DE102017217364B4

DE102017217364B4 - Elektrolysezelle mit Vorspannkupplung, Verfahren zum Montieren der Vorspannkupplung sowie Verwendung der Vorspannkupplung

Info

Publication number: DE102017217364B4
Application number: DE102017217364.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Austenfeld; Jörg Kolbe; Frank Funck
Original assignee: ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Nucera AG and Co KGaA
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2037-09-30
Also published as: WO2019063385A1; DE102017217364A1

Abstract

Elektrolysezelle (1) mit zwei einander abdichtenden Halbschalen (2, 3), mit wenigstens einer an einem sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt (4) der Halbschalen abdichtend montierbaren Vorspannkupplung (5; 10; 100) und einer damit funktionsfähig vorspannbaren Dichtung (6), wobei die Vorspannkupplung ein erstes und zweites Kupplungsteil (5.1, 5.2; 11, 12) und wenigstens ein Spannmittel (5.3; 15) zum Vorspannen der Kupplungsteile in lateraler abdichtender Wirkrichtung aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (13) zum Vorspannen der Kupplungsteile (11, 12) fluchtend mit dem oder lateral versetzt zum sich radial erstreckenden Flanschabschnitt (4) an der Vorspannkupplung (10; 100) oder mittels der Vorspannkupplung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit Vorspannkupplungen zum Abdichten von Halbschalen der Elektrolysezelle. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren der Vorspannkupplung sowie die Verwendung der Vorspannkupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Elektrolysezellen müssen abgedichtet werden. Insbesondere im Zuge von Maßnahmen, Elektrolysezellen hinsichtlich Platzbedarf und Bauvolumen zu optimieren, wurden die Elektrolysezellen bereits flacher ausgestaltet. Um so flacher die Elektrolysezellen, um so schwieriger kann es je nach Bauform der Elektrolysezelle jedoch werden, die Anforderungen an die Dichtheit und Abdichtung zu erfüllen. Insbesondere wird es schwierig, den hohen Anforderungen an ausreichenden Vorspannkräften und robuster, zuverlässiger Dichtheit gerecht zu werden. Dies kann dazu führen, dass die Elektrolysezelle zwar sehr flach gehalten werden kann, der Platzbedarf aber dennoch hoch bleibt, da die Abdichtung bzw. eine dafür vorgesehene Vorspannkupplung nicht weiter verkleinert werden kann.
Bisher hat sich eine klassische Schraubverbindung als geeignete Vorspannkupplung erwiesen, um ausreichende Robustheit und hohe Vorspannkräfte sicherzustellen. Um ausreichende Flächenpressung zu bewirken, wird die Vorspannkraft mittels zweier Kupplungsteile, insbesondere aus Stahl, vom Schraubenkopf bzw. von der Mutter auf die insbesondere aus PTFE-Material ausgeführte Dichtung übertragen. Etwas Bauraum kann dann eingespart werden, wenn der Sitz des Schraubenkopfes und/oder der Sitz der Mutter ein wenig in den jeweiligen Kupplungsteil nach innen verlegt wird. Diese Maßnahme wird aber aus Festigkeitsgründen stark limitiert. Zudem wirkt sich nachteilig aus, dass mit sinkender Klemmlänge auch die Elastizität der Vorspannkupplung sinkt. Die gesamte Anordnung wird dann wohlmöglich wieder anfälliger, also weniger robust.
Die Veröffentlichung DE 10 2004 028 761 A1 beschreibt eine Elektrolysezelle (single cell element) mit zwei an einem umlaufenden Flanschabschnitt aneinander gegen eine vorgespannte Tellerfeder verschraubten und mittels Dichtschnüren abgedichteten Halbschalen. Die Veröffentlichungen DE 196 41 125 A1 und EP 0 523 669 A1 beschreiben jeweils eine vergleichbare Anordnung, wobei zwischen den Halbschalen eine Trennwand eingespannt und mittels Dichtungen abgedichtet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschrieben Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit bei möglichst kompakter Bauform eine hohe Betriebssicherheit und ein insgesamt vorteilhaftes Anlagenkonzept für die Abdichtung von Halbschalen einer Elektrolysezelle sichergestellt werden kann. Wünschenswert ist dabei freilich auch eine möglichst kostengünstige Ausführung, insbesondere aufgrund einer möglicherweise erforderlichen höheren Stückzahl von Vorspannkupplungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrolysezelle, insbesondere Einzelelementelektrolysezelle, mit zwei einander abdichtenden Halbschalen, mit wenigstens einer an einem sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt der Halbschalen abdichtend montierbaren/montierten Vorspannkupplung und einer damit funktionsfähig vorspannbaren/vorgespannten Dichtung, welche Dichtung eingerichtet ist zum Abdichten der Halbschalen aneinander und gegenüber der Umgebung, wobei die Vorspannkupplung ein erstes und zweites Kupplungsteil und wenigstens ein Spannmittel zum Vorspannen der Kupplungsteile aneinander bzw. am Flanschabschnitt in lateraler abdichtender Wirkrichtung aufweist; wobei das Spannmittel zum Vorspannen der Kupplungsteile fluchtend mit dem oder lateral versetzt zum sich radial erstreckenden Flanschabschnitt an der Vorspannkupplung oder mittels der Vorspannkupplung anordenbar/angeordnet ist, insbesondere mit der Längsachse des Spannmittels parallel ausgerichtet zum radialen Flanschabschnitt oder in der Ebene des radialen Flanschabschnittes angeordnet.
Hierdurch kann Bauraum eingespart werden. Die gesamte Anordnung wird sehr kompakt. Insbesondere wird speziell auch eine Einzelelementelektrolysezelle auf diese Weise im Vergleich bipolaren Konzept auch bzgl. der Bautiefe konkurrenzfähig. Als weiterer Vorteil kann auch eine selbsthemmende Wirkung z.B. bei Druckstößen genannt werden. Ferner können filigranere Vorspannelemente bzw. Spannmittel verwendet werden. Die laterale Anordnung bzw. die laterale Wirkung bzw. die Kraftflussumlenkung in lateraler Richtung erspart auch Durchführungen im Flanschabschnitt. Spannmittel (insbesondere Schrauben) müssen nicht durch den abzudichtenden Flanschabschnitt geführt werden, sondern können eingriffslos parallel dazu oder in dazu fluchtender Anordnung ausgerichtet werden, mit dem Effekt, dass die Dichtfläche nicht unterbrochen werden muss, und dass eine gleichverteilte Flächenpressung auf sehr homogene Art und Weise auf die Dichtfläche übertragen werden kann. Die Dichtwirkung kann dadurch optimiert werden. Auf einer vergleichsweise großen Dichtfläche kann eine Flächenpressung auf sehr homogen gleichverteilte Weise eingestellt werden. Unabhängig davon können an der Dichtfläche auch Abschnitte für vordefinierte erhöhte Flächenpressung vorgesehen sein, z.B. hervorstehende Stege oder Ränder.
