DE3940044C2 - Anodenanordnung für elektrolytische Prozesse - Google Patents
Anodenanordnung für elektrolytische ProzesseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anodenanordnung mit einer plattenförmigen Anode
aus Ventilmetall mit aktiver Oberfläche für elektrolytische Prozesse, insbe
sondere für das Abscheiden von Metall aus Metallionen-enthaltender Lösung auf
einer Unterlage, die mit einem Stromzuleiter aus Ventilmetall verbunden ist.
In elektrolytischen Prozessen, wie z. B. der Chloralkali-Elektrolyse, der
elektrolytischen Verzinkung von Stahlbändern oder der Verchromung, müssen
große Ströme bis zu 18 000 A/m2 gleichmäßig über große Elektrodenflächen
(bei der Stahlbandverzinkung bis zu 4 m2 und bei der Chloralkali-Industrie
bis zu 36 m2) verteilt werden. Diese Elektrodenflächen bestehen im Falle der
Stahlbandverzinkung aus segmentierten Titanplatten, im Falle der
Chloralkali-Industrie werden Drahtgitterstreckmetalle oder Flachprofile ver
wendet, die ebenfalls segmentiert sind.
Der Strom wird dabei von außen über gut leitende Metalle, wie z. B. Kupfer,
Aluminium oder Stahl in die Elektrolyse-Zelle eingespeist, wobei ein Kontakt
zwischen diesen gut leitenden Metallen und dem Material der Anode, das in der
Regel aus Titan besteht, hergestellt werden muß.
Da sich Kupfer, Aluminium oder Stahl in den in der Praxis üblichen Elektro
lyten unter anodischer Polarisation leicht auflösen, werden sie durch eine
Schutzhülse aus Titan, die am eigentlichen Elektrodenkörper dicht befestigt
ist und den Stromleiter bis nach außen führt, umschlossen.
Eine solche Anordnung ist in der GB-OS 21 94 963 beschrieben. Dabei ist eine
Titananode mit einem Stromzuleitungsbolzen aus Kupfer über ein das untere Ende
des Bolzens hülsenartig umfassendes Anschlußelement aus Titan verbunden, wobei
die eigentliche Fixierung zwischen dem Stromzuleitungsbolzen und dem hülsen
artigen Anschlußelement durch Ausgießen mit Metall erzielt wird.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine preiswerte und funktionssichere
Stromversorgung einer Anode zu gewährleisten, wobei ein im Elektrolyten nicht
beständiger, jedoch elektrisch gut leitender Werkstoff für den Träger der
Anode verwendet werden soll.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Werkstoff für den Kern des
Trägers Stahl eingesetzt, während der den Träger umhüllende Mantel aus Titan
besteht; der Mantel ist am Rand mit dem buchsenförmigen Teil des Stromzu
leiters verschweißt. Der aus dem buchsenförmigen und dem hülsenförmigen Teil
zusammengesetzte Stromzuleiter besteht aus Titan oder einer Titan-Basis-
Legierung, wobei die im Betriebszustand aneinanderliegenden Kontaktflächen des
hülsenförmigen und des buchsenförmigen Teils platiniert sind. Das hülsen
förmige und das buchsenförmige Teil sind lösbar miteinander verbunden.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, als Werkstoff für
den Kern des Trägers Kupfer oder Aluminium einzusetzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
Als vorteilhaft erweist sich eine preiswerte und sichere Stromverbindung zur
Anode, wobei ein sparsamer Einsatz von Ventilmetall erfolgt; durch die lose
Umkleidung werden aufwendige Arbeitsprozesse, wie z. B. Explosionsplattieren,
vermieden, die zudem erhebliche Toleranzprobleme in der Ebene des Trägers nach
sich ziehen, da in der Praxis eine Vielzahl von Stromzuleitern zwischen Träger
und Anode bzw. Anoden eingesetzt werden muß; dabei erweist sich die Möglich
keit der direkten Einfräsung der Öffnungen für die Aufnahme der buchsen
förmigen Teile in den Kern des Trägers für die Planlage aller buchsenförmigen
Teile in einer idealen Ebene mit geringer Toleranz als sehr vorteilhaft. So
ist auf einer als Kern dienenden Platte mit einer Größe von 4 m2 und einer
Dicke von 40 mm eine Toleranz der Planlage der buchsenförmigen Teile in der
idealen Ebene von ±0,5 mm zu erzielen.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sowohl Stromzuführung als auch
mechanische Verbindung zwischen Träger und Anode optimal und preiswert gelöst
sind.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren näher er
läutert.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise im Querschnitt die Anodenanordnung, während
Fig. 2 die beiden Teile des Stromzuleiters darstellt;
Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Anodenanordnung mit einem Stromzuleiter mit
einem in den Kern des Trägers einschraubbaren buchsenförmigen Teil,
während in
Fig. 4 schematisch im Querschnitt eine Anodenanordnung mit mehreren Stromzu
leitern dargestellt ist.
