DE3626206A1 - Stromzuleitung fuer elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromzuleitung für Elektroden, insbesondere für gasentwickelnde Metall-Elektroden für elektrochemische Prozesse, wie beschichtete Titan-Anoden für Amalgamzellen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Elektroden sind z.B. aus der DE-OS 30 08 116 bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus in einer horizontalen Ebene im Abstand zueinander und parallel zueinander angeordneten Stäben, deren Oberflächen die arbeitende Fläche der Elektrode bilden. An ihrer Oberseite sind Stromverteilungsschienen und diese verbindende, sich kreuzende Schienen vorgesehen, die ihrerseits mit einer zentrischen, vertikal ausgerichteten Anschlußbuchse, ebenfalls aus Titan, verbunden sind. In diese Anschlußbuchse reicht ein vertikaler Stromzuleitungsbolzen hinein. Derartige Stromzuleitungsbolzen bestehen meist aus Elektrolytkupfer und sind in die Anschlußbuchse eingeschraubt. Zum Schutz vor Korrosion sind sie von Titanrohren umgeben, die an der oberen Stirnseite der Buchse über eine Titanschweißstelle oder Dichtung abgedichtet und befestigt sind. Eine solche Lösung ist in der DE-AS 20 31 525, Abb. 6 dargestellt. Derartige Stromzuleitungsbolzen können aber auch aus einem Kupferkern, der eine Titanplattierung trägt, bestehen. Dabei ist der Kupferkern in die Anschlußbuchse eingeschraubt, während die Titanplattierung an der oberen Stirnseite der Buchse über eine Titanschweißstelle abgedichtet und befestigt ist, wie dies insbesondere aus der DE-OS 15 67 946 zu erkennen ist.

In der DE-OS 20 31 525 ist vorgeschlagen worden, zur Überbrückung des Gewindespiels zwischen eingeschraubtem Kupferbolzen und Titanbuchse eine niedrig schmelzende Metall-Legierung, beispielsweise Woodmetall, einzufüllen, die bei der Zellentemperatur flüssig ist und einen flüssigen Leiterkontakt zwischen Bolzen und Buchse ergeben soll. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß wegen des Ausdampfens der leicht flüchtigen Komponenten der Legierung und infolge Legierungsbildung mit Kupfer die ursprünglich flüssige Legierung sich während des Anodenbetriebs verfestigt und verkrustet. Der ursprünglich elektrisch gut leitende Flüssigkontakt verwandelt sich so in einen schlechten, hochohmigen Schraubkontakt, der sich weder nachziehen noch zerstörungsfrei zwecks Regeneration wieder herausschrauben läßt.

Um eine verbesserte Kontaktierung zwischen dem Kupfer-Stromzuleitungsbolzen und der Titan-Anschlußbuchse zu erreichen, wurden des weiteren konische Gewinde eingesetzt. Es wurde beispielsweise im Falle von Graphit-Elektroden vorgeschlagen, eine konische Gewindeverbindung mit außergewöhnlich großem Flankenwinkel zu verwenden, wodurch ein satter, spielfreier Kontakt mit zum Teil ineinanderfließenden kontaktierten Graphitoberflächen erzielt wird, wie dies in der DE-AS 12 37 482 beschrieben wird. Bei Metallelektroden kann jedoch eine solche praktisch ineinanderfließende Kontaktierung wie bei Graphitelektroden nicht dauerhaft erzielt werden. Insbesondere ist das Problem der Kontaktierung dann groß, wenn unterschiedliche Metalle miteinander zu verbinden sind, wie dies im Falle eines Kupfer-Stromzuleitungsbolzens und einer Titanbuchse gegeben ist. Der durch hohe Einschraubmomente erzeugte innige, satte Sitz des Kupferbolzens in der Titanbuchse wird durch das Materialfließen der Kontaktbauteile im Laufe der Zeit verschlechtert. Hinzu kommen die infolge wechselnder elektrischer Belastung auftretenden Temperaturschwankungen, die wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Bauteile die allmähliche Lockerung der Kontaktverbindung fördern.

Durch Nachziehen der Schraubverbindung läßt sich der Kontakt wieder verbessern. Eine solche Operation ist während des Zellenbetriebs nicht immer durchführbar und kann deshalb einen Ausbau der Anode aus der Zelle notwendig machen.

Des weiteren ist aus der DE-OS 32 09 138 eine Anode aus beschichtetem Ventilmetall zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen oder Metalloxiden bekannt, bei welcher die Elektrodenelemente vertikal ausgerichtet sind, während der Stromzuleiter eine im wesentlichen horizontale Ausrichtung aufweist. Um einen geringeren Spannungsabfall und gleichzeitig einen relativ billigen und betriebssicheren Aufbau zu erhalten, weisen die Stromzuleiter und/oder -verteiler jeweils einen Mantel aus einem kastenförmigen Profil aus Ventilmetall auf, welches jeweils mit einem Metallkern, beispielsweise aus Aluminium oder Zink, ausgegossen ist. In das eingegossene Kernmetall ist eine sogenannte Kontaktstruktur eingebettet, die über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist. Die Kontaktstruktur ist dabei ein Streifen aus Streckmetall, Drahtnetz, Lochblech oder dgl. Mit dieser Anordnung sind sehr gute Resultate erzielt worden.

