DE1533451A1

DE1533451A1 - Anodenhaltevorrichtung bei elektrolytischen Reduktionsbaedern

Info

Publication number: DE1533451A1
Application number: DE19661533451
Authority: DE
Inventors: Peterson John Richard; Cummings Errol Wilbur
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1965-08-09
Filing date: 1966-08-03
Publication date: 1970-01-08
Also published as: US3404081A; GB1147392A; NO118163B

Description

Dipl.-ing. WILFRID RAECK

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

2, August 1966 - K 36 -

Kaiser Aluminum & Chemical Corporation 300 Lakeside Drive, Oakland, California

Anodenhaltevorrichtung bei elektrolytischen Reduktionsbadern

Die Erfindung betrifft elektrolytische Bader, bei denen die Elektroden an besonderen Schienen oder Stäben aus leitendem Material gehalten werden« Im besonderen handelt es sich bei der Erfindung um eine neue Vorrichtung, mit der gesinterte Anoden in den elektrolytischen, zur Reduktion Aluminium enthaltender Verbindungen, z, B. Tonerde, dienende»Bädern aufgehängt werden.

Bei einem elektrolytischen Bad, wie es in der Aluminiumindustrie verwendet wird, sind mehrere Anoden einzeln an Stäben oder Schienen aus Metall, z_# B. aus Kupfer oder Aluminium, aufgehängt« Der Reihe nach hängen sie mn

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Stromleitern oder Anoden-Sammelschienen, die oberhalb der Wanne des Elektrolysen-Gefäßes horizontal verlaufen. Bei ständiger Benutzung des Elektrolysen-Bades verbrauchen sich die unteren Teile der Anoden bzw, sie brennen ab, so daß die Anoden heruntergelassen werden müssen, damit ihr unterer Teil im Elektrolyten wieder in die richtige Stellung kommt. Dazu ist ein Verstellmechanismus erforderlich, mit dem die haltenden Stromleiter heruntergelassen oder angehoben werden. Um nicht alle Anoden auf einmal versetzen oder ersetzen zu müssen, sind sie in ihrer vertikalen Anordnung ^ gestaffelt, so daß immer nur eine oder zwei zu einer bestimmten Zeit ersetzt werden müssen.

Bei einer solchen Staffelung ist es erforderlich, die Anoden in einer gegenüber dem Elektrolyten bestimmten Lage beibehalten zu können, wenn die tragenden Stromleiter nach Erreichen ihrer niedrigsten Stellung wieder in ihre höchste Stellung gehoben werden. Nachdem diese Leiten die höchste Stellung erreicht haben, können die Anoden durch Herunterlassen der Leiter weiter heruntergelassen werden. Demgemäß sind oberhalb und parallel zu den haltenden Strom-W leitern geeignete Gestelle oder Hilfsanodensammelschienen vorgesehen. Diese metallenen Anodenschienen sind genügend lang, so daß ihre Enden bis zu einer Stellung oberhalb der Gestelle reichen, wenn sich die Elektrode in ihrem tiefsten Punkt befindet. Wenn so die tragenden Stromleiter ihre niedrigste Stellung erreicht haben, können die Schienen an den Gestellen festgemacht werden, um sie in der Stellung festzuhalten« Darauf können dann die Schienen von den tragen· den Stromleitern gelöst werden, und die letzteren werden in die höchste

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Stellung gebracht. Die Schienen werden dann wieder an den Stromleitern befestigt und von dem Gestell gelöst. Durch das Herunterlassen der tragenden Stromleiter können dann auch die Schienen und Elektroden gesenkt werden.

