DE2052517A1

DE2052517A1 - Fahrbarer Krustenbrecher

Info

Publication number: DE2052517A1
Application number: DE19702052517
Authority: DE
Inventors: Hans Springer Kurt 7888 Rheinfelden Schaper
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1969-10-24
Filing date: 1970-10-26
Publication date: 1971-05-06
Also published as: BE757942A; US3664946A; YU257370A; CA921433A; DE2052517B2; CH524686A; NO125235B; NL7014231A; DE2052517C3; ZA707197B; GB1262069A; AT326927B; JPS5040093B1; YU35971B; FR2066482A5

Description

DiPL-CHEM. DR. ELISABETH JUNG 8 Mönchen 23,

DIPL-CHEM. DR. VOLKER VOSSIUS Telefon⁸«μ·?^{8E 3}°

DIPL-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN "Jgs*₂ ^M ₉£_e ^{ADRESSE! INVENT/MDNCHEN}

PATENTANWÄLTE

u.Z.: P 555M Schweizerische Aluminium AG, Chippis

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Fahrbarer Krustenbrecher

Priorität; 24. Oktober 1969; Schweiz; Anmelde-Nr.: 15 877/69

Das Aufbrechen (Einschlagen) der Schlackenkruste, welche in Aluminium-Schmelzflusselektrolysezellen den geschmolzenen Elektrolyten bedeckt, geschieht schon seit vielen Jahren nicht mehr rein manuell, sondern unter Verwendung von handbetätigten, fahrbaren Druckluft-Krustenbrechern. In neuerer Zeit sind diese mit einer Tonerdezuführungsvorrichtung ausgerüstet und stellen vollständige Ofenbedienungsvorrichtung dar, die im folgenden "Ofenmanipulatoren" genannt werden.

Mechanisch betätigte, fahrbare Krustenbrecher sind in den verschiedensten Konstruktionen bekannt. Sie sind zum Teil auf lenkbaren Wagen montiert, zum Teil befinden sie sich an über den Zellen verfahrbaren Gerüsten (Halbportalkranen, Portalkranen, Laufkranen).

Der Krustenbrecher besteht bei den meisten bekannten Konstruktionen aus einem vertikalen oder annähernd vertikalen, am oberen Ende aufgehängten oder fest angeordneten Einschlagbaum, an welchem ein Druckluftzylinder mit dem Krustenbrechermeissel lafettenartig befestigt ist. Diese Konstruktionen haben den Nachteil, dass es beim stirnseitigen Einschlagen der Elektrolysezellen nicht möglich ist, den Stromleiter zu den Anoden bis zur Zellenlängsachse zu unterfahren; an der Mitte der Stirnseiten bleibt daher die Kruste ungebrochen.

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Die bekannten Krustenbrecher mit horizontalem Einschlagbaum gestatten infolge der Form der Brechwerkzeuge kein befriedigendes Einschlagen der Schlackenkruste. Das trifft z.B. zu bei den Krustenbrechern nach den deutschen Patenten 1 194 589 und 1 2^5 001.

Beim Brechen der Schlackenkruste trifft der Meissel oft auf härtere Stellen derselben oder sogar auf die gemauerte, mit erstarrtem Elektrolyten überzogene Zellenwand. Durch diese Widerstände entstehen horizontal gegen den Meissel gerichtete Seitenkräfte. Diese führen leicht zur Beschädigung des Krustenbrechers oder der Zellenwand.

Wirken diese horizontalen Seitenkräfte quer zur Zellenlängsachse, wird z.B. bei der Konstruktion nach dem deutschen . Patent 1 275 285 ein Ausweichen des Krustenbrechermeissels dadurch bewirkt, dass der vertikale, am oberen Ende gelenkig aufgehängte Einschlagbaum, der in normaler Arbeitsstellung durch einen horizontal angreifenden Federkolben in senkrechter Lage gehalten wird, gegen die Federkraft ausweicht. In diesem Fall sind sowohl die Haltekräfte als auch die Ausweichkraft durch die Federkraft genau definiert und nicht veränderbar. Sind die horizontalen Seitenkräfte parallel zur Zellenlängsachse gerichtet, ist ein selbsttäti-P ges Ausweichen des Krustenbrechermeissels dadurch möglich, dass der Einschlagbaum nur durch sein Eigengewicht in normaler Arbeitsstellung gehalten wird. Das Ausweichen erfolgt hier bereits bei verhältnismässig geringen Seitenkräften, sodass unterschiedlich harte Schlackenkrusten, die bei Aluminiumelektrolysezellen immer vorhanden sind, nicht vollständig gebrochen werden.