Im Gegensatz dazu hatte sich bisher im Stand der Technik eine Schraubenverbindung mit durch den Flanschabschnitt durch Durchführungen bzw. Löcher hindurch geführte Schrauben als die übliche Art und Weise der Montage etabliert. Die erfindungsgemäße Vorspannkupplung liefert ein hiervon stark abweichendes Montagekonzept, bei guter radialer Zugänglichkeit, was z.B. auch im Zusammenhang mit einer Druckprüfung Vorteile liefert, oder bei einer Anordnung von mehreren Zellen übereinander gestapelt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung der gleichen Art von Dichtungen, optional insbesondere auch bei der gleichen betragsmäßigen Flächenpressung.
In einer Elektrolyseanlage werden beispielsweise 1.000 Stück Vorspannkupplungen verbaut, so dass sich ein kleiner Vorteil bzgl. nur einer Vorspannkupplung bei dieser hohen Stückzahl faktorisiert und auch dann spürbar wird, wenn er nur eine sehr kleine Verbesserung mit sich bringt. Beispielsweise kann durch eine Einsparung von 10mm Bauhöhe ca. 3kg Nickel eingespart werden. Bei einem Nickelpreis von z.B. 30€/kg ergibt sich eine interessante absolute Kosteneinsparung, neben weiteren Einsparungen an der Peripherie dank verringertem Platzbedarf.
Ferner können erfindungsgemäß die aufzubringenden Vorspannkräfte abgesenkt werden, ohne dass die Vorspannwirkung auf die Dichtung dabei sinken muss. Insbesondere für die H20-Elektrolyse können sich auch beträchtliche Kostenvorteile ergeben. Insbesondere bei H20-Elektrolyseanlagen kann durch die Bauhöhenreduzierung der relativ teure Werkstoff Nickel eingespart werden.
Die Vorspannkupplung kann auf den Flanschabschnitt lateral umgreifend aufgesetzt werden, lateral klemmen und dabei den Flanschabschnitt außen umgreifend angeordnet werden. Diese Anordnung kann auch ermöglichen, den für die Dichtung vorgesehenen Dichtabschnitt an den Halbschalen geometrisch oder in Hinblick auf die Größe der Dichtfläche anzupassen, insbesondere zu minimieren.
Als radiale Richtung r, z ist dabei bevorzugt die Richtung zu verstehen, in welcher sich der Flanschabschnitt erstreckt, insbesondere orthogonal zur Richtung x, in welcher die Halbschalen bei Montage aufeinander gelegt werden, bzw. zumindest annähernd parallel zur Richtung, in welcher sich auch die jeweilige Halbschale im Wesentlichen erstreckt. Je nach Anordnung der Halbschalen kann die radiale Richtung an der entsprechenden Umfangsposition auch der vertikalen Richtung oder einer horizontalen Richtung entsprechen. Als lateral abdichtende Wirkrichtung ist demnach eine Richtung zu verstehen, welche in Abstimmung mit der Anordnung bzw. Oberfläche der Dichtung unabhängig von der radialen Richtung ausgerichtet sein kann, und welche bei einer Flachdichtung insbesondere orthogonal zur radialen Richtung ausgerichtet ist. Als laterales Wirken ist dabei ein seitliches, insbesondere flächiges Wirken zu verstehen.
Als Flanschabschnitt ist dabei bevorzugt ein Bereich der Halbschalen zu verstehen, welcher zur Abdichtung und Kupplung der Halbschalen aneinander vorgesehen ist, insbesondere bei geometrischer Abstimmung oder geometrisch symmetrischer Ausgestaltung der Halbschalen. Der Flanschabschnitt kann ein umlaufender doppelwandiger Rand mit dazwischen angeordneter Dichtung sein.
Als Kupplungsteile sind dabei bevorzugt Teile zu verstehen, die relativ zueinander verlagerbar in vordefinierten Relativpositionen positionierbar sind und durch die Relativposition die Vorspannung der Kupplung vorgeben. Die Kupplungsteile können dabei die Funktion des Einspannens des Flanschabschnittes zwischen den Kupplungsteilen übernehmen, sei es bei direktem Kontakt des Flanschabschnittes, sei es durch Zwischenschaltung weiterer Kupplungselemente.
Der Flanschabschnitt kann integral von den beiden Halbschalen gebildet sein, insbesondere durch einen sich in radialer Ebene erstreckenden Rand. Der Flanschabschnitt kann durch einen doppelwandigen insbesondere umlaufenden Rand mittels der beiden Halbschalen bereitgestellt werden.
Die Dichtung kann als umlaufende Dichtung ausgebildet sein. Die Dichtung ist bevorzugt eine sich flächig zwischen den Halbschalen im Flanschabschnitt erstreckende Flachdichtung, wobei eine Membran an der Dichtung eingespannt sein kann. Als Dichtungsmaß (Breite x Höhe) kann genannt werden: 6mm x 1.5mm. Als Dichtungsmaterial kann PTFE genannt werden. Als Flächenpressung kann der Bereich von 10 bis 30MPa, insbesondere ca. 25MPa genannt werden.
Bevorzugt wirkt die Vorspannkupplung in einer lateralen Richtung zumindest annähernd orthogonal zur radialen Richtung abdichtend auf den Flanschabschnitt. Dies hat diverse Vorteile nicht nur hinsichtlich der Anordnung und Montage der Halbschalen.
Das Material der Halbschalen kann insbesondere aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Titan Ti, Nickel Ni, Edelstahl. Das Material des Flansches kann insbesondere aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: beschichteter Stahl, insbesondere Edelstahl. Das Material von Spannmitteln, insbesondere Schrauben kann insbesondere aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Stahl beschichtet, insbesondere Edelstahl.
Bevorzugt wird eine Gesamtdicke der Elektrolysezelle von kleiner als 55mm eingehalten (Platzbedarf der Zelle in ihre Dickenrichtung x), entsprechend dem maximalen x-Abstand zwischen den Halbschalen 2 und 3. Die Dicke der Vorspannkupplung ist bevorzugt kleiner als 55mm.
Die jeweilige Vorspannkupplung kann zumindest teilweise aus isolierenden Materialien ausgebildet sein und/oder eine elektrische Isolation aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung zum eingriffslosen Abdichten, also ohne Eingriff in oder Durchgriff durch die Dichtung oder durch den Flanschabschnitt, in einer den Flanschabschnitt umgreifenden Anordnung eingerichtet. Dies erleichtert die Montage und liefert eine gute Dichtwirkung.
Die Vorspannkupplung kann den Flanschabschnitt radial außen umgreifend angeordnet sein/werden. Die Vorspannkupplung kann kraftschlüssig klemmend am Flanschabschnitt verspannt sein, insbesondere mittels wenigstens eines Keilabschnittes/Keilkörpers bzw. einer Rampe.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung eingerichtet, die Dichtung eingriffslos vorzuspannen. Dies macht Durchführungen entbehrlich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorspannkupplung einen in lateraler Richtung breitenvariablen Spalt zur kraftschlüssigen, insbesondere reibschlüssigen Aufnahme des Flanschabschnittes auf, oder die Vorspannkupplung definiert den Spalt in kraftschlüssiger, insbesondere reibschlüssiger, montierter Anordnung. Dies ermöglicht auch eine feine Justage.