Das derzeitige Bestreben ist es, die einschlägigen Amalgamzellen so weit wie möglich energiesparend zu fahren. Bei dieser Fahrweise muß ein möglichst enger Spalt zwischen Titan-Anode und Amalgamkathode eingestellt werden. Bei der Parallelschaltung der Anoden bedingt diese Einstellung möglichst geringe, einheitliche und zeitlich konstante Widerstände der stromführenden Bauteile, also u.a. auch der Stromzuleitung. Widerstandserhöhungen in der Stromzuleitung, z.B. durch Alterung der Kontakte, würden nämlich bei dem stromregulierten Anodenbetrieb und dem geringen Elektrodenabstand unverzüglich zu Kurzschlüssen führen.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Stromzuleitung für Elektroden mit horizontalen Elektrodenelementen anzugeben, die eine sehr gute Kontaktierung mit möglichst kleinem inneren Spannungsabfall und hoher Betriebssicherheit sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch eine Stromzuführung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Nach der erfindungsgemäßen Anordnung gehört das Anschlußelement notwendigerweise zur Stromzuleitung. Die Verbindung zwischen diesem zur Stromzuleitung gehörendem Anschlußelement und der Elektrode erfolgt dabei durch eine leicht trennbare Schweißkonstruktion. Diese Konzeption ermöglicht dem Betreiber der Zelle auf einfache Weise ein Trennen der Stromzuleitung von der Elektrode zum Zwecke der Wiederbeschichtung, ohne daß er in die hinsichtlich des Spannungsabfalls subtile Stromzuleitung eingreifen muß. Des weiteren bleibt bei der erfindungsgemäßen Stromzuleitung der Ventilmetallschutz des Stromzuleitungsbolzens in Form eines Titanmantels oder einer Titan-Plattierung stets mit dem Anschlußelement verschweißt, so daß die sonst an dieser Verbindungsstelle üblichen Dichtungsprobleme zuverlässig vermieden sind. Die erfindungsgemäße Anordnung kann also insgesamt als "verriegelte" Stromzuleitung bezeichnet werden.

Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stromzuleitung, insbesondere durch die in den Vergußmetall-Zwischenkern eingebettete hülsenförmige Kontaktstruktur, die über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit dem Anschlußelement verbunden ist, wird ein möglichst kleiner innerer und darüber hinaus konstanter Spannungsabfall sichergestellt, wie dies für die energiesparende Fahrweise von Zellen bei möglichst engem Spalt zwischen Anode und Kathode erforderlich ist.

Nachdem das Anschlußelement der erfindungsgemäßen Stromzuleitung in seiner Form beliebig ausgestaltet werden kann, ohne daß an der übrigen Konzeption etwas zu ändern ist bzw. in die Bauteile der Stromzuleitung eingegriffen werden müßte, ist diese ohne weiteres sowohl für bereits in Betrieb befindliche Elektroden als auch für noch neu zu entwickelnde Elektrodenanordnungen verwendbar.

Bei einem derzeit im Einsatz befindlichen Elektrodentyp sind elektrodenseitige Anschlußbuchsen mit einer mit einem Spezialgewinde versehenen Aufnahmebohrung für den jeweiligen Stromzuleitungsbolzen vorgesehen. Um diese Elektrode für den Anschluß mit der erfindungsgemäßen Stromzuleitung geeignet zu machen, kann in einfacher Weise in die Aufnahmebohrung der elektrodenseitigen Anschlußbuchse eine radial durchgehende Nut eingefräst werden. In diese Nut kann dann das quaderförmige Anschlußelement der erfindungsgemäßen Stromzuleitung wie ein Nutenstein eingepaßt werden. Über eine z.B. mit einem Trennschleifer leicht trennbare Schweißverbindung erfolgt dann die Befestigung der beiden Teile miteinander.

Eine quaderförmige Ausbildung des Anschlußelements der erfindungsgemäßen Stromzuleitung empfiehlt sich auch dann, wenn diese im Zusammenhang mit einer ebenfalls derzeit bereits verwendeten Elektrodenanordnung zum Einsatz gelangen kann, bei der zwei obere Stromverteilungsschienen vorgesehen sind, die im Abstand zueinander parallel verlaufen. In diesem Fall kann das quaderförmige Anschlußelement der erfindungsgemäßen Stromzuleitung entweder unmittelbar zwischen diese Stromverteilungsschienen eingesetzt und mit diesen verschweißt werden oder aber es können auf die Stromverteilungsschienen jeweils Anschlußstücke aufgesetzt werden, zwischen denen das quaderförmige Anschlußelement eingefügt und mit denen es verschweißt wird. Dabei stellen die Anschlußstücke eine Art Verbrauchselement dar, das ein mehrmaliges Anschweißen von Anschlußelementen an die Elektrode erlaubt, ohne daß die elektrodenseitigen Bauteile selbst angegriffen bzw. zerstört würden.

Die erfindungsgemäße Stromzuleitung erlaubt aber auch die Gestaltung von Anoden mit einer neuen Stromzuleiter-Struktur, bei denen die unteren Stromzuleiter entweder sternförmig oder aber in einer Rechteck-Gitterverteilung, je nach Längen-/Breitenverhältnis der aktiven Fläche der Elektrode, angeordnet sind.

Schließlich bietet die erfindungsgemäße Stromzuleitung die Möglichkeit, mit einer völlig neu gestalteten Stromverteiler-Konstruktion in Einsatz zu gelangen. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stromverteiler der Elektrode als Hohlprofil ausgebildet sind, das jeweils durch ein Vergußmetall gefüllt ist und in das eine Kontaktstruktur eingebettet ist, die mit dem Hohlprofil über eine Mehrzahl von Schweißstellen verbunden ist und ein Stromzuleitungsbolzen mit einem derartigen Stromverteiler dadurch verbunden ist, daß dessen Anschlußelement in eine Ausnehmung des Hohlprofils eingesetzt ist, wobei die Aufnahmebohrung des Anschlußelements mit dem Innenraum des Hohlprofils in Verbindung steht und beide mit dem Vergußmetall gefüllt sind. Dadurch ergibt sich eine Art integrierte Anordnung von Stromzuleitung und Stromverteiler, die über einen zusammenhängenden Vergußmetall-Kern sowie über eine zusammenhängende Kontaktstruktur elektrisch besonders gut leitend miteinander verbunden sind.