Bei bekannten Krustenbrechern mit horizontalem Einschlagbaum sind Ausweichmöglichkeiten für das Brechwerkzeug nicht

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gegeben. Eine Ausnahme bildet die im deutschen Patent 1394 589 vorgeschlagene Konstruktion mit Brechrad, die aber den Nachteil hat, dass der bezw. die am frei drehbar gelagerten Brechrad sternartig befestigten Meissel schon bei sehr geringen Seitenkräften ausweichen. Im Laufe des monate- oder jahrelangen Betriebes der Aluminium-Schmelzflusselektrolysezellen treten an diesen Veränderungen in der Form auf, dass sich der Zellenboden senkt oder hebt und dadurch auch die Schlackenkruste eine tiefere oder höhere Lage einnimmt. Zudem kann sich auch die Dicke der Schlackenkruste je nach dem Bedienungsverfahren und der verwendeten Tonerde (Aluminiumoxid) verändern; die Veränderungen können kurzzeitig eintreten und * hängen nicht nur mit dem Alter der Elektrolysezellen zusammen. Im Falle von Krustenbrechern mit unveränderlichem Hubbereich besteht die Gefahr, dass der Meissel bei zu tief liegender Schlackenkruste diese nicht oder unvollständig durchbricht und bei zu hoch liegender Schlackenkruste zu weit in den Elektrolyten und sogar bis in das Metallbad hinein stösst.

Die normalerweise auf der Schlackenkruste lagernde Tonerde ist meist nicht gleichmässig verteilt und gelangt während des Brechens der Kruste mittels der bekannten Ofenmanipulatoren nicht in der optimalen Menge in den Elektrolyten. \ Eine zu grosse Menge kann zu einer Verschlammung des Bades, eine zu geringe Menge zu einer Verschlechterung der Stromausbeute führen.

Die Zugabe von Tonerde erfolgt bei den bekannten Krustenbrechern entweder ohne Rücksicht auf den anzustrebenden Tonerdegehalt im Elektrolyten oder nach vorheriger Messung durch Einführen einer Hilfselektrode in den Fluss. Im ersteren Fall streut der Tonerdegehalt in so weiten Grenzen, dass eine optimale Stromausbeute kaum erreichbar ist.

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Im zweiten Fall ist das Verfahren umständlich und komliziert.

Die bekannten Ofenrnanipulatoren ermöglichen nicht die gleichzeitige Bedienung beider Längsseiten einer Zelle. Der Manipulator kann jeweils nur eine Längsseite bearbeiten und muss dann auf die andere Seite hinüberwechseln. Bei der Bedienung der Stirnseiten muss ähnlich verfahren werden.

Durch den erfindungsgemässen maschinell betriebbaren Krustenbrecher mit Einschlagbaum, pneumatischem Krustenbrecherhammer und Krustenbrechermeissel lassen sich die obenerwähnter Nachteile bekannter Konstruktionen vermeiden. Der Krustenbrecher ist nicht nur dazu bestimmt, die Schlackenkruste an den Längsseiten der Alurniniumelektrolysezellen zu brechen, sondern auch an den Stirnseiten.

Der ,neue Krustenbrecher zeichnet sich durch eine Kombination verschiedener Merkmale aus:

a) durch einen an sich bekannten horizontalen Einschlagbaum,

b) durch eine Vorrichtung zum Verstellen des Hubbereiches des Krustenbrecherhammers und des Krustenbrechermeissels nach oben und.unten in bezug auf die Oberfläche der Schlackenkruste,

c) durch eine Vorrichtung zum Auslenken des Krustenbrechers in einer vertikalen Ebene parallel zur Einschlagbaumlängsachse.

In einer weiteren Entwicklung kommen noch folgende, einzelne Merkmale hinzu:

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d) eine Torsionseinrichtung für den Krustenbrecherhammer. Dieser ist um eine Drehachse, die mit der Einschlagbaumlängsachse zusammenfällt oder zu dieser parallel ist, federnd schwenkbar.

e) eine quer zur Ofenlängsachse verfahrbare Katze, auf welcher der Krustenbrecher montiert ist.

f) ein Tonerdeaustragrohr vor und hinter dem Krustenbrechermeissel, in Fahrrichtung gesehen.

g) je ein Tonerdekratzer vor und hinter dem Krustenbrechermeissel, in Fahrrichtung gesehen.

Durch die an sich bekannte horizontale Lage des Einschlagbaumes ist es möglich, die Schlackenkruste auch an den Stirnseiten der Elektrolysezellen aufzubrechen, weil man mit dem Einschlagbaum unter die Stromleiter fahren kann, die den Strom zu den Anoden leiten. Das genügt aber noch nicht, wie weiter oben erwähnt, für ein befriedigendes Einschlagen; es mussten noch die Bewegungsmöglichkeiten der bekannten Brechwerkzeuge erheblich verbessert werden.