Wenn eine Anode soweit aufgebraucht ist, daß sie ersetzt werden muß, so geschieht dies mittels einer Hebevorrichtung, z.B. mit einem Kran, Zur Erleichterung des Anhebens ist am oberen Ende der metallenen Stromleitung eine öffnung angebracht, damit ein Haken des Kranes anfassen kann. Entsprechend müssen die metallenen Leitschienen lang genug sein, um an die Gestelle heranzureichen, und sie müssen auch etwas nach unten reichen, damit der Kranhaken in die Öffnung fassen kann«

Zusätzlich zu diesen ziemlich schwierigen Arbeitsvorgängen hat dieses System auch noch andere Nachteile beim Heben oder Senken der Anoden. So wird bei der erwähnten früheren Arbeitsweise der Stromleiter vertikal an einer senkrechten Fläche der Anodensammelschiene angebracht, und in dieser Lage wird durch eine horizontal wirkende Klammervorrichtung ein Druck ausgeübt, damit eir guter elektrischer Kontakt zwischen dem Stromleiter und der Anodensammelschiene hergestellt wird. Dieses Verfahren bringt es mit sich, daß zwischen den Kontaktobe rf lichen ein Lichtbogen entsteht, wenn eine verbrauchte Anodenanordnung zurückgezogen und eine neue eingestellt wird. Außerdem entsteht ein solcher Lichtbogen zwischen den Kontaktflächen immer dann, wenn eine Anode hochgehoben werden muli, um die richtige Stromverteilung aufrechtzuerhalten. Eine Einstellung erfordert jeweils ein Nachlassen der Klammer, um

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den Stromleiter gegenüber der Lage der Anodensammelschiene auf·» oder he runter zuschieben, und dann muß die Klammer wieder angezogen werden, um einen festen Kontakt zu haben,

Diesen Nachteilen gegenüber bringt die vorliegende Erfindung eine neue Anordnung, mit der jede Anode einer Gruppe von Reduktionsbädern vertikal eingerichtet werden kann, ohne daü die Lage anderer Anodengruppen in dem Bad gegenüber der Anodensammelschiene verändert oder die elektrische Verbindung zwischen ihnen unterbrochen wird. Beim Ersatz von Kohleanode η wird der Stromflull von der Anode zum Elektrolyten an dessen Oberfläche unterbrochen, so daß dadurch zwischen der metallenen Leitungs schiene und der Anodensam·· melschiene kein Lichtbogen entstehen kann. Dieser Vorteil der neuen Anordnung gemäß der Erfindung wird dann außerordentlich wichtig, wenn der Stromfluß über jede Anode mehr als 2U00 Arnp. beträgt.

Es ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß für das leichte Einstellen und Halten der Anodenanordnung vor dem Festklemmen an der Stromzuführungeschiene ein bequemer Zugang vorhanden ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der neuen Einrichtung sind folgendes

1, Jede verbrauchte Anode kann ersetzt werden, ohne daß in dem Bade die Verbindung, die Anschlüsse oder Einstellungen der anderen Anoden beeinträchtigt werden,

2. Gegenüber der oben erwähnten früheren Anordnung ist keine Hilfsanodensammelschiene erforderlich, um alle Anoden in ihrer festen Stellung zu halten, während die Anodensammelschiene in ihre oberste Lage zurückgestellt wird,

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3. Der Anschluß der Anodeneinrichtung an die Anodensammelechiene kann durchgeführt werden, ohne daß eine Klemmvorrichtung horizontal bewegt oder insgesamt entfernt werden muß, um die Anodenvorrichtung an der Sammelschiene zu befestigen,

4, Die ganze Anodenhalterung bringt eine größere Kontaktoberfläche bei einer bestimmten Länge des Anodenhalters unter erheblicher Verminderung des Energieverlustes über diese Verbindung, Diese letztere vorteilhafte Eigenschaft ist besonders wichtig, wenn sich der Stromfluß zu jeder Anode auf über 2ü0ü Amp. erhöht.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erläutert durch die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen,

