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"Verbindung für eine nichtmetallische elektrische leitung. " Die Erfindung
bezieht sich auf eine Verbindung ür eIne... nichtmetallische elektrische Zeitung,
wobei die Verbindung@entweder zwischen derartigen nichtmetallischen heitarn oder
zwischen einem Metalleiter und einem nichtmetallischen heiter hergestellt wird.
Dabei kann das nichtmetallische Material eine erhöhte Zähigkeit äuf» weisen, mit
geringerer Wandstärke hergestellt-sein; . einen geringeren-elektrischen Widerstand
zeigen und . . Inderungen des elektrischen Widerstandes gestatten. Die Anode kann
mittels einer solchen Verbindung mit Stff- .
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ten vorsehen sein, und die Erfindung ist auch auf ein,
| Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbin- |
| dung gerichtet.* - |
| Es ist weitgehend bekannt, daB Graphitanoden bei elek- |
| trolytischen-Zellen Verwe.Aung finden, um beispiels- |
| weise Verfahren wie das Zersetzen von Salzlösungen |
| durchzuführen uhd Halogene und Natronlauge zu erzeugen. |
| Bei der Verwendung von Graphitanoden in elektrolytischen |
| Zellen, wobei es sich um Quecksilberzellen handeln |
| kann,iet es üblich, die Graphitanoden in einer hori- |
| zontalen Ebenedurch Graphit- oder Metallstifte abzu- |
| stützen, die nicht nur der mechanischen Stützung-der |
| Anode in der Zelle zwecks Halterung in der ßrdnungsge=w |
| m&Ben Tage dienen, sondern dgrüberhinuus den elektri- |
| sehen Strom von einer aussenliegenden Stromquelle zu |
| der.raphitanode leiten. Die Anodenplatten schwanken. |
| in ihrer Größe in Abhängigkeit von der Zelle, aber hei |
| einer Quecksilberzelle besteht die Anode gewöhnlich |
| aus .einer rechtwinkligen Graphitplattedie meehanisch . - |
| und @lektriech durch zwei oder zehr Grap#itetifte mit |
| der aussen angeordneten Stromqualle verhunderi.sind. |
Mehrere derartige Anodenplatten werden in einer einzigexi elektrolytischen
Zelle verwendet.
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Bei derartigen elektrolytischen Zellen ist es. ausserordentlich
wün
schensw
ert, daß d
ie Verbindunzwischen @, den Stiften
und den Anodenplatten nicht nur. hinreichende mechanische Festigkeit zur Abstützung-der
Anoden über ihre gesamte Lebensdauer aufweist, sondern auch, daß der elektrische
Widerstand zwischen den Stiften und den Anoden s(> klein und darüberhinaus so gleichmäßig
wie möglich über die gesamte Zelle ist. Ein übermäßig hoher elektrischer Widerstand
oder zahlreiche Änderungen des elektrischen Widerstandes dieser Verbindungen einer
Zelle erzeugen nämlich einen ungleichmäßigen Verbrauch der Anoden. Durch den ungleichmäßigen
Verschleiß oder Verbrauch von Teilen der Zelle entstehen nämlich auch erhebliche
Wartungsprobleme, und es-;ist auch ein häufigeres Nachstellen und eine sich daran
anschließende Demontage für die Reparatur oder die-Wiederherstellung der Zellen
erforderlich als dies. der Fall ist, wenn die Verbindungswiderstände gleich-
| sich |
| mäßig niedrig liegen und nur wenig ändern. |
Ein weiteres wichtiges wirtschaftliches-Erfordernis bei dem Betrieb derartiger elektrischer
Zellen besteht darin, die Wandstärke der Graphitanode möglichst klein zu halten,
um elektrische Energie zu sparen, wobei die steigende Temperatur der Zelle gesteuert
und , dfe verbraüchte Menge des Graphits herabgesetzt werden soll, damit@eine einheitliche
Menge der Halogene und der Natronlauge erzeugt wird.