Durch die Anordnung eines Vergußzwischenkerns zwischen dem Stromzuleitungsbolzen und dem Ventilmetall-Anschlußelement mit darin eingebetteter Kontaktstruktur, die über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche der Aufnahmebohrung verbunden ist, ergibt sich eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkernmetall und dem Anschlußelement mit der Folge eines geringen Spannungsabfalls auch bei großen Stromstärken. Der erzielte innige Kontakt zwischen der Kontaktstruktur und dem Zwischenkernmetall bleibt über eine lange Betriebszeit auch bei großen Temperaturdifferenzen erhalten. Darüber hinaus verbessert die Kontaktstruktur die mechanische Festigkeit des erfindungsgemäßen Stromzuleiters und damit der Metallelektrode insgesamt.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kontaktstruktur kann ein räumliches Gebilde mit in mehreren Richtungen orientierten Oberflächen sein, das von dem Zwischenkernmetall aus mehreren Richtungen her umgeben ist. Ein derartiges räumliches Gebilde wird beim Eingießen des flüssigen Zwischenkernmetalls von diesem von mehreren Richtungen her umflossen bzw. umgeben, so daß beim Erstarrungsprozeß das Zwischenkernmetall auf das räumliche Gebilde von mehreren Seiten her innig aufschrumpft. Auf diese Weise ist ein großflächiger und einwandfreier Verbund zwischen dem Zwischenkernmetall und der Kontaktstruktur gewährleistet. Die Problematik eines metallurgischen Verbunds zwischen dem Zwischenkernmetall und dem Buchsenmetall ist danach völlig umgangen.

Die Kontaktstruktur weist bei großer Oberfläche ein kleines Volumen auf, gemessen am Volumen des Zwischenkernmetalls. Dadurch wird eine erhebliche Materialeinsparung von sehr teurem Ventilmaterial erreicht.

Als Kontaktstruktur bzw. räumliches Gebilde kommen Hülsen aus Streckmetall, Drahtnetz, Lochblech oder dgl. infrage, die zusätzlich mit einer geeigneten Kontaktbeschichtung versehen sein können. Statt einer kompletten Hülse mit Boden kann jedoch auch ein Zylindermantel und ein scheibenförmiges Grundteil, die in der Aufnahmebohrung miteinander verbunden werden, zum Einsatz kommen. Die Kontaktstruktur wird in der Aufnahmebohrung mit der Innenfläche des Bohrungsmantels mit einer Mehrzahl von Schweißpunkten befestigt. Dabei ist es auch möglich, den Hülsenmantel der Kontaktstruktur gradlinig bzw. gradzylindrisch oder gewellt verlaufen zu lassen. Im letzteren Fall ergibt sich eine besonders vielfältige Orientierung der Oberflächen der Kontaktstruktur mit der Folge einer besonders innigen Einbindung der Kontaktstruktur in das Kernmetall.

Zur besonders einfachen Montage der Kontaktstruktur kann es zweckmäßig sein, daß das Anschlußelement aus zwei senkrecht zur Achsrichtung der Aufnahmebohrung getrennten Teilen besteht, deren Trennebene im Bereich des Bodens der Aufnahmebohrung verläuft und die längs dieser nach Einbringen der Kontaktstruktur in die Aufnahmebohrung verschweißt werden. In diesem Fall kann die Kontaktstruktur auch aus in Achsrichtung der Aufnahmebohrung verlaufende Stäbchen ausgebildet sein, die in die Aufnahmebohrung eingebracht und dort verschweißt werden, worauf dann die beiden Teile des Anschlußelements verschweißt werden.

Als Vergußmetall zur Herstellung des Zwischenkerns eignen sich Metalle mit einem Schmelzpunkt, der um mindestens 5 001 C niedriger liegt als der des Metalls des Anschlußelements. Das Kernmetall soll darüber hinaus eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit besitzen als das Ventilmetall des Anschlußelements, z.B. als Titan. Unter Berücksichtigung dieser Forderungen kommen als Kernmetalle z.B. Zink, Aluminium, Magnesium, Zinn, Antimon, Blei, Calcium und Legierung hiervon sowie entsprechende Legierungen von Kupfer und/oder Silber infrage.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann die Aufnahmebohrung des Anschlußelements an ihrer gesamten Mantelfläche mit gleichmäßig verteilten Axialnuten versehen sein. Des weiteren können im Boden der Aufnahmebohrung, relativ gleichmäßig verteilt, kurze axiale Sackbohrungen angeordnet sein. Diese Nuten und Bohrungen erlauben, daß das eingegossene Zwischenkernmetall radial zum Mantel bzw. axial zum Boden der Kontaktstruktur-Hülse in das Anschlußelement eindringt, wodurch eine optimale Einbettung der Kontaktstruktur ermöglicht wird. Zudem wird durch die Nuten auch sichergestellt, daß durch auf die Elektrode wirkende Drehmomente das Vergußmaterial nicht von der Mantelfläche der Aufnahmebohrung gelöst werden kann.

