wird, wobei gemäß der Pulsmustersequenz zumindest eines der Metalle und/oder eines der Halbmetalle ausgewählt aus der Gruppe 6 bis 15 und/oder eine Mischung hiervon aus einem Elektrolyten auf dem elektrisch leitfähigen Band und/oder bandförmigen Gewebe abgeschieden und der Überzug gebildet wird.

In gleicherweise sieht die vorliegende Erfindung eine Anlage zum elektrolytischen Beschichten eines elektrisch leitfähigen Bandes und/oder eines elektrisch leitfähigen bandförmigen Gewebes vor. Die Anlage umfasst ggf. eine Reinigungs und/oder eine Aktivierungs-Einheit, in der das elektrisch leitfähige Band und/oder Gewebe gereinigt und/oder aktiviert werden kann; eine Beschichtungsstrecke mit zumindest einer, bevorzugt zumindest zwei oder mehr Elektrolysezelle(n), in der das elektrisch leitfähige Band und/oder Gewebe sukzessiv elektrolytisch beschichtbar ist, und zumindest eine Stromrolle, über die das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe kathodisch geschaltet werden kann, wobei die zumindest eine Elektrolysezelle zumindest eine Anode umfasst, die derart angeordnet ist, dass das durch die zumindest eine Elektrolysezelle durchführbare elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe in einem definierten und parallelen Abstand zur der zumindest einen Anode durchführbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Anlage zumindest einen Pulsgleichrichter, der in Schaltnetzteiltechnik ausgeführt ist, dessen Minuspol mit der zumindest einen Stromrolle elektrisch verbunden und der Pluspol mit der zumindest einen Anode elektrisch verbunden ist, derart, dass die zumindest eine Anode mittels eines modulierten Stroms derart bestrombar ist, dass der Beschichtungsprozess innerhalb der Beschichtungsstrecke unter Anwendung einer definierten Pulsmustersequenz durchführbar ist, wobei die Pulsmustersequenz aus einzelnen Pulsmustern gebildet ist, wobei gemäß der Pulsmustersequenz zumindest eines der Metalle und/oder eines der Halbmetalle ausgewählt aus der Gruppe 6 bis 15 und/oder eine Mischung hiervon aus einem Elektrolyten auf dem elektrisch leitfähigen Band und/oder dem bandförmigen Gewebe abscheidbar ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass unter Anwendung einer definierten Pulsmustersequenz, die aus einzelnen Pulsmustern gebildet wird, die Abscheiderate lokal an Orten hoher Stromdichte signifikant reduziert werden kann, so dass auf den umständlichen Einbau von Kantenmasken, wie im Stand der Technik üblich, und deren Nachführpositionierung aufgrund von Bandbreitenänderungen und/oder Besäumen der Bandkanten verzichtet werden kann.

So erlaubt der Wechsel der Polarität den Abscheideprozess umzukehren. Durch den Wechsel der Polarität können beispielsweise diejenigen Bereiche des (teil)- beschichteten Substrates korrigiert werden, die in dem vorherigen kathodischen Beschichtungsschritt und/oder Beschichtungsprozess in Folge hoher

Stromdichten, insbesondere an den Kanten des Banddsubstrates, eine zu den übrigen Bereichen überhöhte Schichtdicke oder ein dendritisches Kristallwachstum aufweisen. Der Wechsel der Polarität bzw. der anodische Betrieb erlaubt somit einen gezielten Abbau dieser lokalen Überhöhung und Angleichung der Schichtstärke dieser an die umgebenden Bereiche, ohne dabei die umgebenden Bereiche abzubauen. Der erfindungsgemäße Beschichtungsprozess erfolgt innerhalb der Beschichtungsstrecke unter Anwendung einer definierten Pulsmustersequenz, die aus einzelnen Pulsmustern gebildet wird. Die Pulsmustersequenz kann dabei aus einem einzigen Pulsmuster und/oder aus einer Kombination von zumindest zwei oder einer Mehrzahl von unterschiedlichen Pulsmustern einer Pulsmusterbibliothek gebildet werden.

Ferner kann der elektrolytische Prozess unter Verwendung des modulierten Stroms derart gestaltet werden, dass besonders kompakte, dichte, reine, homogene, feinkristalline, poren-, riss- und dendritenfreie Beschichtungen realisierbar sind. Zudem kann das zu beschichtende elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe in dem kontinuierlichen Beschichtungsprozess über seine gesamte Fläche mit einer homogenen Schichtdicke beschichtet werden, die insbesondere über die gesamte Bandbreite, also auch an den Bandkanten, gleichmäßig verläuft und keine partiellen Über- und/oder Unterbeschichtungen aufweist.