Gemäß Fig. 1 ist eine als Teilausschnitt dargestellte, plattenförmige Anode 1
aus Titan an ihrer Rückseite 2 über einen Stromzuleiter 3 aus Titan mit einem
ebenfalls im Teilausschnitt dargestellten Träger 4 verbunden, der einen
plattenförmigen Kern 5 aus Stahl enthält, der von einem Mantel 14 umgeben ist.
Der Stromzuleiter 3 besteht aus einem an der Anode 1 durch ringförmige Ver
schweißung befestigten hülsenförmigen Teil 6 aus Titan und einem in einer
Öffnung 8 des Kerns 5 eingesetzten buchsenförmigen Teil 7, das mit dem Kern
durch Befestigung
mittels Stifte 9 unverrückbar verbunden ist; als Stifte 9 werden gemäß Fig. 1
Senkschrauben eingesetzt. Das hülsenförmige Teil 6 liegt mit seiner parallel
zur Plattenfläche der Anode 1 verlaufenden ebenen Kontaktfläche 11 an einer
ebenfalls ebenen Kontaktfläche 12 des buchsenförmigen Teils 7 an, wobei beide
Kontaktflächen 11, 12 eine platinierte Oberfläche aufweisen, um Spaltkorrosion
zu vermeiden. Die platinierten Oberflächen dieser beiden Teile 6, 7 des Strom
zuleiters 3 sind in Fig. 2 näher dargestellt. Anhand dieser Figur ist erkenn
bar, daß das mit einer zentralen Gewindeausnehmung 16 versehene hülsenförmige
Teil 6 an seiner Kontaktfläche 11 mit einer Platinbeschichtung versehen ist,
deren Schichtstärke ca. 0,5 µm beträgt. Die gegenüberliegende Kontakt
fläche 12 des buchsenförmigen Teils 7 ist ebenfalls mit einer Platinbe
schichtung in Stärke von 0,5 µm versehen, wobei dieses buchsenförmige
Teil 7 eine zentrale Bohrung zur Durchführung eines Befestigungselements in
Form einer Senkschraube 10 aus Titan enthält, wie sie in Fig. 1 dargestellt
ist. Die Senkschraube 10 stellt durch Verschraubung in der Gewindeaus
nehmung 16 eine unverrückbare Verbindung zwischen dem hülsenförmigen Teil 6
und dem buchsenförmigen Teil 7 und damit eine unverrückbare Verbindung
zwischen Anode 1 und Träger 4 her.
Der Kern 5 des Trägers 4 ist gemäß Fig. 1 von einem Mantel 14 aus Titanfolie
lose unhüllt, der im Bereich des buchsenförmigen Teils 7 zwei sich gegenüber
liegende Öffnungen aufweist, deren Ränder 15 jeweils mit dem buchsenförmigen
Teil 7 an dessen Oberflächen durch Verschweißen gas- und flüssigkeitsdicht
verbunden sind. Der Mantel 14 besteht aus einer ca. 1 mm starken Titanfolie.
Die umlaufenden Schweißstellen sind mit Ziffer 17 bezeichnet.