Die eingriffslose Abdichtung ermöglicht neben den Vorteilen hinsichtlich Montage und Bauraum/Platzbedarf, die Halbschalen bzw. den Flanschabschnitt als integrale Fläche ohne Löcher oder sonstige Unebenheiten auszugestalten, so dass die Dichtwirkung optimiert werden kann. Auch ergeben sich Vorteile hinsichtlich Festigkeit und Verwindungssteifigkeit. Auch wird die Montage erleichtert, denn es muss z.B. keine Mutter bzw. Kontermutter festgehalten werden. Optional kann anstelle von kalibrierten Drehmomentschlüsseln ein Akkuschrauber verwendet werden, was Arbeitsaufwand und Zeit einsparen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Spannmittel bzw. dessen Längsachse in radialer Richtung zumindest annähernd orthogonal zur lateralen abdichtenden Wirkrichtung bzw. Kraftrichtung ausgerichtet. Dies liefert auch gute Zugänglichkeit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Spannmittel durch eine Stellbewegung in radialer Richtung zumindest annähernd orthogonal zur lateralen abdichtenden Wirkrichtung montierbar/demontierbar oder vorspannbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung eingerichtet zum Bilden einer lateralen Druckkraftbrücke über der Dichtung durch eine zwischen den Kupplungsteilen in einer gegenüber der Druckkraftbrücke versetzten oder verschwenkten Ebene oder Richtung aufgebrachten Vorspannkraft oder Zugkraft/Zugkraftbrücke, insbesondere mit der Druckkraftbrücke, verschwenkt um zumindest annähernd 90° gegenüber einer radialen Zugkraftbrücke. Diese Anordnung erleichtert das Umgreifen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung eingerichtet zum Bilden eines über die Kupplungsteile und die Halbschalen und das Spannmittel geleiteten Kraftflusspfades mit einem Verlauf mit wenigstens zwei Richtungsabschnitten, insbesondere mit kreisförmigem Verlauf, insbesondere mit einem ersten, radialen Richtungsabschnitt über das Spannmittel und einem zweiten demgegenüber winkelig, insbesondere ca. 90° verdreht ausgerichteten, lateralen Richtungsabschnitt über die Halbschalen.
Die Druckkraftbrücke überbrückt dabei den Flanschabschnitt, ohne in den Flanschabschnitt einzugreifen. Somit liegt die Dichtung mit dem Flanschabschnitt auf dem entsprechenden Abschnitt des Kraftflusspfades, ohne dass Komponenten der Vorspannkupplung den Kraftflusspfad bilden. Die Vorspannkupplung weist einen in lateraler Richtung breitenvariablen Spalt zur Aufnahme des Flanschabschnittes auf, oder definierte diesen Spalt in montierter Anordnung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die lateral abdichtende bzw. die mittels einer radialer Kraft vorgespannte und durch eine Lateralkraft abdichtende Vorspannkupplung wenigstens einen Keilabschnitt oder Keilkörper auf, insbesondere einen Keilabschnitt oder Keilkörper, welcher mit einem der Kupplungsteile eine Gleitpaarung bildet, insbesondere an einer Rampe des Keilabschnitts oder Keilkörpers. Hierdurch kann auch die Elastizität der Kupplung auf einfache, robuste Weise eingestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die radial vorgespannte und lateral abdichtende Vorspannkupplung eingerichtet zum Ausüben einer Druckkraft auf die Dichtung eingestellt durch eine mittels Zugkraft generierte elastische Aufweitung oder Spreizung, insbesondere eingestellt durch die elastische Spreizung wenigstens eines freistehenden Schenkels der Vorspannkupplung. Dies liefert auch gute Elastizität.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorspannkupplung einen Keilkörper mit einer Rampe, welcher an einem Keilabschnitt eines der Kupplungsteile gleitend gelagert ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Vorspannung durch relative Lageänderungen von Formkörpern zu beeinflussen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorspannkupplung zwei zur Kontaktierung des Flanschabschnittes angeordnete Keilkörper jeweils mit einer Rampe, welche an einem Keilabschnitt eines der Kupplungsteile gleitend gelagert sind, insbesondere in symmetrischer Anordnung, insbesondere beidseitig am Flanschabschnitt. Hierbei kann Haftreibung an einer Oberfläche der Keilkörper erfolgen. Ein für Haftreibung vorgesehener Flächenpress-Abschnitt, wahlweise mit strukturierter, für Haftreibung ohne Formschluss optimierter Oberfläche, kann dabei durch die Keilkörper bereitgestellt werden. Dies liefert auch zusätzliche Flexibilität bei der Materialauswahl. Der jeweilige Keilkörper kann zumindest teilweise aus isolierendem Material ausgebildet sein und/oder eine Isolierung umfassen.
Wenigstens eine Oberfläche einer Gleitpaarung der Vorspannkupplung weist einen möglichst geringen Gleitwert auf, was z.B. durch Kunststoff-Keilkörper und/oder durch einen beschichteten Stahlwerkstoff sichergestellt werden kann. In Abschnitten, in welchen keine Relativbewegung erfolgen soll, kann hingegen eine signifikante Haft-Reibung sichergestellt werden, z.B. durch die Materialkombination Stahl-Stahl.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Spannmittel in montierter Anordnung der Vorspannkupplung zumindest annähernd parallel zu einer von einer der Halbschalen oder dem Flanschabschnitt aufgespannten radialen Ebene ausgerichtet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine vom jeweiligen Spannmittel aufgebrachte Vorspannkraft zumindest annähernd parallel zur radialen Halbschalen-Ebene ausgerichtet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Längsachse des jeweiligen Spannmittels zumindest annähernd in einer vom Flanschabschnitt aufgespannten radialen Ebene oder zumindest annähernd parallel dazu ausgerichtet. Dies erleichtert nicht zuletzt jeweils den Zugang zur Kupplung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Längsachse des jeweiligen Spannmittels fluchtend in einer radialen Ebene des Flanschabschnittes der aneinander anliegenden Halbschalen angeordnet. Dies liefert Symmetrie.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die radial vorgespannte und lateral abdichtende Vorspannkupplung den Flanschabschnitt umgreifend anordenbar/angeordnet. Hierdurch kann auch der Aufwand für eine Vorbearbeitung am Flanschabschnitt minimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die radial vorgespannte und lateral abdichtende Vorspannkupplung abdichtend durch ringförmigen und über einen eingriffslosen Spalt zwischen den Kupplungsteilen verlaufenden Kraftfluss. Dies liefert diverse Freiheitsgrade bei der Verwendung und Auslegung der Kupplung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorspannkupplung wenigstens einen freistehenden Schenkel eingerichtet zur den Flanschabschnitt umgreifenden Anordnung. Dies ermöglicht auch Elastizität und tolerante Montage.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eines der Kupplungsteile, insbesondere das erste Kupplungsteil der radial vorgespannten lateral abdichtenden Vorspannkupplung im Querschnitt U- oder C- oder G-förmig, insbesondere mit wenigstens einem freistehenden Schenkel. Hierdurch wird die Kupplung auch in der Handhabung sehr praktisch.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eines der Kupplungsteile, insbesondere das zweite Kupplungsteil der radial vorspannbaren/vorgespannten und lateral abdichtenden Vorspannkupplung einen freistehenden Schenkel mit einer Gleitoberfläche und/oder mit einem lateralen Flächenpress-Abschnitt auf, welcher Schenkel relativ zu wenigstens einem Keilabschnitt oder Keilkörper der Vorspannkupplung positionierbar ist. Mittels des freistehenden Schenkels kann eine Lateralkraft und damit die gewünschte Flächenpressung an der Dichtung auf vergleichsweise exakte Weise eingestellt werden. Der freistehende Schenkel kann ein hohes Maß an Elastizität liefern. Die Vorspannkupplung kann dank des freistehenden Schenkels auf besonders einfache, flexible Weise hinsichtlich elastischer Eigenschaften auf die Abdicht-Anforderungen angepasst werden, sei es durch Auswahl bestimmter Materialien, sei es z.B. durch Dimensionierung des Schenkels.