Des Weiteren führt der Einsatz eines modulierten Stroms bei einem bipolaren Betrieb zu einem Mehrschichtaufbau mit verbesserten Eigenschaften. Durch die Wahl der Pulsmuster kann die Keimbildung, ihre Anzahl sowie Verteilung auf dem elektrisch leitfähigen Band und/oder bandförmigen Gewebe gezielt positiv beeinflusst werden, was zu einem vorteilhaftem Kristallwachstum führt. Durch wiederholende Pulsmuster kann zudem die Nernstsche Diffusionsschicht aufgespalten werden, was zur Verbesserung der Stofftransporteigenschaften an der Kathode, also dem kathodisch geschalteten elektrisch leitfähigen Band und/oder bandförmigen Gewebe, führt und sich durch Abscheidung von weniger rauen Überzügen äußert, deren Glanz steigert und zu dichteren Beschichtungen und damit zur Steigerung der Korrosionsbeständigkeit führt.

Durch Ausbildung von Vorimpulsen, die zeitlich kurz aber im Betrag oberhalb der mittleren Stromdichte liegen, können die Metallionen und/oder Halbmetallionen in höherer Anzahl zu dem kathodisch geschalteten Band und/oder bandförmigen Gewebe transportiert werden, was zu einer feinkörnigeren Morphologie der Beschichtung führt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten

Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. In diesem

Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass sämtliche gegenständliche Vorrichtungsmerkmale, die im Zuge der einzelnen Verfahrensschritte erläutert werden oder umgekehrt, in gleicher Weise mit der erfindungsgemäßen Anlage und/oder dem Verfahren kombinierbar sind, ohne darauf explizit zu verweisen. Unter dem Begriff des Metalls und/oder Halbmetalls, welches einzeln oder in Kombination aus einer der Gruppen 6 bis 15 ausgewählt sein kann, werden die in der Galvanik bekannten Metalle bzw. Halbmetalle, insbesondere Chrom (Cr), Mangan (Mn), Rhenium (Re), Eisen (Fe), Ruthenium (Ru), Osmium (Os), Cobalt (Co), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt), Kupfer (Cu), Gold (Au), Silber (Ag), Zink (Zn), Cadmium (Cd), Aluminium (AI), Gallium (Ga), Indium (In), Thallium (TI), Zinn (Sn), Blei (Pb), Arsen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi) und/oder Mischungen bzw. Legierungen hiervon, verstanden.

Das elektrisch leitfähige Band und/oder elektrisch leitfähige bandförmige Gewebe ist vorzugsweise eines ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein metallisches Band, wie ein Stahlband und/oder ein Blech, ein Kunststoffband, ein Glasfasergewebeband, ein Carbongeflechtgewebeband und/oder ein Verbundmaterial hiervon. Besonders bevorzugt ist das elektrisch leitfähige Band ein Stahlband, welches eine Zugfestigkeit von zumindest R _e ^ 500 MPa, mehr bevorzugt von zumindest R _e ^ 600 MPa und am meisten bevorzugt von zumindest R _e ^ 800 MPa aufweist. Hinsichtlich der maximalen Zugfestigkeit ist das Stahlband auf eine Zugfestigkeit von R _e ^ 2000 MPa, mehr bevorzugt auf eine Zugfestigkeit von R _e ^ 1500 MPa, noch mehr bevorzugt auf eine Zugfestigkeit von R _e ^ 1200 MPa limitiert.

Die Beschichtungsstrecke der Anlage kann grundsätzlich eine Elektrolysezelle mit einer Anode, die beispielsweise in Form einer Plattenanode ausgebildet ist, umfassen. In einer Weiterbildung kann die lediglich eine Elektrolysezelle zwei Anoden umfassen, die beispielsweise in Bandlaufrichtung hintereinander angeordnet sind, derart, dass das bandförmige Substrat einseitig beschichtbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsvariante können die zwei Anoden in einer Anodenanordnung ausgebildet sein, in der die beiden Anoden sodann parallel zueinander innerhalb der einen Elektrolysezelle angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die Beschichtungsstrecke zumindest zwei Elektrolysezellen, mehr bevorzugt zumindest drei Elektrolysezellen, noch mehr bevorzugt zumindest vier Elektrolysezellen, weiter bevorzugt zumindest fünf Elektrolysezellen, und ist aus verfahrensökonomischen Gründen auf maximal zwanzig Elektrolysezellen, bevorzugt auf maximal 16, mehr bevorzugt auf maximal 15 Elektrolysezellen beschränkt. Die Mehrzahl von Elektrolysezellen ist bevorzugt in Bandlaufrichtung hintereinander angeordnet, durch die das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe sodann innerhalb der Beschichtungsstrecke geführt wird. Die einzelnen Elektrolysezellen können in Form von horizontal oder bevorzugt in Form von vertikal ausgebildeten Elektrolysezellen ausgebildet sein, durch die das entsprechende zu beschichtende Substrat über Umlenkrollen geführt wird.

