Verfahren zur festhaftenden elektrisch leitenden Vereinigung von porösen Leitern, insbesondere Kohle, sowohl untereinander als auch mit metallischen Leitern. Gegenstand der Erfindung bildet ein neu artiges und besonders vorteilhaftes Verfah ren zur festhaftenden elektrisch leitenden Vereinigung von porösen Leitern, insbeson dere Kohle, sowohl untereinander als auch mit metallischen Leitern.
Die Verbindung mehrerer elektrischer Leiter zwecks Erzielung eines dauernden Kontaktes zwischen denselben wird nach be kannten Verfahren entweder durch Ver schrauben oder dergleichen mechanische Zu sammenpressungen oder aber durch Lötungen herbeigeführt. Bei einer Anzahl von Werk stoffen, insbesondere Kohlen aller Art, seien es nun natürliche Kohlen, Kunstkohlen, Gra phit oder dergleichen, kommt ein Löten von vornherein in Wegfall.
Bei einer weiteren Gruppe von Werkstoffen wie auch zahlrei chen Kohlesorten ist auch ein Verschrauben oder dergleichen wegen deren Brüchigkeit nicht oder nur bedingt möglich.
Man hat daher auch schon vorgeschlagen, Kohle und dergleichen elektrisch leitende Werkstoffe, z. B. durch Verkupferung oder Versilberung, zunächst mit einer Metall schicht zu überziehen und an diese dann den andern, elektrisch leitend zu verbindenden Werkstoff anzulöten. Ein solches Verfah ren benötigt aber nicht nur wertvolle Metalle, sondern kommt von vornherein für alle die jenigen Anwendungsgebiete nicht in Be tracht; bei welchen Metalle als solche stö- ren. Anderseits besteht z. B. auch bei der Verwendung von Kohle irgendwelcher Art, z.
B. als Elektrodenkohle in der Elektro chemie, häufig die Schwierigkeit, einen Ab leitungsstift an dem eigentlichen, kompliziert gebauten Elektrodenteil anzubringen, ins besondere dann, wenn die Elektrode nicht in einem Stücke mit der Ableitung angefertigt werden kann. Ein einfaches strammes Ein passen des Ableitungsstiftes gibt wohl an fänglich guten Kontakt mit der eigentlichen Elektrode, es wird jedoch dann nach einiger Zeit festes Salz aus dem Elektrolyt, der zwischen die Kontaktflächen diffundiert ist; auskristallisieren und so den anfänglichen guten. Übergangswiderstand sehr stark er höhen.
Da es aber zur Einsparung von 3Ie- tallen erwünscht ist, Metallelektroden durch Kohle geeigneter Art, und insbesondere die Ableitungen von Metallelektroden durch Kohle zu ersetzen, ist das Bedürfnis der Praxis besonders gross nach einer einwand freien Möglichkeit, poröse Leiter, insbeson dere Kohle, sowohl untereinander als auch mit metallischen Leitern\ sowohl festhaftend als auch gleichzeitig elektrisch leitend mit einander zu. vereinigen.
Diese Möglichkeit ist durch das erfin dungsgemässe- Verfahren geschaffen worden, welches darin besteht, dass die Leiter unter Zwischenschaltung eines Klebstoffes solchen Bedingungen, bei denen sie einen leitfähigen Kontakt bilden, mindestens so lange aus gesetzt werden, bis der Klebstoff- erhärtet ist.
Auf diese einfache Weise lässt sich über raschenderweise ohne die geringste Beein- trächtigung des Kontaktes und ohne gestei gerten Übergangswiderstand, ja gegebenen falls sogar unter Herabsetzung des Über- gangswiderstandes, eine festhaftende elek trisch leitende Vereinigung von porösen Lei tern, insbesondere Kohlen jeder Art; sowohl untereinander als auch mit metallischen Lei tern erzielen und so jegliche der vorerwähn ten bisherigen Schwierigkeiten beseitigen.
Die Erklärung hierfür dürfte wohl darin zu suchen sein, dass bei den Bedingungen, -bei welchen die zu vereinigenden Leiter einen leitfähigen Kontakt bilden und auch im Rah men des erfindungsgemässen Verfahrens ge halten werden, die dazwischen gelagerte glebstoffschicht in einzelne Teilchen aufge löst wird, welche in die für einen leitfähi gen Kontakt nicht benötigten Zonen der Kon taktflächen abgedrängt werden und auf diesen ihre Funktion als Haftmittel unbeschadet dessen erfüllen können.