Das elektrolytische Bad gemäß der Erfindung ist in bekannter Weise mit einer Kohle-Auskleidung versehen, in deren Vertiefung sich der Elektrolyt befindet, in den eine gesinterte Anode hineinragt. Ein biegsamer Stromleiter führt zu einer Anodensammelechiene und befindet sich oberhalb der Vertiefung des Bades in Verbindung mit einem länglichen elektrischen Anschlußstück, an dem der biegsame Stromleiter befestigt und der oberhalb der Vertiefung so angeordnet ist, daß seine Mittellinie in einer etwa horizontalen Ebene liegt. Oberhalb der Vertiefung des Bad-Gefäßes sind ferner Gleitstücke vorgesehen, welche Ansätze des von der Anodensammelschiene abgesetzten Anschlußstückes aufnehmen, die verschiebbar längs einer vertikalen Ebene eingestellt werden können« Die gesinterte Anode ist am unteren Ende eines Stromleiters befestigt, deseen oberer

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Teil mit dem Anschlußstück einen elektrischen Kontakt herstellt. Die Zuführungeechiene und das elektrische Anschlußstück werden unter senkrechtem Druck in Kontakt gehalten.

Die Zeichnungen erläutern Ausführungsbeispiele der Erfindung für Aluminium-Reduktionebäder. Bei den einzelnen Darstellungen sind der Klarheit halber jeweils einige Teile weggelassen.

Figur 1 zeigt ein das Grundprinzip der Erfindung darstellendes Aluminium-Reduktionsbad, zum Teil im Querschnitt,

Figur 2 ist die Ansicht einer Ausführungsform der Anoden-Haltevorrichtung gemäß der Erfindung,

Figur 3 die entsprechende Seitenansicht.

Figur 4 ist die Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels für die Haltevorrichtung.

Figur 5 zeigt die Seitenansicht des Beispiels nach Figur 4.

Figur 6 ist die Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Haltevorrichtung,

Figur 7 lÄßt die Vorrichtung gemäß Figur 6 von der Seite erkennen.

Figur 8 iet eine Vorderansicht einer noch anderen Ausführungsform der Haltevorrichtung entsprechend der Erfindung, und

Figur 9 zeigt das Ausführungebeispiel der Figur 8 von der Seite,

Entsprechende Teile in den einzelnen Figuren sind mit den gleichen Bezugs zeichen versehen. Das Aluminium-Reduktionsbad 10 gemäß Figur 1 hat eine Kohleauskleidung 12 mit einer Vertiefung 14, die ein Polster 13 aus geschmolzenem

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Aluminium enthalt und einen Elektrolyten 17, der im wesentlichen aus in Kryolith gelöster Tonerde besteht« Die Kohleaue kleidung 12 wird in einem Gehftuse 11 aus Stahl oder anderem geeigneten Material gehalten, und zwischen der Kohle 12 und dem Gefftß 11 ist eine Isolierschicht 15 vorgesehen. In dem Bad sind mehrere gesinterte Kohleanoden 16 an.metallene Stromleitschienen 18 aufgehängt. Deren Befestigung steigt Figur 1, wo an den Anoden angebrachte Flußstahl-Stutzen 19 an den Schienen 18 mittels Bolzen 20 und Muttern 21 gehalten sind. Die Befestigung der Schienen 18 an den Anoden 16 kann auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise kann der obere Teil der Anode 16 mit einer Vertiefung versehen sein, die wesentlich breiter ist als der Querschnitt der Stromleitechiene 18, Werden die unteren Enden der in diese Löcher gelegten Schienen 18 eingeführt und mit geschmolzenem Gußeisen umgössen, so halten sie nach Erhärten die Anode fest.