Der Abscheideprozess innerhalb der einzelnen Elektrolysezellen erfolgt in einem Elektrolyten, durch den das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe geführt wird. Das Elektrolytmedium ist für gewöhnlich wässrig und weist in der Regel einen pFI-Wert von kleiner 5.0 auf. Alternativ kann das Elektrolytmedium auch aus einem nichtwässrigen Medium, wie beispielsweise einer ionischen Flüssigkeit, gebildet werden. Eine bevorzugte ionische Flüssigkeit umfasst ein Gemisch aus Cholinchlorid und Flarnstoff.

Der modulierte Strom wird von einem Pulsgleichrichter bereitgestellt, der in Schaltnetzteiltechnik ausgeführt ist. Der Einsatz eines Pulsgleichrichters erlaubt die Möglichkeit den Betrag, den zeitlichen Verlauf sowie die Polarität des jeweiligen gewünschten Pulsmusters und somit der gesamten Pulsmustersequenz zu definieren, so dass der elektrolytische Prozess entsprechend der vorgegebenen Parameter auf das jeweilige System aus Bandsubstrat und Beschichtungsmittel optimal angepasst werden kann.

Ein derart ausgebildeter Pulsgleichrichter definiert sich dadurch, dass die netzseitige Wechselspannung zunächst gleichgerichtet und geglättet wird. Die sodann generierte Gleichspannung, die wesentlich höheren Frequenzen, in der Regel im Bereich von 5 kHz bis 300 kHz, aufweist, wird sodann aufgeteilt, mit dieser hohen Frequenz transformiert und anschließend gleichgerichtet und gesiebt. Die überlagerte Spannungs- und Stromregelung funktioniert in der Regel über eine Pulsbreitenmodulation oder Pulsphasenmodulation.

Durch die hohe Frequenz am Leistungsüberträger ist der Transformator wesentlich kleiner ausgebildet, so dass die Energieverluste wesentlich geringer sind. Daraus ergibt sich systembedingt eine wesentlich höhere Leistungseffektivität der Gleichstromversorgung und somit der Gesamtproduktionsanlage.

Bauartbedingt kann der Pulsgleichrichter in Modulbauweise bereitgestellt werden. Dies führt zu einer wesentlich höheren Verfügbarkeit, da die bereitzustellende Leistung eines defekten Moduls durch ein anderes Modul übernommen werden kann und bei der Reparatur eines defekten Moduls dieses schnell ausgetauscht werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Qualität des Gleichstromes, insbesondere seine geringere Restwelligkeit, bei geringeren Verlusten wesentlich besser ist, als bei der herkömmlichen thyristorbasierten DC-Elektrolyse, die

Reparatur von defekten Geräten wesentlich schneller und einfacher realisierbar ist, und bestehende Gleichstrom-/Gleichspannungsversorgungssysteme durch weitere Module nachträglich durch Verwendung entsprechender Regelungstechnik, mittels derer die Leistung des Gleichstrom-

/Gleichspannungsversorgungssystems erhöht werden kann, erweiterbar sind. Der zumindest eine Pulsgleichrichter, der den modulierten Strom bereitstellt, ist vorteilhafterweise über seinen Minuspol mit der zumindest einen Stromrolle und der Pluspol mit der zumindest einen Anode elektrisch verbunden. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass der zumindest eine

Pulsgleichrichter, besonders bevorzugt jeder der Pulsgleichrichter innerhalb der Beschichtungsstrecke, mit einer zentralen Steuereinheit elektrisch verbunden ist, über die der gesamte Beschichtungsprozess geregelt wird. Über die Steuereinheit wird das zumindest eine Pulsmuster der Pulsmustersequenz an den zumindest einen, vorzugsweise jeden, Pulsgleichrichter übertragen, der dieses signaltechnisch auf die jeweilige zugeordnete Elektrolysezelle überträgt.