Die Erhärtung des dazwischengeschal teten Klebstoffes hat unter den diesbezügli chen an sich hierfür bekannten Bedingungen zu erfolgen, die sich jeweils nach der Art des im Einzelfall verwendeten Klebstoffes richten. So kann man z.
B. zwischen zwei in festhaftende elektrisch leitende Vereini gung zu bringende Kohleflächen ein Phenol formaldehydharz einlagern und dieses unter den Bedingungen des erfindungsgemässen Verfahrens durch an sich bekannte Konden sation oder Polymerisation in der Wärme undloder mit Hilfe von beigegebenen Kataly satoren und/oder durch Abdunsten beige gebener Lösungsmittel, gegebenenfalls im Vakuum,
zur Erhärtung bringen. Zur Er höhung ihrer Festigkeit kann man dabei die Kohle auch gleichzeitig oder vorher noch mit dem Klebemittel tränken.
Am .einfachsten wird das erfindungs gemässe Verfahren in der Weise durchge führt, dass die zwischengesohaltete Kleb- stoffschieht, gegebenenfalls bei erhöhter Tem= peratur,, unter einem Druck erhärten gelas sen wird, welcher dazu ausreicht, die zu vereinigenden Leiter in leitfähige Verbin dung miteinander zu bringen.
Der im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens gegebenenfalls angewendeteDruck kann nicht nur durch Druck von ;aussen her, z. B. durch Zusammenpressen der zu vereini genden Leiter, sondern auch durch die Form gebung eines der zu vereinigenden Leiter er zeugt werden.
Dies kann z. B. in der Weise geschehen, dass der eine der Leiter als run der oder unrunder elastischer, den andern Leiter umkrallender Sprengring oder als längsgeschlitzter; den andern Leiter durch dringender Stab ausgebildet oder mit einem solchen Staban'satz ausgestattet wird. Hier bei kann naturgemäss auch noch zusätzlicher Aussendruck zur Anwendung gelangen.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Ver fahrens werden als Klebstoff mit besonderem Vorteil Kunstharze, gegebenenfalls gelöst in organischen Lösungsmitteln, verwendet, vor zugsweise mit sauren Katalysatoren verse hene Resole.
Bei der Kondensation von Phenol mit Formaldehyd in alkalischem Medium _ entste hen Resole. Diese Resole, welche noch nicht ausgesprochen hochpolymer sind, lassen sich durch Zusatz von Säuren zu Resiten weiter polymerisieren.
Als Klebstoffe haben sich für die Zwecke der Erfindung insbesondere auch Klebmas sen bewährt, bestehend aus einer Mischung von basisch kondensiertem Resol, welches in der Weise hergestellt wurde, dass Phenol mit Paraformaldehyd und starkem Alkali, vor zugsweise Natriumhydrogyd, als Kondensa- tionsmittel unter solchen Bedingungen, dass die entstehende egotherme Wärme nicht stört oder so weit abgeleitet wird,
als diese zu einer vorzeitigen Erhärtung führen könnte, kondensiert wird, und die Kondensation mit Erreichung der Resolstufe durch plötzliche Abkühlung, gegebenenfalls unter Zusatz von als Verzögerer wirkenden Lösungsmitteln, abgebrochen wird, und zur Säurehärtung zu gesetzten Substanzen, die sich von der Schwe- felsäure in der Weise ableiten, dass in der selben eine oder mehrere H-Atome oder OH-Gruppen durch organische Reste ersetzt sind, wie z. B.
Benzol-, o-Toluol-, p-Toluol-, Cymol-, Pbenol-, Kresol-, Naphtalin-Sulfon- säure, Alkylschwefelsäure und Dialkylsul- fate, und die vorzugsweise in einem Lösungs mittel, das zweckmässig auch das Resol zu lösen vermag, gelöst sind.