Um eine besonders gute Befestigung und gute Einbettung zu erreichen, ist des weiteren von Vorteil, wenn das in die Aufnahmebohrung reichende Ende des Stromzuleitungsbolzens mit mindestens einem radialen Durchgangsschlitz versehen ist. Hiermit ist auch der Kern des Stromzuführungsbolzens gegen Verdrehen gesichert. Eine optimale Ausführung wird erreicht, wenn zwei senkrecht aufeinanderstehende Schlitze in das untere Ende des Stromzuleitungsbolzens eingebracht sind.

In dem unteren Ende des Stromzuleitungskerns können in vorteilhafter Weise auch radial geführte Durchgangsbohrungen vorgesehen werden, in welche das eingegossene Zwischenkernmetall eindringt und eine sehr innige und dreh- und axialverschiebefeste Verbindung bildet. Es ist selbstverständlich, daß auch eine Kombination von radialen Schlitzen mit radialen Durchgangsbohrungen vorgenommen werden kann. Eine optimale Ausführungsform ergibt sich dann, wenn an dem unteren Ende des Kerns der Stromzuleitung zwei senkrecht zueinanderstehende Radialschlitze und knapp darüber zwei senkrecht zueinanderstehende radiale Durchgangsbohrungen vorgesehen werden.

Eine zusätzlich gute Einbettung des Stromzuleitungsbolzens im Zwischenkern kann auch dadurch erzielt werden, daß seine in die Aufnahmebohrung des Anschlußelementes hineinreichende Mantelfläche mit einer Profilierung, beispielsweise mit Gewinderillen, versehen wird.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Kern der Stromzuleitung und dem Anschlußelement eine Positionier- und Arretieranordnung vorgesehen ist. Durch diese Anordnung kann bei der Herstellung eine exakte Positionierung des Stromzuleiterbolzens zum Anschlußelement erzielt werden, wonach das Ausgießen mit Kernmetall erfolgt. Diese Maßnahme hat ferner den Zweck, daß im Falle eines Kurzschlusses bzw. Quasi-Kurzschlusses während des Betriebs der Elektrode und bei einer eventuell dabei auftretenden Überhitzung des Metalls des Zwischenkerns auch dann eine sichere Verbindung zwischen der Stromzuleitung und dem Anschlußelement und damit der Elektrodenkonstruktion gewährleistet ist.

Bei einer besonders einfachen Ausbildung der Positionier- und Arretieranordnung besteht diese aus mehreren Bolzen, die in radiale Sackbohrungen in den Stromzuleitungsbolzen eingreifen und auf der oberen Stirnseite des Anschlußelements aufliegen. Zur weiteren Sicherung sind die Bolzen mit dem Anschlußelement verschweißt.

Eine weitere mögliche Ausbildung dieser Anordnung besteht darin, daß auf dem Stromzuleitungsbolzen eine Hülse befestigt ist, die mit dem Anschlußelement verbunden ist. Zur besonders einfachen Justierung der Stromzuleitung in bezug auf das Anschlußelement ist dabei die Hülse auf den Stromzuleitungsbolzen aufgeschraubt. Auch in diesem Fall kann zur weiteren Sicherung die Hülse mit dem Anschlußelement verschweißt sein.

Die Hülse kann als Gußteil ausgebildet sein; sie kann aus einem Ring bestehen, von dem z.B. drei Laschen abgehen, die etwas konisch nach außen verlaufen und deren Enden sich an dem Anschlußelement abstützen, wobei zugleich noch eine Verschweißung vorgesehen sein kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Stromzuleitung in einer ersten Ausführung, eingesetzt in eine herkömmliche Anode,

Fig. 2 einen Schnitt nach den Linien II-II aus Fig. 1, der die Aufnahme des Stromzuleitungsbolzens in dem Anschlußelement zeigt,

Fig. 3 einen Schnitt nach den Linien III-III, der die Anordnung des Anschlußelements in einer herkömmlichen Anode darstellt,

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch eine Stromzuleitung wie in Fig. 1, eingesetzt in eine neu konzipierte Anode mit Verteilerstern,

Fig. 5 einen Schnitt nach V-V aus Fig. 4 mit der Anordnung des Anschlußelements in der Anode mit Verteilerstern,

Fig. 6 einen axialen Schnitt durch eine Elektrode wie in Fig. 1, in der Anordnung für neu entwickelte Anoden mit Parallelverteiler für große Längen-/Breitenverhältnisse,

Fig. 7 einen Schnitt nach VII-VII aus Fig. 6, der die Anordnung des Anschlußelements mit zueinander parallelen oberen Stromverteilungsschienen und Anschlußstücken darstellt,

Fig. 8 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Stromzuleitung mit einer ersten Ausführungsform einer sogenannten Positionier- und Arretieranordnung,

Fig. 9 einen Schnitt nach IX-IX durch die Anordnung nach Fig. 8,

Fig. 10 einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Stromzuleiter mit der Positionier- und Arretieranordnung sowie einer Modifikation des Anschlußelements,

Fig. 11 einen Schnitt XI-XI der Fig. 10,

Fig. 12 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Stromzuleitung mit einer zweiten Ausführung der Positionier- und Arretieranordnung,

Fig. 13 eine axiale Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 12,

Fig. 14 einen Vertikal-Längsschnitt durch einen neu gestalteten Stromverteiler mit eingesetzter Stromzuleitung,

Fig. 15 einen Schnitt XV-XV nach Fig. 14,

Fig. 16 einen Schnitt XVI-XVI nach Fig. 14,

Fig. 17 einen Schnitt durch einen gegenüber der Anordnung nach Fig. 14 etwas anders ausgebildeten Stromverteiler,

Fig. 18 eine Draufsicht auf den Stromverteiler nach Fig. 17,

Fig. 19 eine schematische Draufsicht auf eine neu entworfene Elektrode mit Stromzuleitung und Stromverteiler,