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Weitere.Faktoren, die bei der Herstellung und der Anordnung dieser
Anoden in der Zelle berücksichtigt werden müssen, sind die Art der Verbindung, die
maschinelle Bea'rbeitung,'die Vorbereitung und die zur Herstellung eines jeden Teils
der Verbindung erforderlichen Kosten, die Einfachheit der Montage der Stifte mit
den Anoden und die erforderliche Zugefstigkeit an der Verbindung, damit die Stifte
die in diä Zellen hängenden Anoden ordnungsgemäß abstützen können.
Bei
den bekannten Verfahren zur Verbindung der Stifte mit den Graphitanoden werden die
Enden der Stifte mit . Gewinde versehen und-in entsprechende Gewindebohrüngen in
der Anode eingeschraubt. Es ist auch üblich, einen Konus herzustellen, der in eine
entsprechende konische .Bohrung in der Anode eingedrückt wird, oder man schnei-.
det innen etwas weg, um die Anode widerstandsfähig gegen Druck zu halten und treibt
dann den Stift in die konische oder nicht konische der Anode. In jedem Falle handelt
es sich bei diesen bekannten Verfahren darum, ausschließlich mechanische Verbindungen
herzustellen, so daß der elektrische widerstand der Teile nicht nur wesentlich größer
ist; sondern darüberhinaus verschleißen auch die Kontaktteile im Iaufe der Zeit-undzwar
infolge von Temperaturänderungen oder Korrosion der Kontaktflächen und dergleichen.
Darüberhinaus kann die Wandstärke der Graphitelektrode nicht beliebig anwachsen,
indem man entsprechend der Tiefe des Halters zusätzliche nicht benutzte Wandstärke
der Graphitanode schafft, und diese nicht verwendete.Wandstärke der Öl-Graphitschicht
umgibt die Bohrung sowie den Halter in der Anode, damit die Korrosion und der Verbrauch
der
miteinander in Eingriff stehenden Teile verhüte=t ist. Wegen dieser Nachteile ist
es sehr schwierig, den Verbrauch der Einheiten an elektrischer Energie und Graphitanoden
pro Einheit abzusenken, wenn die obenerwähnten bekannten Verbindungen praktisch
zwischen den Graphitstiften und der Graphitanode verwendet werden.' Andererseits
ist vorgeschlagen worden, Metallstifte mit Graphitanoden zu verbinden, um den elektrischen
Widerstand der Graphitstifte abzusenken und Teile zwischen Graphitstiften und einer
Führungsstange zu verbinden, um eine geringe Änderbarkeit des elektrischen Wider-Standes
der Verbindungsteile zwischen den Stiften und der Anode zu erreichen. In diesem
Falle sind die Enden der Stifte gleichfalls mit Gewinde versehen, konisch ausgebildet
oder innen ausgeschnitten und dann mit dem Gewinde versehen, woraufhin sie eingetrieben
oder in einen Pass-Sitz des Graphit- oder Metallhalters eingedrückt werden, wobei
der Metallhalter in Bohrungen
in der Graphitanode eingelötet wird.
Daher handelt es sich hierbei auch im wesentlichen um-eine mechanische Verbindung,
zu deren Herstellung gleichfalls ein Loch oder eine Insenkung mit einer gewissen
Tiefe ier Graph--t-I e er-f-# 1i eh--i s t . Daher- ist auch.-dieses bekannte Vorgehen
mit Bezug auf die Graphit-Graphitverbindung nicht frei von den genannten Nachteilen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung für
eine nichtmetallische elektrische Leitung zu schaffen, die einen hohen Grad elektrischer
Zeitfähigkeit und zäher Verbindung sowie eine große Haltekraft zwischen den miteinander
zu verbindenden Teilen gleichzeitig aufweist.
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Darüberhinaus soll auch et hoher gleichmäßiger Verbindungswiderstand
erhalten bleiben.