Ferner hat sich als Klebstoff für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von bei gewöhnlicher Tempera tur dünnflüssigem, insbesondere monomerem oder anpolymerisiertem, zweckmässig kataly- satorhaltigem Styrol bewährt. Vorzugsweise wird die Kohle bei gewöhnlicher Tempera tur mit dünnflüssigem, vorzugsweise mono merem oder anpolymerisiertem, zweckmässig mit Katalysatoren, z.
B. Zinntetrachlo@rid, versetztem Styrol, gegebenenfalls nach vor heriger Erwärmung der Kohle, unter Vaku um und/oder unter gesteigertem Aussendruck, imprägniert und das Styrol dann innerhalb der Kohle durch exotherme oder zusätzliche Erwärmung, gegebenenfalls unter Druck, in Polystyrol übergeführt.
Dabei kann das Dichten und Härten der Kohle, insbesondere der Kohledurchführungs- und -ableitungs- elektroden, gegebenenfalls mit einem Ver kleben derselben mit andern artgleichen oder artfremden Körpern, insbesondere einem Ein kleben derselben in entsprechende Durchlässe von Gefässwandungen, vorzugsweise solchen aus Polystyrol, vereinigt werden.
Bei alledem kann dem Klebstoff auch noch einer der zu verklebenden Leiter in fei ner Aufteilung, z. B. Kohlepulver oder Me tallstaub, beigemischt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat sich als ganz besonders vorteilhaft dafür er wiesen, Kohleelektroden mit Kohleelektroden, insbesondere Kohle- oder Graphitäbleitungen, und/oder Metallableitungen, insbesondere Kupferableitungen, zu vereinigen, poröse oder metallische, elektrochemisch hochwirksame Elektroden mit metallischen oder porösen Ableitern zu verbinden und als Primärelek troden wirkende Zinkelektroden mit Kohle- trägern zu verbinden.
Elektrochemisch hoch wirksame Elektroden sind beispielsweise solche, bei denen sich ohne starke Polarisa tion grosse Stromdichten erzeugen lassen, bei spielsweise Bleidioxydelektroden oder Kohle elektroden mit hochaktiven, flüssigen Depola- risatoren, schliesslich Zinkelektroden usw. Als Ableiter verwendet man vorzugsweise Leiter, welche vom Elektrolyten nicht an gegriffen werden und eine hohe Leitfähigkeit haben.
Ausführungsbeispiele. 1. Ein Kohlerundstab soll in eine zu; gehörige Bohrung eines andern Kohlekörpers festhaftend und elektrisch leitend eingefügt werden. Hierzu werden beide Teile mit einem Klebemittel, z. B.
Polystyrol in Sty rol, be strichen und frisch ineinandergefügt. Die geklebte Elektrode kommt in eine Presse und wird in vorgeschriebener Zeit ausgeheizt. Da bei wird durch das stramme Einführen des Stiftes der Klebfilm überall dort wegge drückt, wo Kohlekontakte aufeinanderstossen. In den feinen Hohlräumen zwischen den Flächen sammelt sich der Klebstoff an und bewirkt das feste Aneinanderhalten, wäh,
rend die Kontaktflächen ohne Klebstoffilm sich verzahnen und nur den ursprünglichen Übergangswiderstand zwischen den beiden Flächen ergeben. Aus folgenden Zahlen mag ersichtlich sein, dass sich hierbei kein zusäLz- licher Übergangswiderstand für den elektri schen Strom ergibt.
Es ergibt sich vielmehr ein gleichbleibender guter Kontakt, welcher auch beim Aufbewahren der geklebten Koh len bei wechselnden Temperaturen den An fangswert zeigt:
EMI0003.0073
Übergangswiderstand
<tb> vor <SEP> Aufbringen <SEP> des <SEP> Klebstoffes <SEP> 0,05 <SEP> Ohm
<tb> nach <SEP> Pressen <SEP> 0,02 <SEP> Ohm
<tb> nach <SEP> Ausheizen <SEP> in <SEP> der <SEP> Presse <SEP> 0,02 <SEP> Ohm .2.
Auf zylinderförmige Kohleringe wer den zylinderförmige Metallröhren mit einem Innendurchmesser, welcher gleich dem Au- ssendurchmesser der Kohleringe ist, aufge klebt; -um nach Aufschneiden der Gebilde, parallel zu ihrer Achse, die so erhaltenen Sprengringe auf Kohlestifte zu ziehen.