Fig. 20 eine schematische Seitenansicht dieser Elektrode,

Fig. 21 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Stromverteiler der Elektrode nach Fig. 19 mit eingesetzter Stromzuleitung,

Fig. 22 einen Schnitt XXII-XXII nach Fig. 21 und

Fig. 23 einen Schnitt nach XXIII-XXIII der Fig. 21.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Stromzuleitung (1), die für eine herkömmliche Anode (2) ausgelegt ist. Die Stromzuleitung (1) weist an ihrem unteren Ende ein im wesentlichen quaderförmiges Anschlußelement (3) auf, das aus dem gleichen Ventilmetall wie die Anode (2), also beispielsweise aus Titan, geformt ist. Um in die Anode eingebracht werden zu können, ist das untere Ende des Anschlußelements (3) zu einem schmäleren Rechteck bearbeitet, welches in eine durchgehende Radialnut (4) an der Oberseite einer herkömmlichen Anschlußbuchse (5) des Verteilersterns der Anode eingesetzt ist. Diese Nut wird im wesentlichen über einer konischen Spezialgewindebohrung (6) eingebracht, die zum direkten Einschrauben eines Stromzuführungsbolzens alter Bauweise diente. An der Anschlußbuchse (5) der Anode sind radial ausgerichtete Stromverteilungsschienen (7) angeordnet, die die sternförmige Ausbildung der Verteilerkonstruktion charakterisieren.

Das Anschlußelement (3) weist eine von oben her eingebrachte Aufnahmebohrung (8) auf, in welche das untere Ende eines Stromzuleitungsbolzens (9), der vorzugsweise aus Kupfer geformt ist und im wesentlichen bis auf den Bohrungsgrund hineinreicht, eingreift.

Am unteren Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) sind, zur Stirnseite hin offen, zwei senkrecht zueinander stehende Schlitze (10 und 11) angeordnet. Darüber sind zwei radial eingebrachte Durchgangsbohrungen (12 und 13) vorgesehen. Schließlich weist das untere Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) an seiner Mantelfläche eine Profilierung (14) auf, die beispielsweise durch Gewinderillen gebildet sein kann.

Die Aufnahmebohrung (8) weist an ihrem äußeren Umfang gleichmäßig verteilt Nuten (15) auf, während in ihrem Boden kleine Sackbohrungen (16) eingebracht sind. In der Aufnahmebohrung (8) ist des weiteren eine an der Innenkontur der Aufnahmebohrung anliegende, hülsenförmige Kontaktstruktur (17) eingebracht. Die Kontaktstruktur (17) ist über Schweißungen (18) an dieser Innenkontur befestigt. Die gesamten Hohlräume, die in der Verbindungszone zwischen Buchse (3) und Stromzuleitungsbolzen (9) vorhanden sind, sind durch einen Vergußmetall-Zwischenkern (19) ausgefüllt. Beim Eingießen des Vergußmetalls dringt dieses in sämtliche Hohlräume, wie Nuten (10) und (11) und Bohrungen (12) und (13) im Stromzuleitungsbolzen (9), und Nuten (15) und Bohrungen (16) des Anschlußelements (3) und Gewinderillen (14) als auch in die Zwischenräume der Kontaktstruktur (17) ein. Dadurch werden diese drei Teile innig miteinander verbunden.

Der Stromzuleitungsbolzen (9) ist in üblicher Weise mit einer Ventilmetall-Ummantelung (20) umgeben, die an der nach oben weisenden Stirnfläche des Anschlußelements (3) mit Ventilmetall angeschweißt ist. Ebenfalls über eine Ventilmetall-Schweißung (21) ist das Anschlußelement (3) in der elektrodenseitigen Anschlußbuchse (5) befestigt.

Aus Fig. 2 sind sowohl die rechteckige Querschnittsform des Anschlußelements (3) als auch der senkrechte Verlauf der Schlitze (10) und (11) und die konzentrische Anordnung des Stromzuleitungsbolzens (9) sowie der Kontaktstruktur (17) in der Aufnahmebohrung (8) mit deren Umfangsnuten (15) zu erkennen.

Fig. 3 wiederum zeigt, wie bereits vorbeschrieben, die Einbringungsweise des an seiner Unterseite verschmälerten Anschlußelements (3) in dem Verteilerstern mit der eine Gewindebohrung (6) aufweisenden Anschlußbuchse (5) und die Anordnung der Stromverteilungsschienen (7).

Aus Fig. 4 und 5 ist ein ebenfalls quaderförmiges Anschlußelement (103) der erfindungsgemäßen Stromzuführung zu erkennen. Es ist zu ersehen, daß bei der dabei gezeigten, neu konzipierten Anode die Stromverteilerstruktur anders konstruiert ist. Diese weist zwar ebenfalls eine im wesentlichen sternförmige Ausbildung auf, ähnlich wie die der in Fig. 1 und 3 gezeigten herkömmlichen Anode (2). Statt einer zentrischen Anschlußbuchse (5) sind jedoch nunmehr zwei an gegenüberliegenden Seiten des Anschlußelements (103) liegende und mit den Stromverteilungsschienen verschweißte Anschlußstücke (23) vorgesehen, mit denen wiederum das Anschlußelement (103) verschweißt ist.