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Die Erfindung verfolgt weiter das Ziel, die genannten. Vorteile bei
einer Lötverbindung von elektrisch leitfähigem
nichtmetallischen
Material oder zwischen Metallfläche und einer metallplattierten Fläche zu erreichen.
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Dahezl l._es--uu.t.er anUrem möglich sein, nicht unbedingt Löcher,
Gewindebohrungen, konische Ansenkungen, Pass-Sitze oder dergleichen mechanische
Mittel zur Anwendung zu bringen.
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Gemäß einem weiteren wichtigen Ziel der Erfindung sollen Graphitanoden
geschaffen werden, die eine sehr wirkungsvolle Verwendung mit Ausnahme eines Teils
gestatten, der zum Aufrechterhalten der ebenen Form der Anode geeignet ist.
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Die Lösung der erwähnten Aufgabe durch die Erfindung bei einer Verbindung
der erwähnten Art.besteht darin, daß metallplattierte Flächen entweder auf die nichtmetallischen
Teile beiderseits aufgelötet oder zwischen die metallplattierte Fläche und die Fläche
des Metallteils'gelöetet werd-an. Dadurch werden die erwähnten erstrebten Vorteile
gegenüber dem Stand der Technik erzielt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung erge-. ben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
unter Hinweise auf die Zeichnung. In dieser zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein
Teil aus ' ' elektrisch leitendem nichtmetallischen Material wie Graphit, wobei
ein Stift mit einem elektrisch leitenden Teil wie beispielsweise einer-Anodenplatte
verbunden ist; Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch das nichtmetallische Material
mit dem durch den Stift elektrisch leitenden Teil nach Fig. 1 als Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 eine Draufsicht auf ein elektrisch leitendes Teil
mit einem metallischen Verbindungsstift;
Fig. 4, 5 und 6 senkrechte
Schnitte durch das leitende Teil der Figur 3 mit einigen Änderungen in der Form
der Eingriffs-.
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' Flächen als Schnitt nach der Linie ._ IV-IV der -Eig. 3; .- Fig.
7 und 8 senkrechte Schnitte der Anoden und dem Zubehör zum Einsetzen in eine elektrolytische
Zelle.
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Alle erfindungsgemäßen Verbindungen sind durch die Verwendung von
lötstiften gekennzeichnet, aus denen zumindest die Enden oder die Eingriffsteile
hergestellt sind, oder die Stifte sind mit den mit Metall pl*ierten Flächen des
elektrisch leitenden nichtmetall Teils verbunden. Idas Metall, aus denen die Stifte
hergestellt wind, ist im ällgemeinen Kupfer oder eine Kupferlegierung und zeigt
in einigen Fällen Einschlüsse von Aluminium und Silber.
Die Stifte
bestehen aus einem Hauptteil 1, der mit einem Anschluß an eine äussere Stromquelle
versehen ist, und zwar beispielsweise mit einer Gewindebohrung 2, einem Ansatz oder
dergleichen, und der Stift besteht wei-ter--aus- einum-Eingriffutet-1 4--oüm-ry-der
Fläche desselben, die aus einer Metallplatierung 5 gefertigt ist. Weiter ist die
Eingriffsfläche des.Teils 6, das aus elektrisch leitendem nichtmetallischen Material
wie Graphit besteht, mit der Metallplanierung 7 versehen, wobei die Stifte und die
Teile 6 durch eine Lötstelle S verbunden sind.
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Der Eingriffsteil des Stiftes ist allgemein zylindrisch gehalten,
und bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Ende flach oder kann ein wenig wulstig
sein, es kann auch eingedrückt oder völlig entsprechend der Oberflächenform des
Eingriffsteils des Teiles 6 sein, wie dies in den Figuren 5 und 6 veranschaulicht
ist. Die Oberfläche der Stifte und der verbindenden Teile können mit einem Anti-Korrosionsbelag
g; beispielsweise einem Kunststoff, überzogen sein, um die Korrosion durch die Lauge
und/oder die Ilalogene im Bedarfsfall zu verhindern. Ein weiteres Verfahren zur
Verhütunf-
..der Korrosion besteht darin, die Metallstifte und
die Verbindungsteile durch Schutzhüllen 10 aus anti-korrosionsfähigem Kunststoff
wie Polyvinylchlorid zu schützen.