Die Metallröhrchen sowie die Kohleringe wurden an den Klebseiten mit Klebmittel bestri chen, vereinigt und m eine Presse gelegt, die das fest gegen das Kohle röhrchen presst, ohn'e:dass letzteres nachgibt.
Waren die Übergangswiderstände Metall/ Kohle/Kohle vor der Klebung 0,03 Ohm, so hatten sie nach der Pressung und Klebung ebenfalls den Wert von 0,03 Ohm.
Process for firmly adhering electrically conductive combination of porous conductors, in particular carbon, both with one another and with metallic conductors. The subject of the invention is a novel and particularly advantageous method for firmly adhering electrically conductive association of porous conductors, in particular carbon, both with one another and with metallic conductors.
The connection of several electrical conductors for the purpose of achieving permanent contact between the same is brought about by known methods either by screwing or the like mechanical compressions or by soldering. In the case of a number of work materials, in particular all types of coal, be it natural coal, synthetic coal, graphite or the like, soldering is eliminated from the outset.
In another group of materials as well as numerous types of coal, screwing or the like is not or only partially possible because of their fragility.
It has therefore already been proposed to use carbon and the like electrically conductive materials, eg. B. by copper plating or silver plating, first to be coated with a metal layer and then to solder the other, electrically conductive material to be connected to this. However, such a method not only requires valuable metals, but is not considered from the outset for all those areas of application; with which metals interfere as such. B. also when using coal of any kind, e.g.
B. as electrode carbon in electro chemistry, often the difficulty of attaching a lead pin from the actual, complex electrode part, especially when the electrode can not be made in one piece with the lead. A simple tight fit of the lead pin gives good contact with the actual electrode at the beginning, but then after some time there is solid salt from the electrolyte that has diffused between the contact surfaces; crystallize and so the initial good. Increase contact resistance very strongly.
However, since it is desirable to save 3Ie- metals to replace metal electrodes with carbon of a suitable type, and in particular the leads of metal electrodes with carbon, the need in practice is particularly great for a perfect way of porous conductors, in particular carbon, both with each other and with metallic conductors \ both firmly adhering and at the same time electrically conductive to each other. unite.
This possibility has been created by the method according to the invention, which consists in the fact that the conductors, with the interposition of an adhesive, are exposed to conditions under which they form a conductive contact at least until the adhesive has hardened.
In this simple way, surprisingly, without the slightest impairment of the contact and without increased contact resistance, if necessary even with a reduction in the contact resistance, a firmly adhering electrically conductive combination of porous conductors, in particular all types of carbon; achieve both with each other and with metallic Lei tern and thus eliminate any of the aforementioned previous difficulties.
The explanation for this is probably to be sought in the fact that under the conditions in which the conductors to be combined form a conductive contact and are also kept within the scope of the inventive method, the adhesive layer between them is dissolved into individual particles, which are displaced into the areas of the contact surfaces that are not required for a conductive contact and can fulfill their function as an adhesive regardless of this.
The hardening of the interposed adhesive has to take place under the conditions known per se for this purpose, which depend on the type of adhesive used in the individual case. So you can z.
B. store a phenol formaldehyde resin between two firmly adhering electrically conductive association to be brought together carbon surfaces and this under the conditions of the inventive method by per se condensation or polymerization in the heat and / or with the help of added catalysts and / or by evaporation beige given Solvent, if necessary in a vacuum,
to harden. To increase its strength, the coal can also be soaked with the adhesive at the same time or beforehand.
The simplest way to carry out the process according to the invention is to allow the intermediate adhesive layer to harden, if necessary at an elevated temperature, under a pressure which is sufficient to put the conductors to be connected in a conductive connection with one another bring to.
The pressure possibly applied in the context of the method according to the invention can not only be caused by pressure from the outside, e.g. B. by compressing the head to be united, but also by the shape of one of the heads to be united he testifies.
This can e.g. B. be done in such a way that one of the heads as a round or non-circular elastic, the other head clawing snap ring or as a longitudinally slotted; the other conductor is formed by an urgent rod or equipped with such a rod attachment. Of course, additional external pressure can also be used here.
In the context of the process according to the invention, synthetic resins, optionally dissolved in organic solvents, are used as adhesives with particular advantage, preferably resoles provided with acidic catalysts.