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die radial vorgespannte und lateral abdichtende Vorspannkupplung eingerichtet zum Bilden einer lateralen Druckkraftbrücke über dem Flanschabschnitt in Abhängigkeit einer radialen translatorisch-gleitenden Relativbewegung vorgegeben durch das Spannmittel. Hierdurch ergeben sich auch bereits zuvor diskutierte Vorteile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die lateral abdichtende Vorspannkupplung beidseitig des Flanschabschnittes flächig außen angreifend/aufliegend, mit gegenüberliegenden flächig-integral auf die Dichtung wirkenden, insbesondere vollständig ebenen, Flächenpress-Abschnitten ohne Aussparungen oder Löcher oder Absätze. Hierdurch kann eine sehr homogene Kraftverteilung sichergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung ausschließlich kraftschlüssig durch Reibschluss an den Flanschabschnitt gekuppelt, wobei die Vorspannung durch wenigstens einen Keilabschnitt oder durch wenigstens einen Keilkörper aufgebracht wird, welcher relativ zu wenigstens einem freien Schenkel der Vorspannkupplung verlagerbar innerhalb einer vom freien Schenkel umgrenzten Kavität angeordnet ist, so dass der freie Schenkel bei Relativbewegung elastisch vorgespannt wird. Dies liefert gute Eigenschaften hinsichtlich Robustheit und Flächenpressung und Toleranz bei schwankenden Betriebsbedingungen.
Ein jeweiliger Flächenpress-Abschnitt der Vorspannkupplung ist beispielsweise rechteckig. Dies liefert eine große Toleranz hinsichtlich etwaiger Fehlplatzierungen hinsichtlich der Dichtungsposition. Der Flächenpress-Abschnitt kann auch mittels einer ballige Auflageflächen und/oder mittels kleinerer Kontaktflächen mit jeweils spezifischer (konvexer) Geometrie die Flächenpressung weiter erhöhen, falls gewünscht. Die Flächenpress-Abschnitte von vier einzelnen Abschnitten für einen rechteckigen Zellflansch können die Dichtung bevorzugt unterbrechungsfrei belasten.
Wahlweise kann die Vorspannkupplung die gesamte Breite der Elektrolysezelle (insbesondere ca. 2.4m) überspannen oder aus mehreren kurzen Segmenten bestehen (insbesondere mit fertigungstechnischen Vorteilen). Gemäß einer Variante werden einige wenige Kupplungssegmente bereitgestellt, die optional formschlüssig miteinander verbunden werden. Dies kann auch eine hohe Betriebssicherheit liefern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung einstellbar durch eine translatorische Relativbewegung der Kupplungsteile oder wenigstens eines Keilkörpers relativ zu wenigstens einem der Kupplungsteile jeweils in radialer Richtung. Hierdurch kann die Montage und Justage auf sehr einfache Weise erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannkupplung in Reaktion auf eine Relativbewegung von Keilabschnitten oder Keilkörpern der Vorspannkupplung, und durch eine damit einhergehende elastische Aufspreizung, durch Haftreibung an den Flanschabschnitt kuppelbar. Dies erleichtert nicht zuletzt auch die Montage, insbesondere durch weitgehend freie Auswahl der Montageposition.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer kraftschlüssigen, insbesondere reibschlüssigen Vorspannkupplung zum eingriffslosen Abdichten einer Dichtung einer Elektrolysezelle, insbesondere Verwendung einer Vorspannkupplung in einer Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in radialer Montagerichtung an einem radial ausgerichteten Flanschabschnitt der Elektrolysezelle und in eingriffsloser lateraler Anordnung außen angrenzend und flächig aufliegend am Flanschabschnitt, insbesondere umgreifend an zwei Halbschalen der Elektrolysezelle. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Montieren oder Einstellen einer kraftschlüssigen, insbesondere reibschlüssigen Vorspannkupplung zum eingriffslosen Abdichten einer Dichtung einer Elektrolysezelle, insbesondere in einer Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkupplung in radialer Montagerichtung an einem radial ausgerichteten Flanschabschnitt der Elektrolysezelle und in eingriffsloser lateraler Anordnung außen angrenzend und flächig aufliegend am Flanschabschnitt an zwei Halbschalen der Elektrolysezelle die Dichtung umgreifend angeordnet wird und mittels wenigstens eines radial ausgerichteten oder radial verlagerbaren Spannmittels vorgespannt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform wird mittels des Spannmittels durch radiale Relativbewegung wenigstens ein Keilabschnitt oder Keilkörper der Vorspannkupplung lateral gegen den Flanschabschnitt gepresst oder die resultierende Lateralkraft dadurch justiert, insbesondere mittels des wenigstens einen Keilabschnittes oder Keilkörpers der Vorspannkupplung, wodurch eine Haftreibung erzeugt wird, insbesondere für ein Verspannen und Abdichten an der Schnittstelle zwischen der Vorspannkupplung und dem Flanschabschnitt ausschließlich durch Kraftschluss. Dies liefert zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform wird zum Einstellen einer Vorspannung oder einer am Flanschabschnitt aufgebrachten Reibkraft wenigstens ein Keilabschnitt oder Keilkörper der Vorspannkupplung in radialer Richtung relativ zu wenigstens einem der Kupplungsteile verlagert. Hierdurch kann auch eine recht sensible Justage erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform werden durch Eingriff des Spannmittels in eines/einen der Kupplungsteile wenigstens zwei Keilkörper der Vorspannkupplung in radialer Richtung relativ zu wenigstens einem der Kupplungsteile verlagert. Dies liefert auch eine symmetrische Kraftverteilung.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Elektrolysezelle mit wenigstens einer Vorspannkupplung in abdichtender Anordnung an einem durch zwei Halbschalen der Elektrolysezelle gebildeten Flanschabschnitt, wobei die abdichtende Anordnung hergestellt ist durch eingriffsloses Andrücken von Kupplungsteilen der Vorspannkupplung an den Flanschabschnitt durch ein Vorspannen wenigstens eines Keilabschnittes oder Keilkörpers der Vorspannkupplung in Abhängigkeit einer translatorischen Relativbewegung eines in die Kupplungsteile eingreifenden Spannmittels der Vorspannkupplung in radialer Richtung, wodurch eine Reibschlussverbindung an der Schnittstelle zwischen der Vorspannkupplung und dem Flanschabschnitt hergestellt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt

1A, 1B Varianten von Vorspannkupplungen gemäß dem Stand der Technik;
2A, 2B jeweils in schematischer Darstellung eine an einer Elektrolysezelle montierte Vorspannkupplung gemäß Ausführungsbeispielen;
3A, 4A jeweils in Draufsicht und in Seitenansicht eine Elektrolysezelle mit mehreren Montagepunkten für Vorspannkupplungen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3B, 3C jeweils in geschnittener Seitenansicht eine Vorspannkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
4B, 4C jeweils in geschnittener Seitenansicht eine Vorspannkupplung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
In 1A ist eine Elektrolysezelle 1 in der Art einer Einzelelementelektrolysezelle bzw. Single-Element-Elektrolysezelle gezeigt, mit einer ersten Halbschale 2 und einer zweiten Halbschale 3, welchen Halbschalen einen Flanschabschnitt 4 bilden, der mittels einer Vorspannkupplung 5 abgedichtet werden kann. Die Vorspannkupplung 5 umfasst ein erstes Kupplungsteil 5.1 und ein zweites Kupplungsteil 5.2, welche mittels einer in den Flanschabschnitt 4 eingreifenden und durch den Flanschabschnitt hindurch geführten Schraube 5.3 gegeneinander verspannt werden. Dadurch wird ein stirnseitiger Flächenpress-Abschnitt 5.4 in Wirkverbindung mit einer Dichtung 6 gebracht, welche weiter innen als die Schraube 5.3 angeordnet ist. Die Schraube 5.3 erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung x, entsprechend einer lateralen Wirkrichtung zum Abdichten der Dichtung 6. Der Flanschabschnitt 4 erstreckt sich in radialer Richtung r zumindest annähernd orthogonal dazu, wobei die radiale Richtung r je nach Ausrichtung de Flanschabschnittes die Querrichtung y und die Höhenrichtung z umfasst.