Gemäß Fig. 3 ist es auch möglich, das hier mit Ziffer 7′ bezeichnete buchsen
förmige Teil als axialsymmetrisches Drehteil mit einem Gewinde 18 auszubilden,
welches in eine entsprechende Gewindeausnehmung 19 im Kern 5 mit einem An
schlag 20 für den erweiterten Bereich 21 des buchsenförmigen Teils 7′ einge
schraubt wird. Das hülsenförmige Teil 6 ist durch eine umlaufende Schweißver
bindung mit der Rückseite 2 der Anode 1 fest verbunden. Die beiden aneinander
liegenden Kontaktflächen 11, 12 sind ebenso, wie anhand der Fig. 1 und 2
erläutert, mit einer platinierten Oberfläche versehen. Die in dieser Figur
dargestellte
Anordnung läßt eine besonders einfache Montage zu, da das buchsenförmige
Teil 7′ nur noch in den Kern 5 bis zum Anschlag einzuschrauben ist. Um einen
optimalen Anpreßdruck des buchsenförmigen Teils 7′ an den Anschlag 20 im
Kern 5 zu erzielen, weist das buchsenförmige Teil 7′ Vertiefungen 22 auf, in
welche Nocken eines Greifwerkzeuges zum Festdrehen einsetzbar sind. Die
mechanische Verbindung zwischen den beiden Teilen 6 und 7′ des
Stromzuleiters 3 erfolgt dabei - wie bereits anhand der Fig. 1
erläutert - mittels einer Senkschraube 10 aus Titan, die nach Einsetzen und
Festschrauben des buchsenförmigen Teiles 7′ eingeführt und mit der
Gewindeausnehmung 16 im hülsenförmigen Teil 6 fest verschraubt wird.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Anodenanordnung, wobei
die Anode 1 über mehrere jeweils aus dem hülsenförmigen Teil 6 und dem
buchsenförmigen Teil 7 bestehende Stromzuleiter 3 mit dem Träger 4 verbunden
ist. Eine solche plattenförmige Anode 1 weist beispielsweise eine Grundfläche
von 0,2 bis 0,4 m2 und eine Dicke im Bereich von 2 bis 7 mm auf; sie wird
über eine Vielzahl solcher Stromzuleiter mit dem Träger 4 elektrisch und
mechanisch fest verbunden. Die Stromzuleiter können beispielsweise in mehreren
zueinander parallelen Reihen angeordnet sein. Eine der Anode 1 benachbarte
Anode 1′ ist zwecks Vereinfachung der Darstellung nur bruchstückweise gezeigt.
Der Anschluß der Stromversorgung an den Träger 4 erfolgt durch einen oder
mehrere Stromzuführungsbolzen aus elektrisch gut leitendem Material, welche
ebenfalls mit einem Titanmantel versehen sind. Die Dicke des plattenförmigen
Trägers 4 liegt im Bereich von 20 bis 60 mm; sie ist so groß, daß der von
außen punktförmig in den Träger eingespeiste Strom ohne nennenswerte Wider
standsverluste gleichmäßig verteilt wird; zudem weist die Platte eine ge
nügende mechanische Stabilität auf, um die in der Regel aus mehreren Anoden
bestehende Anodenfläche zu tragen.
Claims (10)
1. Anodenanordnung mit einer plattenförmigen Anode aus Ventilmetall mit
aktiver Oberfläche für elektrolytische Prozesse, insbesondere für das
Abscheiden von Metall aus Metallionen-enthaltender Lösung auf einer Unter
lage, die mit einem Stromzuleiter aus Ventilmetall verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stromzuleiter (3) ein an der Anode (1) befestigtes
hülsenförmiges Teil (6) und ein in eine durchgehende Öffnung (8) eines im
Abstand zu Anode (1) angeordneten Trägers (4) eingesetztes buchsenförmiges
Teil (7; 7′) aufweist, daß der Träger (4) einen Kern (5) aus einem gegen
über der elektrolytischen Lösung unbeständigen, jedoch elektrisch gut
leitenden Werkstoff besitzt, der von einem Mantel (14) aus Ventilmetall
lose umhüllt ist, dessen Rand (15) mit dem buchsenförmigen Teil (7; 7′)
gas- und flüssigkeitsdicht verbunden ist und daß der Kern (5) mit dem
buchsenförmigen Teil (7; 7′) unverrückbar verbunden ist.
2. Anodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff
des Kerns (5) ein metallischer Werkstoff ist.
3. Anodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
metallische Werkstoff des Kerns (5) Stahl ist.
4. Anodenanordnung nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mantel (14) am Rand (15) mit dem buchsenförmigen
Teil (7; 7′) verschweißt ist.
5. Anodenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das buchsenförmige Teil (7′) in die Öffnung (8) einge
schraubt ist.
6. Anodenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das buchsenförmige Teil (7) mittels Stiften (9) mit
dem Kern (5) verbunden ist.
7. Anodenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das hülsenförmige Teil (6) und das buchsenförmige
Teil (7; 7′) aus Titan oder einer Titanbasislegierung bestehen.
8. Anodenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Be
triebszustand aneinanderliegenden Kontaktflächen (11, 12) des hülsen
förmigen Teils (6) und des buchsenförmigen Teils (7; 7′) platiniert sind.
9. Anodenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige Teil (6) und das
buchsenförmige Teil (7; 7′) lösbar miteinander verbunden sind.
10. Anodenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren
Verbindung zwischen hülsenförmigem Teil (6) und buchsenförmigem
Teil (7; 7′) eine Senkschraube (10) aus Titan vorgesehen ist.
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