In Fig. 6 und 7 ist die Anordnung der Stromzuleitung einer erfindungsgemäßen Elektrode in einer anderen Neuanode dargestellt, deren Längen-/Breitenverhältnis so groß ist, daß eine sternförmige Anordnung der Stromverteiler, wie bei der Ausführungsform in Fig. 4 und 5, nicht sinnvoll wäre. Die Stromverteilungs-Konstruktion ist bei diesen Elektroden aus unteren horizontalen Stromverteilerschienen (26) gebildet, auf deren Unterseite die die aktive Fläche bildende Anodenkonstruktion angeordnet ist und auf deren Oberseite rechtwinklig obere Stromzuleitungsschienen (27) angeschweißt sind. Auf diesen oberen Stromzuleitungsschienen (27) sind wiederum Anschlußstücke (28) aufgeschweißt, die kürzer sind als die Schienen (27). Zwischen den zueinander im wesentlichen parallelen Anschlußstücken (28) ist das quaderförmige Anschlußelement (103) eingepaßt und über leicht trennbare Schweißstellen (21) befestigt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine erste Ausführungsform einer Positionier- und Arretieranordnung zwischen dem Stromzuleitungsbolzen (9) der Stromzuleitung und dem Anschlußelement (3). Diese Anordnung dient in erster Linie dazu, daß im Falle eines Kurzschlusses bzw. Quasi-Kurzschlusses im Betrieb der Elektrode auch bei einer Überhitzung des Metalls des Zwischenkerns (19) eine sichere Fixierung der Elektrode an der Stromzuleitung gewährleistet ist. Nach dieser Ausführungsform besteht die Anordnung aus mehreren Ventilmetall-Bolzen (29), die in radiale Sackbohrungen (30) des Kerns (9) der Stromzuleitung eingesteckt sind und die auf einem Absatz (30 a) an der oberen Stirnfläche des Anschlußelements (3) aufliegen. Zur Sicherung der Bolzen (29) sind diese über Schweißstellen (31) mit dem Anschlußelement (3) verschweißt.

Aus den Fig. 10 und 11 ist eine identische Positionier- und Arretieranordnung mit Bolzen (29) erkennbar. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangenen zum einen dadurch, daß das Anschlußelement (203) aus zwei Teilen besteht, nämlich zum einen aus einem unteren, quaderförmigen Teil (204) und einem sich axial daran anschließenden oberen Teil (205) mit einer zylindrischen Mantelfläche. Eine weitere Abwandlung ist darin zu sehen, daß die Kontaktstruktur (17) zum einen besteht aus Stäbchen (34) aus Ventilmetall, z.B. aus Titan, die ringförmig das untere Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) umgeben. Um diese Stäbchen (34) in der Aufnahmebohrung (8) des Anschlußelements (203) sicher zu fixieren, sind sie an ihren jeweiligen Enden über Schweißstellen (35) mit der zylindrischen Mantelfläche der Aufnahmebohrung (8) verbunden. In bezug auf das stirnseitige Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) besteht die Kontaktstruktur (17) zum anderen aus einem kreisförmig geschnittenen Streckgitter. Nach dem Verschweißen der Stäbchen (34) in der Aufnahmebohrung (8) im oberen Teil (205) des Anschlußelements (203) werden dieser obere Teil (205) und der untere Teil (204) über die Schweißstelle (36) miteinander verschweißt.

Zur Fixierung der Stäbchen (34) in der Aufnahmebohrung (8) können diese auch an ihren Enden jeweils mittels eines Rings aus Titan verschweißt sein, die dann mit der inneren Mantelfläche der Aufnahmebohrung (8) verschweißt werden.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Positionier- und Arretieranordnung zwischen dem Stromzuleitungsbolzen (9) und dem Anschlußelement (3). Diese besteht aus einer Hülse (37), die z.B. als Gußteil ausgebildet ist und die aus einem ringförmigen Teil (38) besteht, von dem gleichmäßig über den Umfang verteilt z.B. drei Laschen (39) abzweigen, die sich im wesentlichen axial, jedoch auch etwas radial nach außen erstrecken. Während der ringförmige Teil (38) der Hülse (37) über ein Gewinde (40) mit dem Stromzuleitungsbolzen (9) zur Justierung zwischen Stromzuleitungsbolzen (9) und Anschlußelement (3) axial verschieblich geführt ist, stützen sich die unteren Enden der Laschen (39) auf der oberen Stirnfläche des Anschlußelements (3) ab und sind dort über Schweißstellen (41) mit diesem verbunden.

Die Fig. 14 bis 16 zeigen eine erste Ausführungsform eines horizontalen Stromverteilungs-Systems mit darin integrierter Stromzuleitung.

Die Stromzuleitung (1) umfaßt erfindungsgemäß ein im wesentlichen quaderförmiges Anschlußelement (403), in das das untere Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) eingesetzt und mittels Positionier- und Arretierungsbolzen (29) gesichert ist. Des weiteren ist die Kontaktstruktur (17) erkennbar, die über Schweißstellen (18) mit der inneren Mantelfläche des Anschlußelements (403) verbunden ist.

Das Anschlußelement (403) ist integriert in einer neu ausgebildeten Stromverteileranordnung, die insgesamt mit (50) bezeichnet ist. Dieser Stromverteiler (50) besteht aus einem im wesentlichen trapezförmigen Hohlprofil, das zusammengesetzt ist aus einem entsprechend gebogenen oberen, aus Ventilmetall, bevorzugt Titan, bestehendem Blech (51) und einer dieses Blech zum Hohlprofil ergänzenden unteren, ebenfalls aus Ventilmetall, bevorzugt Titan, bestehenden Platte (52). Zur Aufnahme des Anschlußelements (403) im Hohlprofil des Stromverteilers (50) weist das obere Blech (51) eine entsprechende Aussparung auf und das Blech (51) stößt mit den dadurch gebildeten Stirnseiten an der Außenfläche des Anschlußelements (403) an und ist dort verschweißt. Auf der Innenseite der Platte (52) verläuft eine z.B. als Streckmetallgitter ausgebildete Kontaktstruktur (53), die über Schweißstellen (54) mit der Platte (52) verbunden ist. Das untere Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) endet entweder kurz oberhalb der Kontaktstruktur (53) oder liegt auf dieser auf. Des weiteren können die Kontaktstruktur (17) und die Kontaktstruktur (53) verbunden sein, und zwar bevorzugt über entsprechende Schweißstellen.