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Die Verbindungsteile zwischen der Graphitanode und d.er Schutzhülle
10 kann durch ein entsprechendes der Korrosion entgegenwirkendes Klebmittel 11 abgedichtet
sein.
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Die Graphitanode ist etwa porös, so daß die Lauge im Graphit nach
oben steigen kann, wenn nicht ein entsprechendes Mittel zur Verhinderung des Durchtrittes
zur Anwendung gelangt. Daher umgibt der obere Teil der Grä= phitanode 12 den Eingriffsteil
an den Stiften und/oder die Zone, welche von den Verbindungsteilen zu den Schutzhüllen
führen, die mittels Öl wie Leinöl oder Chloronaphtalen behandelt werden, damit sie
die Porösi tät und die Permeabilität des Graphits verlieren. Das Einspritzen von
Ö1 in das Anodengraphit kann durch
ordentliche Löcher von Vertiefungen
erfolgen, die mit dem Ende der Schutzröhre der Anode verbunden sind. im Bedarfsfall
können die Ansenkung, das Loch oder die Nut 13 an der dem Eingriffsteil gegenüberliegenden
Seite angeordnet sein, damit der ungleichmäßige verschleiß der Graphitanode und
das Einspritzen des Öls geschützt sind.
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Zur Durchführung der Erfindung kann das Metall, das auf die Oberfläche
des elektrisch leitenden nichtmetallischen Materials aufgebracht wird aus Chrom,
Zinn, Nickel, Kupfer usw. bestehen, aber@bevorzugt ist Kupfer, weil die Ergebnisse
beispielsweise im Hinblick auf die .Bindungseigenschaft mit dem Lötmetall.erfahrungsgemäß
günstig sind.
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Es kann entweder eine sauere oder eine basische Lösung Verwendung
finden, aber der saueren Planierungslösung . ist im Hinblick auf das Aussehen und
den Zustand. des
plattiezten Netallfilms der Vorzug zu geben, "
weil die Bindekraft des Films und auch wirtschaftliche Gründe dafürsprechen. Die
Planierung ist beinahe als gleichmäßige metallische Fläche auf dem Graphit sichtbar
-und wirksam- gen-die -libt:vindtng herzus-t-el-.en, wobei die bevorzugte Stärke
des plättierten Metalls mit 10*bis 30.Mikromillimeter angenommen werden kann.
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r
Die schnelle Bildung des plattierten Films bringt.schwache
Bindungskräfte durch wenig starke Adhesion zwischen dem plattierten Film und dem
elektrisch leitenden nichtmetallischen Material wie Graphit, so daß die Plattie-*
rang allm-ählich-eine ausreichende Zeitspanne lang durchgeführt wird, um auch den
porösen Innenteil des Materials zu plattieren. Ein Ausführungsbeispiel für die Bedingugen,
unter denen das Kupfer-Plattieren des Graphits erfolgen kann., ist in der. nun folgenden
Tabelle '! veranschaulicht.
| Tabelle 1 |
| CuS04 in P1attierungslösung 250 g/1 |
| H2S04 in Planierungslösung 75g/1 |
| Temperatur.' _ 20 bis 30o C |
| Elektrische Stromdichte 1,8 --1,0 amp/dm2 |
| Zeit 3 bis 4 Stunden |
| Stärke des Kupferfilms ca. 30 Mikro-mm |
Die erfindungsgemäß verwendete Metallegierung oder Mischung für das Lötmittel zeigt
gewöhnlich eine Metallegierung des Blei, Zinn, Antimon, Wismut, oder dergleichen,
und der Schmelzpunkt liegt vorzugsweise zumindest bei 110o_bei Betrachtung der Arbeitstemperatur
der elektrolytischen Zelle und beträgt vorzugsweise 120 bis 150°C beim Löten einer
Sicherheitsverbindung, aber natürlich kann auch ein Lötmittel mit einem Schmelzpunkt
von etwa
300 °C Verwendung finden.