In 1B ist eine Abwandlung gezeigt, mit dem Schraubenkopf in versenkter Anordnung am zweiten Kupplungsteil 5.2, mit entsprechender Auswirkung auf die Elastizität der Kupplung.
Beide Kupplungsteile 5.1, 5.2 weisen eine Durchgangsbohrung oder zumindest ein Innengewinde auf, damit beide Kupplungsteile mittels der Schraube 5.3 vorgespannt werden können.
Die in den 1A, 1B gezeigte Art der Vorspannkupplung liefert stirnseitige übertragbare Druckkräfte. Die Flächenpressung wird durch die stirnseitige Geometrie und den stirnseitigen Flächeninhalt der Kupplungsteile definiert. Die Schraubverbindung erzeugt eine Zugkraft im Schaft der Schraube, welche zu einer korrespondierenden Druckkraft an der Dichtung führt. Die auf die Dichtung ausgeübte Flächenpressung wird durch die elastischen Eigenschaften des Schraubenschaftes bestimmt (actio = reactio). Die Dichtung wird zwischen den beiden Kupplungsteilen verspannt. Die Vorspannkupplung ist dreiteilig, bestehend aus den beiden aneinander gespannten Kupplungsteilen und der Schraube, ggf. mit einer zusätzlichen Mutter (Gegenlager für die Schraube).
Die Schraube ist durch den Flanschabschnitt hindurch geführt. Hierdurch ergibt sich eine Durchführung im Bereich der Dichtung, welche Durchführung ebenfalls einer Abdichtung bedarf.
In 2A ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lateraldruck-Vorspannkupplung 10 gezeigt, mit einem ersten Kupplungsteil 11 mit einem lateralen Flächenpress-Abschnitt 11.3 und einem freistehenden Schenkel 11.6, ferner mit einem zweiten Kupplungsteil 12 mit einem an einem freistehenden Schenkel 12.6 angeordneten Keilabschnitt 12.1 und einer Rampe 12.2 und einem lateralen, auf die Dichtung 6 wirkenden Flächenpress-Abschnitt 12.3, und mit einem Gegenlager in Form eines Innengewindes 12.4.
Zum Vorspannen der zwischen den radialen Ebenen E2, E3 der Halbschalen 2, 3 angeordneten Dichtung 6 dient ein Spannmittel zum Aufbringen von Zugkräften, insbesondere die dargestellte Schraube 13, wobei zwischen den Kupplungsteilen ein Keilkörper 14 positioniert ist, welcher mit dem ersten Kupplungsteil 11 eine Gleitpaarung bzw. ein axiales, translatorisches Gleitlager 16 bildet. Am entsprechenden Keilabschnitt 14.1 bzw. an der entsprechenden Rampe 14.2 sowie am korrespondierenden Abschnitt 12.1 des zweiten Kupplungsteils 12 sind eine erste und zweite Gleitoberfläche 16.1, 16.2 ausgebildet, welche gemäß einer Variante geometrisch mit den Keilabschnitten oder mit der Rampe übereinstimmen können, aber nicht notwendigerweise übereinstimmen müssen. Insbesondere können die Gleitoberflächen auch hervorgehoben oder z.B. durch Stege abgegrenzt sein.
Das erste Kupplungsteil 11 bildet eine Kavität 17 zur Aufnahme und Anordnung wenigstens eines der Keilkörper und wahlweise auch des zweiten Kupplungsteils. Die Vorspannkupplung definiert einen in der Dicke x mittels des Keilkörpers 14 einstellbaren Spalt 19 zum umgreifenden Einspannen der Dichtung 6.
In Reaktion auf eine vom Spannmittel aufgebrachte Vorspannkraft/Zugkraft F13 bildet sich eine radiale Zugkraftbrücke FPr aus, welche eine gleitende Verlagerung des Keilkörpers 14 bewirkt, mit der Folge, dass sich über dem Spalt 19 eine laterale Druckkraftbrücke FPx ausgebildet, mit der resultierenden Kraft oder Flächenpressung F6 an der Dichtung 6. Durch die C- oder G-förmige Geometrie des Kupplungsteils 11 kann ein über den Spalt 19 geleiteter kreisförmiger Kraftflusspfad definiert werden. Die Längsachse r13 des Spannmittels (Schraube) 13 ist dabei in radialer Richtung r ausgerichtet.
Bei der Anordnung gemäß 2A erfolgt bei einer vom Spannmittel ausgeübten Zugkraft eine Relativbewegung zwischen den Kupplungsteilen, mit einer Aufweitung des freistehenden Schenkels 12.6 (Keilabschnitt bzw. Klemmleiste). Das Verspannen bzw. Kuppeln kann daher als eine Kombination aus Translation und unilateraler Spreizung in Richtung der Dichtung beschrieben werden. Die Vorspannkupplung ist eine translatorisch einstellbare Spreizkupplung bzw. translatorisch spreizende Kupplung.