Durch eine Anodensammelschiene 22 wird der Strom in das Bad 10 über biegsame Leiter 23 xu dem länglichen elektrischen Anschlußstück 24 geleitet. Samtliche Leiter und Schienen sind aus elektrisch gut leitendem Material hergestellt, s, B, Aluminium, Von den Anoden 16 geht der Strom durch den Elektrolyten 17 und fiber das geschmolzene Aluminium-Polster 13 zu der Kohleaue kleidung 12 und dann durch darin angebrachte Sammelschienen 25 über die biegsamen Leitungen 42 zur Kathoden-Sammelleitung 43,

Gleitstücke 26 oberhalb des eigentlichen Bades 14 sind längs einer vertikalen

nehmen Ebene verschiebbar einstellbar und/Ans&tze des von der A node ns amme Is chiene

abgesetzten Anschlußstückes 24 auf. Die Gleitstücke werden von mechanischen

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Hebevorrichtungen 27 bewegt, die ihren Antrieb 28 z.B. von einem Luftmotor erhalten, Schutzhüllen 29 über den Schraubenwindungen der Hebevorrichtungen schützen diese gegen den Staub der Tonerde,

Der obere Teil der Zuführungs schiene 18 ist mit dem Anschlußstück 24 in leitendem Kontakt, z, B. durch eine einen senkrechten Druck ausführende Zwinge In vielen Fällen ist jedoch die Anwendung einer solchen Zwinge nicht notwendig, da das Gewicht des aus Zuführungs schiene 18 und Anode 16 bestehenden Aggregats einen genügend kräftigen senkrechten Zug ausübt, um den elektrischen Kontakt zwischen der Zuführungs schiene 18 und dem A ns chluße tück 24 zu sichern. Obwohl die Zuführungs schiene 18 in Figur 1 um 90 verdreht dargestellt ist, um mit einer größeren Fläche an dem Anschluss tück 24 zu liegen, so ist diese Verdrehung nicht unbedingt notwendig. Wenn die Zuführungs schiene 18 genügend dick ausgebildet ist, kann auf das Verdrehen verzichtet werden, weil dann genügender Stromfluß durch die vergrößerte Kontaktfläche sichergestellt ist,

Einzelheiten der Haltevorrichtungen zeigen die Figuren 2 bis 9, in denen gleiche Bezugszeichen für die entsprechenden Teile verwendet sind.

Aus dem Ausführungebeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 ist zu ersehen, daß die Gleitstücke 26 aus einer Gleitplatte 31 bestehen, die längs einer vertikalen Ebene und parallelen Leitschienen 32 verschiebbar und einstellbar ist.

Diese Schienen 32 sind am nicht dargestellten Oberbau des Reduktionsofens ζ. Β, durch Schweißen befestigt. Sie können beispielsweise aus I-förmigen Stahlträgern

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bestehen. Jede senkrechte Seitenfläche der Gleitplatte 31 läuft in der von den Schenkeln des I-Trägers gebildeten Bahn, Die Platte 31 sitzt unten an der auf einem Träger 44 gehaltenen Hebevorrichtung ti und ist an dieser z, B. durch einen Gabelkopf und Stift 33 befestigt.

Das Ende des mit der Anoden-Sammelschiene 22 verbundenen Anschlußstückes hat zwei sich horizontal erstreckende Ansätze 34, die von der Platte 31 des Gleitstückes 26 aufgenommen werden. Die beiden Stützen 35 an der Platte 31 unterstützen diese Ansätze 34, Der obere Teil der Zuführungsschiene 18 hat die Form eines T_t und jeder Arm 36 dieses T stellt mit dem betreifenden An- ™

satz 34 des Anschlußstückes 24 unter senkrechtem Druck den elektrischen Kontakt her.

Figur 4 und 5 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Haltevorrichtung nach der Erfindung, Dabei ist das mit der Anoden-Sammelleitung 22 verbundene Ende des Anschluß stücke β 24 mit zwei nach unten zueinander laufenden Ansätzen 34 . versehen, die von der Gleitvorrichtung 26 aufgenommen und gehalten werden, und zwar von den auf der Platte 31 befestigten Stützen 35, die wahlweise auf der Platte 31 um Drehzapfen 38 schwenkbar angebracht sein können. Der obere Teil 37 der Zuführungs schiene 18 ist keilförmig und liegt innerhalb der sich nach unten zueinander laufenden Ansätze 34 des Anschlußstückes 24 unter senkrechtem Druck und bildet damit elektrischen Kontakt, Obwohl das Gewicht der Zuführungs-