Das löten selbst kann
auf herkömmliche Art erfolgen, indem zwei Teile mit geschmolzenem Lot abgebraust
werden, woraufhin sie"auf dem Verbindungsteil abkühlen können. Das Abbrausen kann
auch so abgewandelt werden, daß man die miteinander zu verbindenden Teile in das
SchmeMad steckt.oder man gießt das geschmolzene Lot übör die Teile.
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Die Vorbehandlung der zu btenden Flächen, Beispielsweise das.::aschen
kann mit einer Lösung erfolgen, die einen aktiven Wirkstoff enthält, wobei es sich
um nichtionische Säuren wie Salzsäure, Schwefelsäure, Ameisensäure oder Essigsäure
und/oder Salze wie Zinkchlorid, und Ammoniumformaldehyd handeln kann, woraufhin
ein Waschen mit Wasser und Trocknen im Bedarfsfall vorgenommen werden können.
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Daraufhin zeigen die erfindungsgemäßen Verbindungen gegenüber Planenflächen
20 kg/cm 2 oder mehr Zugkraft und 0,64 Ohm/cm 2 oder weniger elektrischer Widerstand
ist
sehr leicht zu erreichen.
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Die Ergebnisse der physikalischen Versuchender Verbindungen zwischen
Kupferstiften und Graphitanoden und die Ergebnisse bei einer Anode mit den gleichen
Verbindungen in der elektrolytischen Zelle sind in. Täbelle II zusammengefaßt, worin
sie auch mit Werten bei bekannten Verbindungen verglichen-sind, bei denen' die Enden
der Graphitstifte in einen konischen Halter der Graphitanode getrieben werden und
wobei die Anode die gleichen Verbindungen aufweist.
| Tabelle II . |
| . Erfindungsgemäß Herkömmlich |
| Verbindungszustand |
| Zustand der Metallplat- |
| tierung gleiche wie in Tabelle I |
| Zusammensetzung des lo- |
| . tes Blei 65 % |
| Zinn 35% |
| Physikalische Eigen- . |
| schaften der Verbin- |
| dung . |
| Berührunge tone (eine-) 28 . . 157 |
| Erfindungsgemäß Herkömmlich |
| Zugfestigkeit |
| (Kg/cm) 22 4,5 |
| Elektrischer Wi- |
| derstand (milliohm) 17 200 |
| Arbeitsergebnisse |
| der Anode |
| Elektrischer Strom- |
| pro Stift (Amp) 750 750 |
| durchschnittliche |
| Spannung der elektro- |
| lytischen Zelle (Volt) 4,15 4,40 |
| Verbrauchseinheit von |
| Graphit |
| .Anode (Kg/NaOH.ton) 2,5 3,5 |
Hierdurch wird absolut klar, daß die erfindungsgemäße Verbindiü@.g eine sehr hohe
Zugspannung und einen bemerkenswert niedrigen elektrischen Widerstand.aufweist,
und daß die erfindungsgemäße Anode bei niedriger Spannung arbeitet und einen extrem
hohen Wirkungsgrad zeigt.
Obschon die Erfindung sehr ins einzeln
gehende beschrieben worden ist, soll klargestellt werden, daß diese nur ein Ausführungsbeispiel
darstellt und zahlreiche Abwandlungen ohne Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung
dur-shge#Mhrt-wer-den kön-s-Alle beschriebenen und veranschaulichten Einzelheiten
sind für die Erfindung von Bedeutung.