The condensation of phenol with formaldehyde in an alkaline medium produces resols. These resoles, which are not yet very highly polymeric, can be further polymerized to form resites by adding acids.
As adhesives for the purposes of the invention in particular adhesives have proven themselves, consisting of a mixture of basic condensed resole, which was prepared in such a way that phenol with paraformaldehyde and strong alkali, preferably sodium hydrogen, as a condensation agent under such conditions that the resulting egothermal heat does not interfere or is dissipated so far,
than this could lead to premature hardening, condensation is carried out, and the condensation is terminated when the resol stage is reached by sudden cooling, possibly with the addition of solvents that act as retarders, and for acid hardening to set substances that differ from the sulfuric acid in derive the way that in the same one or more H atoms or OH groups are replaced by organic radicals, such as. B.
Benzene, o-toluene, p-toluene, cymene, p-benzene, cresol, naphthalene sulfonic acid, alkylsulfuric acid and dialkyl sulfates, and which is preferably in a solvent which is also capable of dissolving the resole , are resolved.
Furthermore, the use of low-viscosity, in particular monomeric or partially polymerized, suitably catalyst-containing styrene has also proven successful as an adhesive for the purposes of the present invention. Preferably, the coal is at the usual tempera ture with low viscosity, preferably mono merem or polymerized, conveniently with catalysts such.
B. tin tetrachloride, mixed styrene, optionally after prior heating of the coal, under vacuum and / or under increased external pressure, impregnated and the styrene then converted into polystyrene within the coal by exothermic or additional heating, optionally under pressure.
The sealing and hardening of the carbon, in particular the carbon lead-through and discharge electrodes, can optionally be combined with gluing them to other bodies of the same type or of different types, in particular gluing them into corresponding passages in vessel walls, preferably those made of polystyrene .
In all of this, the adhesive can also have one of the conductors to be bonded in fei ner division, e.g. B. coal powder or Me tallstaub are added.
The method according to the invention has proven to be particularly advantageous for combining carbon electrodes with carbon electrodes, in particular carbon or graphite leads, and / or metal leads, in particular copper leads, to connect porous or metallic, electrochemically highly effective electrodes with metallic or porous leads and as Zinc electrodes that act as primary electrodes must be connected to carbon carriers.
Electrochemically highly effective electrodes are, for example, those with which high current densities can be generated without strong polarization, for example lead dioxide electrodes or carbon electrodes with highly active, liquid depolarizers, finally zinc electrodes, etc. Conductors that are not connected to the electrolyte are preferably used as arresters be gripped and have a high conductivity.
Embodiments. 1. A charcoal rod should be in one too; Corresponding bore of another carbon body can be inserted firmly adhering and electrically conductive. For this purpose, both parts are coated with an adhesive, e.g. B.
Polystyrene in Sty rol, coated and freshly joined together. The bonded electrode is placed in a press and is baked out in the prescribed time. Since the tight insertion of the pen pushes the adhesive film away wherever carbon contacts meet. The adhesive collects in the fine cavities between the surfaces and causes them to stick together, while,
The contact surfaces interlock without adhesive film and only result in the original contact resistance between the two surfaces. It can be seen from the following figures that there is no additional contact resistance for the electrical current.
Rather, there is consistently good contact, which shows the initial value even when the glued carbon is stored at changing temperatures:
EMI0003.0073
Transition resistance
<tb> before <SEP> application <SEP> of the <SEP> adhesive <SEP> 0.05 <SEP> Ohm
<tb> after <SEP> pressing <SEP> 0.02 <SEP> Ohm
<tb> after <SEP> baking <SEP> in <SEP> of the <SEP> press <SEP> 0.02 <SEP> Ohm. 2.
Cylindrical metal tubes with an inside diameter which is equal to the outside diameter of the carbon rings are glued onto cylindrical carbon rings; -After cutting open the structure, parallel to its axis, to pull the snap rings obtained in this way onto carbon pins.
The metal tubes as well as the carbon rings were coated with adhesive on the adhesive sides, combined and placed in a press that presses it firmly against the carbon tube, without the latter giving way.
If the transition resistances metal / carbon / carbon were 0.03 ohms before bonding, they also had a value of 0.03 ohms after pressing and bonding.