—en
schienen 18 mit der Anode Ib ein/genügend kräftigen Druck ausübt, um den elektrischen Kontakt herzustellen, kann die Zwinge 30 als Zusatzvorrichtung mit der an der Unterseite keilförmig ausgebildeten Druckplatte 39 einen zusätzlichen vertikalen Druck ausüben. Bei einem besonderen vollen Keil müüte eine tlache Druckplatte aufgelegt werden, 809882/0778

Die Figuren 6 und 7 zeigen unter Verwendung gleicher Bezugszeichen eine weitere Ausführungeiorm der Haltevorrichtung gemäß der Erfindung, Hier ist der obere Teil der Zuf ühr unge schiene IB hakenförmig ausgebildet, und zwar liegt das freie aufgebogene Hakenende 40 waagerecht in elektrischem Kontakt mit dem Anschlußstück 24 unter vertikalem Druck, wie aus der Zeich» nung ersichtlich ist. Obwohl das Gewicht der Anode 16 mit der Zuführungs« schiene 18 ausreicht, um einen wirksamen elektrischen Kontakt zwischen dem freien Ende des Hakens 40 und dem Anschlußstück 24 herzustellen, kann mittels der Zwinge 30 über die horizontale Druckplatte 39 ein zusätzlicher vertikaler Druck ausgeübt werden.

Die Figuren 8 und 9 zeigen in Verwendung der gleichen Bezugszeichen für entsprechende Teile ein weiteres Ausführungsbeispiel der Haltevorrichtung gemäß der Erfindung, Hierbei ist das von der Anodensammelleitung 22 abgesetzte Ende des Anschlußstückes 24 mit zwei sich nach unten erstreckenden Schenkeln versehen oder entsprechend aufgeteilt. Diese Schenkel werden aufgenommen t bzw, sind schwenkbar mit der Platte 31 der Gleitvorrichtung 26 verbunden. Wie

die Zeichnung erkennen läßt, kann dies durch die an der Platte 31 mittels der Teile 41 schwenkbar angeschlossenen Haltevorrichtungen 35 erfolgen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der obere Teil der Zuführungsleitung die gleiche Form wie der übrige Teil dieser Schiene, Auf diese Weise wird dieser Stromleiter 18 mit den sich nach unten erstreckenden Schenkeln 34 des Anschlußstückes 24 in elektrischer Verbindung gehalten, da die Schenkel 34

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unter dem senkrechten Druck des Zuführungsleiters 18 nach unten schwenken. Wahlweise kann die Zwinge 30 über die Druckplatte 39 einen zusätzlichen vertikalen Druck ausüben und sichert auf diese Weise einen festen Kontakt zwischen der Zuführungsleitung 18 und den Schenkeln 34.

Diese neue Art der Aufhängung ermöglicht die vertikale Einstelltng jeder Anode in einer elektrolytischen Schmelze bzw, einem Bad, ohne daß die Stellung anderer Anoden darin geändert wird. Es ist auch nicht notwendig, die elektrische Verbindung zwischen anderen Anodenaggregaten und der Sammelschiene zu unterbrechen, wenn nur eine Anode eingestellt werden muß. Ferner gestattet diese neue ™ Aufhängevorrichtung eine Auftrennung des Stromflusses zwischen einem Anoden-Aggregat und dem Elektrolyten, wenn ein Anodenwechsel eintreten muß. Dies erfolgt durch Anheben der Anodenvorrichtung, bis die Anode oberhalb der Oberfläche des Elektrolyten liegt und so der Stromweg unterbrochen ist« Dadurch kann zwischen dem metallenen Leiterstab und dem elektrischen Verbindungsblech kein Lichtbogen entstehen, wenn die Anodenkohlen ersetzt werden müssen« Dieee Vermeidung der Lichtbogen bedeutet, daß die Kontaktoberflächen der elektrischen Leitungen und Anschlußstücke weniger angegriffen werden. Auf diese Weise wird | die Lebensdauer vergrößert und der Stromabfall über die Verbindung auf ein Minimum gebracht. Dieses Merkmal wird besonders wichtig, wenn der über jede Anode eines Bades fließende Strom größer ist als 2000 Amp. .