Für gewöhnlich umfasst ein Pulsmuster der Pulsmustersequenz zumindest einen kathodischen Puls, zumindest einen anodischen Puls, und/oder zumindest eine Pulsauszeit, wobei der kathodische und anodische Puls über eine Pulsdauer und seine jeweilige Form, beispielsweise rechteckförmig, definiert wird.

Die zumindest eine Anode ist vorzugsweise als Plattenanode ausgebildet. Solche Plattenanoden können grundsätzlich in Form einer löslichen oder einer unlöslichen Anode ausgestaltet sein. Bei löslichen Anoden, die auch als aktives Anodensystem bezeichnet werden, geht die Anode während der Elektrolyse in Lösung über. Unlösliche Anoden, auch als inertes Anodensystem bezeichnet, gehen hingegen während der Elektrolyse nicht in Lösung über. Unlösliche Anoden bestehen aus einem Trägermaterial einerseits und einer darauf aufgebrachten Beschichtung, die als Aktiv-Schicht bezeichnet werden kann, andererseits. Dabei werden als Trägermaterial üblicherweise Titan, Niob oder andere Reaktionsträgermetalle verwendet, in jedem Fall aber solche Materialien, die unter den Elektrolysebedingungen passivieren. Als Material für die Aktiv-Schicht kommen üblicherweise elektronenleitende Materialien, wie zum Beispiel Platin, Iridium oder andere Edelmetalle, deren Mischoxide oder Verbindungen dieser Elemente zum Einsatz. Dabei kann die Aktiv-Schicht entweder direkt auf die Oberfläche des Trägermaterial aufgebracht sein oder sich auf einem zum Trägermaterial beabstandet angeordneten Substrat befinden. Als Substrat können unter anderem auch solche Materialien dienen, die als Trägermaterial in Betracht kommen, also beispielsweise Titan, Niob oder dergleichen.

Die zumindest eine Anode kann vorzugsweise einstückig und/oder gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante aus zumindest zwei oder mehr stabförmig ausgebildeten Teilanoden ausgebildet sein, wobei sodann jede der Teilanoden elektrisch mit der Stromquelle verbunden ist. Die zumindest zwei oder mehr stabförmig ausgebildeten Teilanoden werden vorteilhafterweise derart angeordnet, dass der Abstand einer jeden Teilanode zum Band über dessen Breite einstellbar ist. Hierdurch können entlang der Bandbreite des Substrats, also des elektrisch leitfähigen Bandes und/oder bandförmigen Gewebes, über die Einstellung des Abstands jeder der Teilanoden zu dem Band und/oder der Stromdichte über den Pulsgleichrichter, lokal unterschiedliche Schichtstärken aufgebracht und/oder durch Desorption korrigiert werden. So können beispielsweise die an den Bandkanten angeordneten Teilanoden, im Vergleich zu denen im mittleren Segment angeordneten, mit einer geringeren Stromdichte bestromt und/oder einem größeren Abstand zum Band positioniert werden, um die Abscheidung des Metalls und/oder des Halbmetalls an den Bandkanten zu steuern.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die zumindest eine Elektrolysezelle zumindest eine Anodenanordnung aus zwei parallel zueinander angeordneten Anoden, durch die das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe geführt wird. In einer derart ausgebildeten Konfiguration ist bevorzugt vorgesehen, dass jede der Anoden der zumindest einen Anodenanordnung über einen separaten Pulsgleichrichter bestromt wird, derart, dass jede der Anoden mit jeweils einem Pluspol eines jeden Pulsgleichrichters und der Minuspol eines jeden Pulsgleichrichters mit der zumindest einen Stromrolle elektrisch verbunden ist. Mit anderen Worten umfasst die Elektrolysezelle in dieser Konfiguration zwei Anoden, zwei Pulsgleichrichter sowie eine Stromrolle, über die das Bandsubstrat kathodisch geschaltet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die zumindest eine Elektrolysezelle zumindest zwei Anodenanordnungen mit jeweils zwei parallel zueinander angeordneten Anoden, durch die das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe geführt wird. Sofern eine solche Elektrolysezelle als Tauchtank ausgebildet ist, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe zwischen den zumindest zwei Anodenanordnungen über eine, ggf. innerhalb der Elektrolysezelle angeordnete, Umlenkrolle umgelenkt wird. In einer derart ausgebildeten Konfiguration wird ebenfalls jede der Anoden der zumindest zwei Anodenanordnung über einen separaten Pulsgleichrichter bestromt, so dass in dieser Konfiguration insgesamt vier Pulsgleichrichter vorgesehen sind. Hierbei ist jede der vier Anoden mit jeweils einem Pluspol eines jeden Pulsgleichrichters und der Minuspol von jeweils zwei Pulsgleichrichtern mit jeweils einer der zwei Stromrollen elektrisch verbunden. Mit anderen Worten umfasst die Elektrolysezelle in dieser Konfiguration vier Anoden, vier Pulsgleichrichter, zwei Stromrollen sowie eine, ggf. innerhalb der Elektrolysezelle angeordnete, Umlenkrolle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann die Elektrolysezelle im Wesentlichen aus der Anodenanordnung gebildet werden, indem die beiden offenen Flanken dieser verschlossen werden. Das Bandsubstrat wird hierbei durch den von der Anodenanordnung begrenzten teilverschlossenen Raum durchgeführt und in diesem von dem Elektrolyten umspült. Der Elektrolyt kann beispielsweise über entsprechende Pumpen über den gesamten Querschnitt dem Raum zugeführt werden und diesen durchfließen. Ein solcher Aufbau weist gegenüber einem Tauchtank einen kleineren Bauraum auf und benötigt somit geringere Volumina des Elektrolyten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die