In 2B ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lateraldruck-Vorspannkupplung 100 gezeigt, im Wesentlichen mit den folgenden Unterschieden: der erste Kupplungsteil 11 weist einen Keilabschnitt 11.1 und eine Rampe 11.2 auf; das zweite Kupplungsteil 12 dient zur Lagerung eines Formschlusselementes 18 mit einem Anschlag bzw. Absatz 18.1, an welchem zwei Keilkörper 14, 15 gelagert sind; der weitere Keilkörper 15 ist asymmetrisch zum ersten Keilkörper 14 angeordnet bzw. ausgebildet; der jeweilige Keilkörper 14, 15 weist einen lateralen Flächenpress-Abschnitt 14.3 auf, liegt also direkt am Flanschabschnitt 4 auf; an der Gleitpaarung 16, insbesondere am die Dichtung 6 überlappenden freien Schenkel 11.6, ist ein lateraler Flächenpress-Abschnitt 16.3 ausgebildet.
Die Dichtung 6 ist in den 2A, 2B jeweils nur schematisch dargestellt. Auf die Darstellung einer zwischen den Halbschalen angeordneten Membran wurde hier aus Gründen besserer Sichtbarkeit der Dichtung 6 verzichtet.
Bei der Anordnung gemäß 2B erfolgt bei einer vom Spannmittel ausgeübten Zugkraft eine Relativbewegung zwischen den Kupplungsteilen, indem der/das erste Kupplungsteil 11 außen über den/das zweite/n Kupplungsteil 12 und die Keilkörper 14, 15 gezogen wird. Der oder die freistehenden Schenkel 11.6 des ersten Kupplungsteils 11 werden dabei im elastischen Bereich nach außen vorgespannt. Das Verspannen bzw. Kuppeln kann daher als eine Kombination aus Translation und bilateraler Spreizung radial nach außen beschrieben werden. Die Vorspannkupplung ist eine translatorisch einstellbare Spreizkupplung bzw. eine translatorisch spreizende Kupplung.
Die in den 2A, 2B gezeigte Art der Vorspannkupplung liefert in lateraler Richtung auf die Dichtfläche übertragbare Druckkräfte. Die Vorspannkupplung ist in radialer Richtung versetzt den Flanschabschnitt umgreifend angeordnet und kann auch in radialer Richtung (von oben, von unten) auf den Flanschabschnitt aufgesetzt bzw. montiert werden. Eine vom jeweiligen Spannmittel aufgebrachte Vorspannkraft wird dabei zumindest annähernd in einer Richtung übertragen, in welcher sich der Flanschabschnitt erstreckt, also auch in radialer Richtung zumindest annähernd orthogonal zur jeweiligen Stirnseite des Flanschabschnittes. Die Flächenpressung wird zwar einerseits durch (aus der Schraubenverbindung resultierende) Druckkräfte zwischen den Kupplungsteilen definiert, diese insbesondere in radialer Richtung ausgerichtete Druckkräfte bewirken jedoch eine mehr oder weniger orthogonal dazu ausgerichtete Lateralkraft auf die Dichtung. Somit weist diese Vorspannkupplung einen Kraftflusspfad mit lateraler Umlenkung auf, insbesondere zumindest annähernd um 90°.
Die Dichtung wird zwischen Keilkörpern oder zwischen einem Keilkörper und einem Kupplungsteil oder zwischen den Kupplungsteilen mittels eines Keilkörpers verspannt, welcher Keilkörper gleitend relativ zu wenigstens einem Kupplungsteil gelagert ist. Über die gleitende translatorische Relativbewegung bzw. -position wird die Flächenpressung definiert. Durch den nur noch mittelbaren Zusammenhang zwischen der erzeugten, resultierenden Flächenpressung und den mittels der Schraubverbindung ausgeübten Zugkräften wird ein gutmütiges Verhalten und ein gewisser Toleranzbereich der Vorspannkupplung sichergestellt. Die erzeugte Flächenpressung kann etwas entkoppelt werden von den elastischen Eigenschaften des Spannmittels. Insbesondere kann eine Elastizität auch durch wenigstens einen freistehenden Schenkel geliefert werden. Die gleitende Keilverbindung kann also eine zusätzliche dämpfende Funktion ausüben, was nicht nur Vorteile hinsichtlich der Elastizität liefert, sondern auch die Sensibilität der Justage oder die Feinheit der Stellbewegung steigern kann. Dies ermöglicht, die Dichtfunktion besser zu optimieren, oder auch nachzujustieren, z.B. gemäß vordefinierten Wartungsintervallen oder bei/nach Temperaturschwankungen. Zudem kann der Schaft der Schraube eine vergleichsweise große Länge aufweisen, ohne Nachteile bzgl. Bauraum und Platzbedarf.
Die in den 2A, 2B gezeigte Vorspannkupplung ist mindestens vier- oder fünfteilig, bestehend aus den beiden Kupplungsteilen und der Schraube sowie aus wenigstens einem Keilkörper (gemäß 2B sind zwei spiegelsymmetrisch angeordnete bzw. ausgebildete Keilkörper vorgesehen), ggf. mit einer zusätzlichen Mutter (Gegenlager für die Schraube).
Die in 2A gezeigte Variante kann dahingehend abgeändert werden, dass der einzelne Keilkörper durch den/das nicht keilförmige/n Kupplungsteil bereitgestellt wird. Anders ausgedrückt: Der Keilkörper kann ersetzt werden durch eine am Kupplungsteil ausgebildete Rampe (integrierter Keilabschnitt), mit einer Steigung korrespondierend zur Steigung des keilförmigen anderen Kupplungsteils.
Die am Flanschabschnitt anliegenden Teile, also die beiden Kupplungsteile oder die beiden Keilkörper, weisen an den entsprechenden Flächenpress-Abschnitten keine Durchgangsbohrungen auf, sondern sind als integrale Oberfläche, insbesondere vollständig eben, plan und ohne Unterbrechung, Aussparung oder Ausnehmung ausgebildet, so dass eine Druckkraft homogen-flächig über den gesamten jeweiligen Flächenpress-Abschnitt übertragbar ist. Hierdurch können Öffnungen, Kanten, Grate oder Einschneidungen vermieden werden. Die Dichtwirkung wird optimiert.
Die 3A, 4A zeigt jeweils in zwei Ansichten eine Einzelelementelektrolysezelle 1, an welcher die Vorspannkupplungen auf einer langen Flanschseite montiert sind.
Die 3B, 3C zeigen das zweite Ausführungsbeispiel 100 in vereinfachter Darstellung gemäß den Schnitten A-A und B-B, ohne Spannmittel, in montierter Anordnung. Beim Verspannen wird der/das erste Kupplungsteil 11 relativ zu den Keilkörpern 14, 15 translatorisch verlagert, so dass die freistehenden Schenkel 11.6 auf die Keilkörper 14, 15 gedrückt werden. Bei dieser Variante ist das jeweilige Spannmittel fluchtend in der Ebene des Flanschabschnittes angeordnet. Dabei können die Kräfte auf sehr symmetrische Weise übertragen werden, und das verwendete Material kann effizient und effektiv genutzt werden, was zu einer sehr kompakten Bauform führen kann. Bezüglich der weiteren in 3B, 3C gezeigten Komponenten wird auf die vorhergehenden Figuren verwiesen.