Diese neuen Haltevorrichtungen gemäß der Erfindung gestatten den Austausch jeder einzelnen verbrauchten Anode, ohne daß die Verbindungeeinrichtungen oder die Stellung der anderen Anoden in dem Bade gestört werden. Eine Hilfsanoden-

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-IZ-

schiene oder eine anzubringende Hilfsanode sind nicht erforderlich, wie dies früher üblich war, wo sämtliche Anoden gehalten werden mußten, während die Sammelschiene auf ihre höchste Stellung zurückgebracht werden mußte. Die neue Aufhängevorrichtung schafft einen guten Stromübergang zwischen der Zuführungsleitung und dem Anschlußstück mit einem senkrecht wirkenden Druck ansfe.lt des horizontalen Druckes, der durch eine horizontal arbeitende Klammer bei den früheren Anordnungen hervorgerufen werden mußte. Da ein hoher vertikaler Druck allein schon infolge des Gewichtes der Zuführungs schiene und des Anodenaufbaues gegeben ist, kann, wenn überhaupt, ein verhältnismäßig geringer Zusatzdruck durch eine Zwinge ausgeübt werden. Dabei tritt eine Verschiebung der Zuführungs schiene infolge des Zwingendruckes kaum ein, so daß deren Lebensdauer dadurch kaum beeinträchtigt wird.

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Claims

Dipl.-ING. WILFRID RAECK 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 Ai Kaiser Aluminum & Chemical Corporation 2. August 1966 Oakland, California - K 36 - Patentans pr üche

1. Anodenhaltevorrichtung für ein elektrolytisches Reduktionsbad, das in seiner Auskleidung eine Vertiefung für den Elektrolyten aufweist, in dem eine an eine Sammelschiene angeschlossene gesinterte Anode gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Anodensammelschiene (22) mittels eines biegsamen Leiters (23) ein längliches elektrisches Anschlußstück (24) verbunden ist, dessen Richtlinie im wesentlichen horizontal verläuft, dessen von der Anodensammelleitung (22) abgesetzten Ansätze (34) verschiebbar in oberhalb der Vertiefung angebrachten Gleitstücken (26, 35) längs einer vertikalen Ebene einstellbar sind, und das unter vertikalem Druck einen elektrischen Kontakt mit dem oberen Teil (36) eines Stromleiters (18) bildet, an dessen unterem Ende die gesinterte Anode (16) befestigt ist«

2. Anodenhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des die Anode tragenden Stromleiters (18) T-förmig ausgebildet ist und jeder Arm (36) des T-Profils mit einem der beiden sich horizontal erstreckenden von Gleitstücken (26,35) auf genommenen Schenkel (34) des elektrischen Anschlußstückes (24) unter vertikalem Druck in elektrischem Kontakt gehalten wird,

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3, A nodenhaltevorrichtung nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des zur Anode führenden Stromleiters (18) keilförmig ist und mit den beiden von Gleitstücken (35) aufgenommenen abwärts konvergierenden Schenkeln (34) am Ende des Anschlußstückes (24) unter vertikalem Druck in elektrischem Kontakt gehalten wird,

4, Anodenhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Leitschiene (18) als horizontal offener Haken (40) geformt ist, dessen freies Ende mit dem Ansatz des elektrischen Anschlußstückes (24) unter vertikalem Druck in elektrischer Verbindung gehalten ist.

5, Anodenhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Leitschiene (18) mit den sich etwa senkrecht abwärts erstreckenden von schwenkbar angeordneten Gleitstücken (35) aufgenommenen Schenkeln (34) des Anschlußstückes (24) unter vertikalem Druck in elektrisch leitendem Kontakt gehalten sind.

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