Beschichtungsstrecke eine Mehrzahl von in Bandlaufrichtung hintereinander angeordneten Elektrolysezellen, durch die das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe geführt wird. In diesem Zusammenhang ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Band und/oder bandförmige Gewebe zwischen zumindest zwei, mehr bevorzugt zwischen jeder der Mehrzahl von Elektrolysezellen, über zumindest eine als Zwischenstromrolle ausgebildete Umlenkrolle umgelenkt, und ggf. zusätzlich kathodisch geschaltet wird. In einer beispielhaften Ausführungsvariante mit zwei Elektrolysezellen umfassend jeweils zwei Anodenanordnungen wird ebenfalls jede der Anoden der vier Anodenanordnungen über einen separaten Pulsgleichrichter bestromt, so dass in dieser Konfiguration insgesamt acht Pulsgleichrichter vorgesehen sind. Hierbei ist jede der insgesamt acht Anoden mit jeweils einem Pluspol eines jeden Pulsgleichrichters elektrisch verbunden. Hinsichtlich der kathodischen Schaltung ist vorgesehen, dass diese sich auf die insgesamt drei Stromrollen verteilt, derart, dass der Minuspol von jeweils zwei Pulsgleichrichter mit jeweils einer der beiden äußeren Stromrollen (Bandeinlauf-Stromrolle und Bandauslauf-Stromrolle) und der Minuspol von den übrigen vier Pulsgleichrichtern mit der als Zwischenstromrolle ausgebildeten Umlenkrolle elektrisch verbunden ist.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante eines Teils einer Beschichtungsstrecke einer Anlage zum elektrolytischen Beschichten eines elektrisch leitfähigen Bandes und/oder bandförmigen Gewebes mit einem Überzug in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante eines Teils der

Beschichtungsstrecke der Anlage zum elektrolytischen Beschichten eines elektrisch leitfähigen Bandes und/oder bandförmigen Gewebes mit einem Überzug in einer schematischen Darstellung,

Fig. 3 eine Ausführungsvariante eines Teils der Beschichtungsstrecke mit n-Zellen, Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer Teilanodenanordnung,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsvariante eines Teils der Beschichtungsstrecke der Anlage zum elektrolytischen Beschichten eines elektrisch leitfähigen Bandes und/oder bandförmigen Gewebes mit einem Überzug in einer schematischen Darstellung,

Fig. 6 eine erste Ausführungsvariante eines Pulsmusters, das einen Teil der Pulsmustersequenz bilden kann, Fig. 7 eine zweite Ausführungsvariante eines Pulsmusters, das einen Teil der Pulsmustersequenz bilden kann,

Fig. 8 eine dritte Ausführungsvariante eines Pulsmusters, das einen Teil der Pulsmustersequenz bilden kann, Fig. 9 eine vierte Ausführungsvariante eines Pulsmusters, das einen Teil der Pulsmustersequenz bilden kann,

Fig. 10 eine fünfte Ausführungsvariante eines Pulsmusters, das einen Teil der Pulsmustersequenz bilden kann, und