Die 4B, 4C zeigen das erste Ausführungsbeispiel 10 in vereinfachter Darstellung gemäß den Schnitten A-A und B-B, ohne Spannmittel, in montierter Anordnung. Beim Verspannen wird der Keilkörper 14 relativ zum freistehenden Schenkel 12.6 translatorisch verlagert, so dass der freistehende Schenkel auf den Flanschabschnitt gedrückt wird. Bei dieser Variante ist das Spannmittel lateral versetzt neben der Ebene des Flanschabschnittes angeordnet, insbesondere parallel dazu. Bezüglich der weiteren in 4B, 4C gezeigten Komponenten wird auf die vorhergehenden Figuren verwiesen.
Bei beiden Ausführungsbeispielen kann das jeweilige Spannmittel vergleichsweise schlank ausgeführt sein. Bei beiden Ausführungsbeispielen kann die Montage aus radialer Richtung erfolgen. Die Spannmittel bzw. Schrauben sind radial zugänglich. Eine Kontermutter ist nicht erforderlich.
Bei der symmetrischen Ausführung gemäß den 3B, 3C wird die Schraube in Richtung der Schraub-Achse r13 belastet. Bei der Ausführung gemäß 4B, 4C ist für die Schraube eine seitlich versetzte Ausfräsung bzw. Aussparung vorgesehen. Durch möglichst lange Ausgestaltung der Schraube kann ein Biegemoment minimiert werden, insbesondere in Verbindung mit einer Unterlegscheibe mit geringem Reibwert bzw. Reibbeiwert.
Bezugszeichenliste

1: Elektrolysezelle, insbesondere Einzelelementelektrolysezelle bzw. Single-Element-Elektrolysezelle
2: erste Halbschale
3: zweite Halbschale
4: Flanschabschnitt, insbesondere integral an Halbschale
5: Vorspannkupplung
5.1: erstes Kupplungsteil
5.2: zweites Kupplungsteil
5.3: Schraube
5.4: stirnseitiger Flächenpress-Abschnitt in Wirkverbindung mit Dichtung
6: Dichtung
10;: 100Lateraldruck-Vorspannkupplung
11: erster/erstes Kupplungsteil
11.1: Keilabschnitt
11.2: Rampe
11.3: lateraler Flächenpress-Abschnitt in Wirkverbindung mit Dichtung
11.6: freistehender Schenkel
12: zweiter/zweites Kupplungsteil
12.1: Keilabschnitt, insbesondere konischer Mantel
12.2: Rampe
12.3: lateraler Flächenpress-Abschnitt in Wirkverbindung mit Dichtung
12.4: Gegenlager, insbesondere Innengewinde
12.6: freistehender Schenkel
13: Spannmittel, insbesondere für Zugkräfte, insbesondere Schraube
14: Keilkörper
14.1: Keilabschnitt
14.2: Rampe
14.3: lateraler Flächenpress-Abschnitt in Wirkverbindung mit Dichtung
15: weiterer Keilkörper
16: Gleitpaarung bzw. axiales, translatorisches Gleitlager
16.1: erste Gleitoberfläche
16.2: zweite Gleitoberfläche
16.3: lateraler Flächenpress-Abschnitt in Wirkverbindung mit Dichtung
17: Kavität zur Aufnahme und Anordnung wenigstens eines Keilkörpers und wahlweise auch des zweiten Kupplungsteils
18: Formschlusselement
18.1: Anschlag bzw. Absatz
19: Spalt
E2, E3: radiale Ebene der Halbschale
F6: resultierende Kraft oder Flächenpressung an der Dichtung
F13: vom Spannmittel aufgebrachte Vorspannkraft
FPr: radiale Zugkraftbrücke
FPx: laterale Druckkraftbrücke
r13: Längsachse des Spannmittels
r: radiale Richtung (quer und hoch)
x: Längsrichtung, insbesondere laterale Wirkrichtung
y: Querrichtung bzw. radiale Richtung
z: Höhenrichtung bzw. radiale Richtung

Claims

Elektrolysezelle (1) mit zwei einander abdichtenden Halbschalen (2, 3), mit wenigstens einer an einem sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt (4) der Halbschalen abdichtend montierbaren Vorspannkupplung (5; 10; 100) und einer damit funktionsfähig vorspannbaren Dichtung (6), wobei die Vorspannkupplung ein erstes und zweites Kupplungsteil (5.1, 5.2; 11, 12) und wenigstens ein Spannmittel (5.3; 15) zum Vorspannen der Kupplungsteile in lateraler abdichtender Wirkrichtung aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (13) zum Vorspannen der Kupplungsteile (11, 12) fluchtend mit dem oder lateral versetzt zum sich radial erstreckenden Flanschabschnitt (4) an der Vorspannkupplung (10; 100) oder mittels der Vorspannkupplung angeordnet ist.
Elektrolysezelle nach Anspruch 1, wobei die Vorspannkupplung (10; 100) zum eingriffslosen Abdichten in einer den Flanschabschnitt (4) umgreifenden Anordnung eingerichtet ist; und/oder wobei die Vorspannkupplung eingerichtet ist, die Dichtung (6) eingriffslos vorzuspannen; und/oder wobei die Vorspannkupplung einen in lateraler Richtung breitenvariablen Spalt (19) zur kraftschlüssigen, insbesondere reibschlüssigen Aufnahme des Flanschabschnittes aufweist oder den Spalt in kraftschlüssiger, insbesondere reibschlüssiger, montierter Anordnung definiert.
Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Spannmittel (13) in radialer Richtung (r) zumindest annähernd orthogonal zur lateralen abdichtenden Wirkrichtung (x) ausgerichtet ist; und/oder wobei das Spannmittel durch eine Stellbewegung in radialer Richtung (r) zumindest annähernd orthogonal zur lateralen abdichtenden Wirkrichtung montierbar oder demontierbar oder vorspannbar ist; und/oder wobei die Vorspannkupplung eingerichtet ist zum Bilden einer lateralen Druckkraftbrücke (FPx) über der Dichtung (6) durch eine zwischen den Kupplungsteilen (11, 12) in einer gegenüber der Druckkraftbrücke versetzten oder verschwenkten Ebene oder Richtung aufgebrachten Vorspannkraft (F13) oder Zugkraftbrücke (FPr), insbesondere mit der Druckkraftbrücke, verschwenkt um 90° gegenüber einer radialen Zugkraftbrücke; und/oder wobei die Vorspannkupplung eingerichtet ist zum Bilden eines über die Kupplungsteile (11, 12) und die Halbschalen (2, 3) und das Spannmittel (13) geleiteten Kraftflusspfades mit einem Verlauf mit wenigstens zwei Richtungsabschnitten, insbesondere mit kreisförmigem Verlauf, insbesondere mit einem ersten, radialen Richtungsabschnitt über das Spannmittel und einem zweiten demgegenüber winkelig, insbesondere 90° verdreht ausgerichteten, lateralen Richtungsabschnitt über die Halbschalen.