Sowohl das Anschlußelement (403) als auch der Stromverteiler (50) sind durch einen Vergußmetall-Zwischenkern (19) aus einem der genannten Werkstoffe ausgegossen, so daß sich ein besonders guter Stromübergang zwischen dem Stromzuleitungsbolzen (9) und dem Stromverteiler (50) ergibt. Für dieses gemeinsame Ausgießen weist das Anschlußelement (403) entsprechende Ausnehmungen (404) auf, so daß Anschlußelement (403) und Stromverteiler (50) miteinander kommunizieren.

Fig. 17 und 18 zeigen einen etwa mit den vorhergehend erörterten Figuren vergleichbaren Stromverteiler (50), bestehend aus trapezförmigem Blech (51) und Platte (52).

An der Unterseite der Platte (52) des Stromverteilers (50) sind horizontale Stege (56) über Schweißstellen (58) angeschweißt. Dabei weisen die horizontalen Stege (56) Aussparungen (57) auf, die als Gasabzugslöcher beim Anodeneinsatz fungieren. An den Stegen (56) sind Anschlußstücke (59), ebenfalls über Schweißstellen (58), angeschweißt. An diesen wiederum sind die aktiven Elemente der Elektrode, im vorliegenden Fall in Form von Rundprofilen (60), angeordnet. Zum Wiederbeschichten der aktiven Elemente (60) kann leicht die Schweißstelle (58) zwischen den horizontalen Stegen (56) und den Anschlußstücken (59) getrennt werden.

Die Fig. 19 und 20 stellen schematische Ansichten einer neu konzipierten Elektrode unter Verwendung der beschriebenen Stromzuleitungen (1) und Stromverteiler (50) dar. Zu erkennen sind die Stromzuleitungsbolzen (9), deren Anschlußelement (403), die Stromverteiler (50) und die daran angeschlossenen aktiven Elemente (60), hier in Form von abgerundeten Flachprofilen, die durch äußere Begrenzungselemente zu einem Art Rost zusammengefaßt sind.

Die wesentlichen Bauteile der Elektrode nach den Fig. 19 und 20 ergeben sich anschaulich aus den Fig. 21 bis 23.

Danach setzt sich der jeweilige Stromverteiler (50) aus dem Blech (51), hier halbkreisförmig gebogen, und der Platte (52) zusammen. Der Aufbau der Anschlußelemente (403) und deren Integration in den Stromverteiler (50) ist identisch zu der im Zusammenhang mit den Fig. 14 bis 16 beschriebenen Konstruktion.

Die aus abgerundetem Flachprofil bestehenden aktiven Elemente (60) in Form von Rosten sind mit dem Stromverteiler (50) dadurch verbunden, daß an die Unterseite der Platte (52) ein durchgehender Steg (62) über Schweißstellen (63) angeschweißt ist. An dem unteren Ende dieses Stegs (62) sind beidseitig die aktiven Elemente (60) in Form von Rosten über Schweißstellen (64) angebracht. Diese Schweißstellen (64) müssen keine über die Länge der Roste durchgehende Schweißnaht darstellen, sondern es können punktförmig verteilte Schweißstellen sein. Dadurch läßt sich die jeweilige Schweißstelle (64) besonders leicht trennen, um die rostförmigen aktiven Elemente (60) z.B. zum Wenden oder zur Wiederbeschichtung zu lösen und dann wieder an dem Steg (62) anzubringen. Zum Trennen der Schweißstellen (64), z.B. mittels eines Trennschleifers, weist der Steg (62) eine entsprechende Höhe auf, so daß genügend Freiraum für den Trennschleifer gegeben ist.

Versuche haben gezeigt, daß bekannte, mit Wood-Metall ausgegossene Stromzuleitungen nach einem längeren Einsatz einen hohen Spannungsabfall von ca. 200 mV aufweisen, während bei erfindungsgemäßen Stromzuleitungen ein über Jahre konstanter Spannungsabfall von unter ca. 15 mV bei einer Strombelastung von ca. 0,8-2,5 kA pro Kontakt erwartet werden kann.

Folgende Vergleichsdaten für eine bekannte Anode gegenüber zwei erfindungsgemäßen Anoden konnten erarbeitet werden:

Claims (24)

1. Stromzuleitung für Elektroden, insbesondere für gasentwickelnde Metallelektroden für elektrochemische Prozesse, wie beschichtete Titananoden für Amalgamzellen, bestehend aus einem durch Ventilmetall geschützten Stromzuleitungsbolzen aus Kupfer oder dergleichen, der mit Stromverteilerelementen der Elektrode mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Stromzuleitungsbolzen (9) an seinem unteren Ende mit einem Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) aus Ventilmetall versehen ist,
• - daß die Verbindung zwischen Stromzuleitungsbolzen (9) und Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) dadurch erfolgt, daß das Anschlußelement eine Aufnahmebohrung (8) aufweist, in welcher das untere Ende des Stromzuleitungsbolzens (9) unter Bildung eines Zwischenraums in bezug auf die Aufnahmebohrung (8) eingreift und mittels eines Vergußmetall-Zwischenkerns (19) fixiert ist,
• - daß in dem Vergußmetall-Zwischenkern (19) eine im wesentlichen hülsenförmige Kontaktstruktur (17) aus Ventilmetall eingebettet ist, die über eine Mehrzahl von Schweißstellen (18) mit der Fläche der Aufnahmebohrung (8) verbunden ist, und
• - daß das Ventilmetall-Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) mit den Stromverteilerelementen (7; 27; 59; 60) der Elektrode durch eine leicht trennbare Schweißkonstruktion (5; 23; 28; 56; 62) verbunden ist.

2. Stromzuleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kontaktstruktur (17) ein räumliches Gebilde mit in mehreren Richtungen orientierten Oberflächen ist, das von dem Vergußmetall aus mehreren Richtungen her umgeben ist.

3. Stromzuleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kontaktstruktur (17) aus einer Hülse aus Streckmetall, Drahtnetz, Lochblech, Stäben oder dergleichen gebildet ist.

4. Stromzuleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - bei Ausbildung der Kontaktstrukturhülse (17) aus Streckmetall dieses im wesentlichen parallel zur Stromfließrichtung verlegt ist.

5. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kontaktstrukturhülse (17) mit einer Kontaktbeschichtung versehen ist.

6. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Zwischenkern (19) aus einem Metall besteht, dessen Schmelzpunkt um mindestens 5 001 C niedriger liegt als der des Metalls des Anschlußelements (3; 103; 203; 303; 403) und eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das Metall des Anschlußelements (3; 103; 203; 303; 403).

7. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Aufnahmebohrung (8) des Anschlußelementes (3; 103; 203; 303; 403) im wesentlichen auf ihre ganze Länge mit gleichmäßig auf ihrem Umfang verteilten Axialnuten (15) versehen ist.

8. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - im Boden der Aufnahmebohrung (8) des Anschlußelementes (3; 103; 203; 303; 403), relativ geichmäßig verteilt, kurze axiale Sackbohrungen (16) angeordnet sind.

9. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das in die Aufnahmebohrung (8) reichende Ende des Stromzuführungsbolzens (9) mit mindestens einem radialen Durchgangsschlitz (10, 11) versehen ist.

10. Stromzuleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwei im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehende radiale Schlitze (10, 11) vorgesehen sind.

11. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - im unteren, in die Aufnahmebohrung (8) hineinreichenden Ende des Stromzuführungsbolzens (9) mindestens eine radiale Durchgangsbohrung (12, 13) vorgesehen ist.

12. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das in die Aufnahmebohrung (8) hineinreichende untere Ende des Stromzuführungsbolzens (9) eine Umfangsprofilierung (14), z.B. ein Gewinde, aufweist.

13. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwischen dem Stromzuführungsbolzen (9) und dem Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) eine Positionier- und Arretieranordnung (29; 37) vorgesehen ist.

14. Stromzuleitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Positionier- und Arretieranordnung aus mehreren Ventilmetallbolzen (29) besteht, die in radiale Sackbohrungen in dem Stromzuleitungsbolzen (9) eingreifen und auf der oberen Stirnseite des Anschlußelements (3; 103; 203; 303; 403) aufliegen.

15. Stromzuleitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Ventilmetall-Bolzen (29) mit dem Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) verschweißt sind.

16. Stromzuleitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

• - auf dem Stromzuleitungsbolzen (9) eine Hülse (37) befestigt ist, die mit dem Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) verbunden ist.

17. Stromzuleitung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Hülse (37) auf den Stromzuleitungsbolzen (9) aufgeschraubt ist.

18. Stromzuleitung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Hülse (37) mit dem Anschlußelement (3; 103; 203; 303; 403) verschweißt ist.

19. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Anschlußelement als zylindrische Buchse mit zentrischer Aufnahmebohrung ausgebildet ist, die mit einer elektrodenseitigen Anschlußbuchse verschweißbar ist.

20. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Anschlußelement als quaderförmiger Block (z.B. 103) ausgebildet ist, der zwischen zwei elektrodenseitigen, parallelen Anschlußstücken (28) einsetzbar und mit diesem verschweißbar ist (Fig. 6 und 7).

21. Stromleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Anschlußelement (203) aus zwei senkrecht zur Achsrichtung der Aufnahmebohrung (8) getrennten Teilen (203, 204) besteht, deren Trennebene im Bereich des Bodens der Aufnahmebohrung (8) verläuft und die längs dieser nach Einbringen der Kontaktstruktur (17) in die Aufnahmebohrung (8) verschweißt werden (Fig. 10 und 11).

22. Stromzuleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Stromverteiler (50) der Elektrode als Hohlprofil ausgebildet sind, das jeweils durch ein Vergußmetall (19) gefüllt ist und in das eine Kontaktstruktur (53) eingebettet ist, die mit dem Hohlprofil über eine Mehrzahl von Schweißstellen (54) verbunden ist und
• - ein Stromzuleitungsbolzen (9) mit einem derartigen Stromverteiler dadurch verbunden ist, daß dessen Anschlußelement (303) in eine Ausnehmung des Hohlprofils eingesetzt ist, wobei die Aufnahmebohrung (8) des Anschlußelements (303) mit dem Innenraum des Hohlprofils in Verbindung steht und beide mit dem Vergußmetall gefüllt sind (Fig. 14 ff.).

23. Stromzuleitung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Stromzuleitungsbolzen (9) mit seinem unteren Ende mit der Kontaktstruktur (53) im Hohlprofil in Verbindung steht.

24. Stromzuleitung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Hohlprofil (50) über eine leicht trennbare Schweißkonstruktion (56, 58; 62, 64) mit dem zugehörigen Aktivteil (60) der Elektrode verbunden ist.