Fig. 11 eine sechste Ausführungsvariante eines Pulsmusters, das einen Teil der Pulsmustersequenz bilden kann. In Figur 1 ist ein Teil einer Beschichtungsstrecke 1 einer Anlage zum elektrolytischen Beschichten eines elektrisch leitfähigen Bandes und/oder eines bandförmigen Gewebes mit einem Überzug in einer schematischen Darstellung gezeigt. Eine derartige Anlage kann je nach Bandsubstrat ein oder mehrere Flaspeleinrichtungen zum Ab- und Aufwickeln der zu beschichtenden Bänder, einen Einlaufspeicher, einen Streckrichter, eine Reinigungs- und Aktivierungseinheit, die Beschichtungsstrecke 1, eine Nachbehandlungseinheit, einen Auslaufspeicher, eine Inspektionsstrecke sowie eine vor der Aufwickelstation (Flaspeleinrichtung) angeordnete Einölvorrichtung, umfassen. Gemäß der vorliegend dargestellten Beschichtungsstrecke 1 kann ein elektrisch leitfähiges Band und/oder ein bandförmiges Gewebe 2, wie beispielsweise ein metallisches Band, ein Stahlband, ein Aluminiumband, ein Kunststoffband, eine Kunststofffolie, ein Glasfasergewebe, ein Carbongeflechtgewebe und/oder ein Verbundmaterial hiervon mit einem Überzug auf Basis eines Metalls und/oder eines Flalbmetalls ausgewählt aus der Gruppe 6 bis 15 und/oder einer Mischung bzw. Legierung hiervon elektrolytisch beschichtet werden. Hierzu umfasst die Beschichtungsstrecke 1 in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsvariante eine Elektrolysezelle 3, die vorliegend als Tauchtank ausgebildet ist und einen entsprechend elektrochemisch eingestellten Elektrolyten 4 enthaltend die (halb- )metallische Komponente in kationischer Form aufweist. So kann beispielsweise für eine Beschichtung eines Stahlbands mit Zink ein schwefelsaurer, wässriger Elektrolyt mit einer Konzentration von 100 bis 400 g/L ZnSC verwendet werden.

Die Elektrolysezelle 3 umfasst in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante zwei Anoden 5, die derart in der Elektrolysezelle 3 positioniert sind, dass das durch die Elektrolysezelle 3 durchführbare zu beschichtende Band 2 in einem definierten und parallelen Abstand zu diesen durchführbar ist. Beide Anoden 5 sind als einstückige Plattenanoden ausgebildet und in Bandlaufrichtung R hintereinander angeordnet, derart, dass das Band 2 einseitig beschichtet werden kann.

Der Elektrolysezelle 3 sind vorliegend zwei Stromrollen 6, 7 zugeordnet, wobei die eine erste Stromrolle 6 innerhalb der Beschichtungsstrecke 1 einlaufseitig (Bandeinlauf-Stromrolle) der Elektrolysezelle 3 und die zweite Stromrolle 7 auslaufseitig (Bandauslauf-Stromrolle) der Elektrolysezelle 3 angeordnet ist. Über die Bandeinlauf-Stromrolle 6 wird das Band 2, das ggf. einem vorherigen Reinigungs- und/oder Aktivierungsschritt unterzogen worden ist, aus einer horizontalen Bewegung in eine vertikale Bewegung umgelenkt, so dass es in die Elektrolysezelle 3 eintritt, und dabei gleichzeitig kathodisch geschaltet. Über die Bandauslauf-Stromrolle 7 wird das Band 2 sodann nach dem

Beschichtungsprozess aus der vertikalen wieder in die horizontale Bewegung umgelenkt, wobei es ggf. zusätzlich über die Bandauslauf-Stromrolle 7 kathodisch geschaltet werden kann. Innerhalb der Elektrolysezelle 3 ist zudem eine Umlenkrolle 8 angeordnet, über die das Band 2 umgelenkt wird.

Zur Durchführung des Beschichtungsprozesses werden beide Anoden 5 mittels eines modulierten Stroms bestromt, der von jeweils einem separaten Pulsgleichrichter 9, der in Schaltnetzteiltechnik ausgeführt ist, bereitgestellt wird. Dabei ist jeder der Pulsgleichrichter 9 über seinen Minuspol mit jeweils einer der beiden Stromrollen 6, 7 und der Pluspol mit jeweils einer der beiden Anoden 5 elektrisch verbunden. Über den modulierten Strom sind die beiden Anoden 5 derart bestrombar, dass der Beschichtungsprozess unter Anwendung einer definierten Pulsmustersequenz 10, die aus einzelnen Pulsmustern 11 gebildet wird, durchführbar ist. Vorteilhafterweise sind beide Pulsgleichrichter 9 mit einer zentralen Steuereinheit 12 elektrisch verbunden ist, über die das jeweilige gewünschte Pulsmuster 13 der Pulsmustersequenz 12 an jeden der Pulsgleichrichter 10, 11 übertragbar ist. Hierdurch kann der gesamte Beschichtungsprozess in automatisierter Form geregelt werden