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkupplung wenigstens einen Keilabschnitt (11.1, 12.1, 14.1) oder Keilkörper (14, 15) aufweist, insbesondere einen Keilabschnitt oder Keilkörper, welcher mit einem der Kupplungsteile eine Gleitpaarung (16) bildet, insbesondere an einer Rampe (11.2, 12.2, 14.2) des Keilabschnitts oder Keilkörpers; und/oder wobei die Vorspannkupplung eingerichtet ist zum Ausüben einer Druckkraft auf die Dichtung eingestellt durch eine mittels Zugkraft generierte elastische Aufweitung oder Spreizung, insbesondere eingestellt durch die elastische Spreizung wenigstens eines freistehenden Schenkels (11.6, 12.6) der Vorspannkupplung; und/oder wobei die Vorspannkupplung einen Keilkörper (14) mit einer Rampe (14.2) umfasst, welcher an einem Keilabschnitt (12.1) eines der Kupplungsteile (12) gleitend gelagert ist; und/oder wobei die Vorspannkupplung zwei Keilkörper (14, 15) jeweils mit einer Rampe (14.2) umfasst, welche an einem Keilabschnitt (11.1) eines der Kupplungsteile (11) gleitend gelagert sind.
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannmittel (13) zumindest annähernd parallel zu einer von einer der Halbschalen oder dem Flanschabschnitt aufgespannten radialen Ebene (E2, E3) ausgerichtet ist; und/oder wobei eine vom Spannmittel aufgebrachte Vorspannkraft zumindest annähernd parallel zur radialen Halbschalen-Ebene (E2, E3) ausgerichtet ist; und/oder wobei eine Längsachse (r13) des Spannmittels (13) zumindest annähernd in einer vom Flanschabschnitt aufgespannten radialen Ebene (E2, E3) oder zumindest annähernd parallel dazu ausgerichtet ist; und/oder wobei eine Längsachse des jeweiligen Spannmittels fluchtend in einer radialen Ebene des Flanschabschnittes der aneinander anliegenden Halbschalen angeordnet ist.
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkupplung den Flanschabschnitt (4) umgreifend; angeordnet ist und/oder wobei die Vorspannkupplung abdichtend ist durch ringförmigen und über einen eingriffslosen Spalt (19) zwischen den Kupplungsteilen verlaufenden Kraftfluss; und/oder wobei die Vorspannkupplung wenigstens einen freistehenden Schenkel (11.6, 12.6) eingerichtet zur den Flanschabschnitt umgreifenden Anordnung umfasst.
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Kupplungsteile, insbesondere das erste Kupplungsteil (11) im Querschnitt U- oder C- oder G-förmig ist, insbesondere mit wenigstens einem freistehenden Schenkel (11.6); und/oder wobei eines der Kupplungsteile, insbesondere das zweite Kupplungsteil (12) einen freistehenden Schenkel (12.6) mit einer Gleitoberfläche (16.2) und/oder mit einem lateralen Flächenpress-Abschnitt (12.3) aufweist, welcher Schenkel relativ zu wenigstens einem Keilabschnitt (11.1, 12.1, 14.1) oder Keilkörper (14, 15) der Vorspannkupplung positionierbar ist.
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkupplung eingerichtet ist zum Bilden einer lateralen Druckkraftbrücke (FPx) über dem Flanschabschnitt in Abhängigkeit einer radialen translatorisch-gleitenden Relativbewegung vorgegeben durch das Spannmittel (13).
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lateral abdichtende Vorspannkupplung beidseitig des Flanschabschnittes flächig außen angreifend, mit gegenüberliegenden flächig-integral auf die Dichtung wirkenden, insbesondere vollständig ebenen, Flächenpress-Abschnitten (11.3, 12.3, 14.3) ohne Aussparungen oder Löcher oder Absätze ist; und/der wobei die Vorspannkupplung ausschließlich kraftschlüssig durch Reibschluss an den Flanschabschnitt gekuppelt ist, wobei die Vorspannung durch wenigstens einen Keilabschnitt (11.1, 12.1, 14.1) oder durch wenigstens einen Keilkörper (14, 15) aufgebracht wird, welcher relativ zu wenigstens einem freien Schenkel (11.6, 12.6) der Vorspannkupplung verlagerbar innerhalb einer vom freien Schenkel umgrenzten Kavität (17) angeordnet ist, so dass der freie Schenkel bei Relativbewegung elastisch vorgespannt wird.
Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannkupplung einstellbar ist durch eine translatorische Relativbewegung der Kupplungsteile oder wenigstens eines Keilkörpers (14, 15) relativ zu wenigstens einem der Kupplungsteile jeweils in radialer Richtung; und/oder wobei die Vorspannkupplung in Reaktion auf eine Relativbewegung von Keilabschnitten (11.1, 12.1, 14.1) oder Keilkörpern (14, 15), und durch eine damit einhergehende elastische Aufspreizung, durch Haftreibung an den Flanschabschnitt kuppelbar ist.
Verwendung einer kraftschlüssigen Vorspannkupplung (10; 100) zum eingriffslosen Abdichten einer Dichtung (6) einer Elektrolysezelle (1), in radialer Montagerichtung (r) an einem radial ausgerichteten Flanschabschnitt (4) der Elektrolysezelle und in eingriffsloser lateraler Anordnung außen angrenzend und flächig aufliegend am Flanschabschnitt.
Verfahren zum Montieren oder Einstellen einer kraftschlüssigen Vorspannkupplung (10; 100) zum eingriffslosen Abdichten einer Dichtung (6) einer Elektrolysezelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkupplung in radialer Montagerichtung (r) an einem radial ausgerichteten Flanschabschnitt (4) der Elektrolysezelle und in eingriffsloser lateraler Anordnung außen angrenzend und flächig aufliegend am Flanschabschnitt an zwei Halbschalen (2, 3) der Elektrolysezelle die Dichtung (6) umgreifend angeordnet wird und mittels wenigstens eines radial ausgerichteten oder radial verlagerbaren Spannmittels (13) vorgespannt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei mittels des Spannmittels durch radiale Relativbewegung wenigstens ein Keilabschnitt (11.1, 12.1, 14.1) oder Keilkörper (14, 15) der Vorspannkupplung (10; 100) lateral gegen den Flanschabschnitt gepresst wird oder die resultierende Lateralkraft dadurch justiert wird, insbesondere mittels des wenigstens einen Keilabschnittes oder Keilkörpers, wodurch eine Haftreibung erzeugt wird, insbesondere für ein Verspannen und Abdichten an der Schnittstelle zwischen der Vorspannkupplung und dem Flanschabschnitt ausschließlich durch Kraftschluss.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei zum Einstellen einer Vorspannung oder einer am Flanschabschnitt (4) aufgebrachten Reibkraft wenigstens ein Keilabschnitt (11.1, 12.1, 14.1) oder Keilkörper (14, 15) der Vorspannkupplung (10; 100) in radialer Richtung relativ zu wenigstens einem der Kupplungsteile (11, 12) verlagert wird; und/oder wobei durch Eingriff des Spannmittels in eines/einen der Kupplungsteile wenigstens zwei Keilkörper (14, 15) der Vorspannkupplung in radialer Richtung relativ zu wenigstens einem der Kupplungsteile (11) verlagert werden.