In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsvariante eines Teils der Beschichtungsstrecke 1 gezeigt. Im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsvariante, umfasst die Elektrolysezelle 3 zwei Anodenanordnungen 13 mit jeweils zwei parallel zueinander angeordneten Anoden 5, durch die das Band 2 geführt wird. Wie aus der Figur 2 ersichtlich, wird ebenfalls jede der Anoden 5 der zwei Anodenanordnungen 13 über einen separaten Pulsgleichrichter 9 bestromt. Hierbei ist jede der vier Anoden 5 mit jeweils einem Pluspol eines jeden Pulsgleichrichters 9 und der Minuspol von jeweils zwei Pulsgleichrichtern 9 mit jeweils einer der beiden Stromrollen 6 bzw. 7 elektrisch verbunden.

In Figur 3 ist eine Ausführungsvariante eines Teils einer Beschichtungsstrecke 1 mit n-Elektrolysezellen 3 gezeigt, von denen exemplarisch vier dargestellt sind. Alle diese Elektrolysezellen 3 sind in Bandlaufrichtung R hintereinander angeordnet. Hierbei ist zwischen jeder der Mehrzahl von Elektrolysezellen 3 eine als Zwischenstromrolle 14 ausgebildete Umlenkrolle angeordnet, über die das Band 2 von einer vorhergehenden in die nächste Elektrolysezelle 3 umgelenkt und hierbei zusätzlich kathodisch geschaltet wird. Wie der Figur 3 entnehmbar, wird jede der Anoden 5 der Mehrzahl von Anodenanordnungen 13 über einen separaten Pulsgleichrichter 9 bestromt. Hierbei ist jede der Anoden 5 mit jeweils einem Pluspol eines jeden Pulsgleichrichters 9 elektrisch verbunden. Hinsichtlich der kathodischen Schaltung ist vorgesehen, dass diese sich auf die unterschiedlichen Stromrollen 6, 7, 14 verteilt, derart, dass der Minuspol von jeweils zwei Pulsgleichrichter 9 mit jeweils einer der beiden äußeren Stromrollen 6, 7 (Bandeinlauf- bzw. Bandauslaufstromrolle) und der Minuspol von den übrigen Pulsgleichrichtern 9 mit der als Zwischenstromrolle 14 ausgebildeten Umlenkrolle elektrisch verbunden ist.

In Figur 4 ist eine Ausführungsvariante einer Teilanodenanordnung 15 gezeigt, die eine Mehrzahl von stabförmig ausgebildeten Teilanoden 16 umfasst, wobei jede der Teilanoden 16 elektrisch mit der Stromquelle bzw. mit einem Minuspol eines Pulsgleichrichters 9 verbunden ist.

In Figur 5 ist eine dritte Ausführungsvariante eines Teils einer

Beschichtungsstrecke 1 gezeigt. Hierbei wird die Elektrolysezelle 3 im Wesentlichen aus der Anodenanordnung 13 gebildet, indem die beiden offenen Flanken dieser verschlossen werden. Das Band 2 wird hierbei durch den von der Anodenanordnung 13 begrenztem teilverschlossenen Raum durchgeführt und in diesem von dem Elektrolyten 4 umspült. Der Elektrolyt 4 wird von einem unterhalb der Anodenanordnung 13 angeordneten Reservoir 17 über eine Pumpe 18 in den Raum gefördert, wo er diesen über den gesamten Querschnitt durchfließt.

In den Figuren 6 bis 11 sind unterschiedliche Ausführungsvarianten von Pulsmustern 11 gezeigt, die einen Teil der Pulsmustersequenz 10 bilden, gemäß dieser der Beschichtungsprozess innerhalb der Beschichtungsstrecke 1 erfolgt. In Figur 6 ist ein Initialstromimpuls der zeitlichen Länge t dargestellt, der anschließend auf eine konstante Stromstärke reduziert wird. Der Initialstromimpuls kann zur Erhöhung der Kristallkeimanzahl auf der Kathode verwendet werden, mit dem Ergebnis der Abscheidung feiner und kleiner Kristallformen. Im Unterschied hierzu ist mit der gestrichelten Linie in den Figuren 6 bis 11 ein zeitlich konstanter, kathodischer Strom, wie er in der Gleichstromelektrolyse (DC-Elektrolyse) angewendet wird, dargestellt. In Figur 7 ist ein Pulsmuster 11 gezeigt, das zunächst einen hohen Vorstromimpuls aufweist, dem ein erster, höherer, und ein zweiter, niedrigerer konstanter Strombetrag folgt. Nach einer Zeit t wird der Strom umgepolt, so dass die Kathode anodisch betrieben wird. Hierdurch können Kristallspitzen oder ein qualitativ minderwertig dendritisch abgeschiedenes (Halb-)Metall und/oder Schichtüberhöhungen an Stellen hoher Stromdichte (Kanteneffekt) reversibel und spezifisch abgebaut werden, so dass bei nachfolgender kathodischer Beaufschlagung wieder höhere Abscheideraten an Orten hoher Stromdichte unterdrückt bzw. abgemildert werden können.

In Figur 8 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, das ein sich in Strombetrag und Zeit gleichartig ausgestaltetes, sich wiederholendes Pulsmuster 11 zeigt. Durch die Abschaltpausen des Stromflusses wird eine Relaxation der Nernstschen Doppelschicht erzielt, die mit einem Abbau der, den Stofftransport behindernden, Diffusionsschicht verbunden ist und somit die Ausbildung einer homogenen Beschichtungsdicke über die Fläche des Bandes unterstützt.

In Figur 9 ist ein Pulsmuster 11 gezeigt, welches zwei aufeinander folgende, höhere Stromimpulse aufweist, die zyklisch innerhalb des Pulsmusters 11 eingesetzt werden, um ein dendritisches Kristallwachstum zu minimieren und/oder zu unterdrücken.

In Figur 10 ist ein Pulsmuster 11 gezeigt, das hohe Stromimpulse, Phasen kathodischer Abscheidung, sowie eine Invertierung des Stromes und damit die Schaltung der Kathode zur Anode aufzeigt. Hierdurch wird ein Abbau von Kristallspitzen, und insbesondere der Abbau von abgeschiedenen (Halb-)Metall an Kanteneffekten sowie die Inhibierung dieses Effektes bei erneuter Schaltung als Kathode durch zwei zeitlich sowie im Strombetrag unterschiedliche Impulse, die der Kinetik der Kristallumwandlung bzw. (langsam bzw. spontan ablaufende Kristallumwandlungen) (Halb-)Metallauflösungen angepasst sind, erzielt. Figur 11 zeigt ein Pulsmuster 11 mit einem periodisch, rechteckförmig gebildeten Stromimpuls, das in Kombination mit einem der vorhergehenden Pulsmuster, zur Ausbildung eines mehrschichtigen, kathodischen Überzugs verwendet werden kann. Hierbei wird in der kathodischen Phase der Überzug auf dem Band galvanisch abgeschieden, durch den Reversimpuls sodann anodisch, mit vom Betrag her geringeren Strömen beaufschlagt, und die Abscheidung unterbunden. Durch die anodische Schaltzeit werden bevorzugt Kristallspitzen abgebaut und, erneut durch kathodische Schaltung, eine weitere (Halb-)Metallschicht auf der bereits vorhandenen Schicht abgeschieden. Mittels des in Figur 11 gezeigten Pulsmusters können die (halb-)metallischen Überzüge periodisch und schichtartig aufgebaut werden, was mit einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit verbunden ist. Dieses sogenannte Umkehrpulsstromverfahren wird auch bipolares Pulsstromverfahren genannt, da hierbei die kathodische und anodische Stromführung gewechselt wird, also der Stromfluss mit Schneiden des Nulldurchganges verändert wird. Mit anderen Worten wird die Kathode zeitweise zur Anode geschaltet, so dass der galvanische Abscheideprozess zeitweise reversibel ausführbar ist. Der Strombetrag, die Dauer und der Polaritätswechsel kann nach Vorgabe durch den Anwender gestaltet und auf den Prozess optimiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Beschichtungsstrecke

2 Band / Gewebe / Kathode

3 Elektrolysezelle

4 Elektrolyt

5 Anode

6 erste Stromrolle / Bandeinlauf-Stromrolle

7 zweite Stromrolle / Bandauslauf-Stromrolle

8 Umlenkrolle

9 Pulsgleichrichter

10 Pulsmustersequenz 11 Pulsmuster 12 Steuereinheit

13 Anodenanordnung

14 Zwischenstrom rol le

15 Teilanodenanordnung

16 Teilanoden

17 Reservoir

18 Pumpen

R Bandlaufrichtung