Da die Einschlagtiefe des Krustenbrechermeissels in bezug auf die Oberfläche der Schlackenkruste immer gleich sein sollte, worauf bisher bei bekannten Krustenbrechern kaum Rücksicht genommen wurde, ist erfindungsgemäss eine Einrichtung geschaffen worden, welche das Verstellen des Hubbereiches des Krustenbrecherhammers bezw. Krustenbrechermeissels gestattet.

Um beim Auftreten von horizontal gegen den Meissel quer zur Zellenlängsachse gerichteten Seitenkräfte Beschädigungen des Gerätes oder der Zellenwand zu vermeiden, ist als weiteres Erfindungsmerkrnal eine pneumatische Vorrichtung zum

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Auslenken des Krustenbrechermelssels in einer vertikalen Ebene parallel zur Einschlagbaumlängsachse vorgesehen. Dadurch erfolgt das Ausweichen nicht bereits bei verhältnismässig geringen Seitenkräften; das Auslenken des Meisseis lässt sich durch Regulierung der Luftsteuerung beliebig einstellen.

Um zusätzlich auch beim Auftreten von horizontal gegen den Meissel parallel zur Zellenlängsachse gerichteten Seiteinkräfte Beschädigungen zu vermeiden, ist eine Vorrichtung zum federnden Auslenken des Krustenbrechermeissels in einer Ebene senkrecht zur Einschlagbaumlängsachse vorgesehen. Das Ausweichen erfolgt nicht schon bei verhältnismässig geringen Seitenkräften, sondern erst nach Ueberwindung einer einstellbaren Federkraft.

Das Einschlagen der Schlackenkruste an den Stirnseiten der Elektrolysezelle lässt sich dadurch wesentlich erleichtern, dass der Krustenbrecher nach einem weiteren Erfindungsmerkmal auf einer quer zur Zellenlängsachse verfahrbaren Katze montiert ist.

Vorteilhafterweise wird ein Ofenmanipulator mit zwei Krustenbrechern ausgerüstet, die je auf einer Katze montiert sind und gegeneinander oder auseinander quer zur Zellenlängsachse verfahren werden können. Dadurch ist es möglich, die zwei Längsseiten der Zelle gleichzeitig zu bedienen und die Schlackendecke an den Stirnseiten von der Mitte ausgehend nach beiden Enden hin gleichzeitig zu brechen. Ausserdem ist es am Ende einer Zellenreihe nicht notwendig, den Ofenmanipulator, zu wenden, es sei den, man wechsle auf eine andere Zellenreihe über.

Der erfindungsgemässe Krustenbrecher, wenn er als Ofenmanipulator konstruiert ist, weist vor und hinter dem Krustenbrechermeissel, in Fahrrichtung gesehen, je ein Tonerdeaus-

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tragsrohr auf. Das hat den Vorteil, dass der Krustenbrecher beim Einschlagen der Schlackendecke an den Längsseiten der Zelle nach Belieben in der einen oder der anderen Richtung arbeiten kann. Bei bekannten Ofenmanipulatoren, das heisst bei maschinell betriebbaren, fahrbaren Krustenbrechern, die mit einer Tonerdezuführungsvorrichtung ausgerüstet sind, ist das Tonerdeaustragrohr nur an einer Seite des Krustenbrechermeissels, in Fahrrichtung gesehen, angebracht oder aber vor der Seite des Meisseis, die dem Zellenrand zugekehrt ist. Im ersteren Fall ist nur eine Arbeitsrichtung des Ofenmanipulators möglich; im zweiten Fall hat die Anordnung den Nachteil, dass die Tonerde nicht gleichmässig verteilt wird und nicht in optimaler Menge an die gewünschte Stelle gelangt.

In einer Weiterausbildung der Erfindung ist vor und hinter dem Krustenbreehermeissel, in Fahrrichtung gesehen, je ein Tonerdekratzer angeordnet, damit die Tonerdedecke vor dem Einschlagen des Krustenbrechermeissels zurückgezogen und hinter diesem wieder ausgebreitet werden kann. Damit wird eine gleichmässigere Tonerdedecke erzielt und die Wirtschaftlichkeit des Elektrolysebetriebes erhöht.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung und zeigt verschiedene Möglichkeiten des Einsatzes.

Fig. 1 zeigt einen Ofenmanipulator in Vorderansicht mit zwei Krustenbrechern und der zu bedienenden Elektrolysezelle,

Fig. 2 im Schnitt nach der Linie 2 - 2.von Figur 1,

Fig. 5 wieder in Vorderansicht, mit der zu bedienenden Elektrolysezelle im Querschnitt,

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Pig. 4 das auf dem Flur laufende Fahrwerk in Vorderansicht (in Fahrrichtung) und

Fig. 5 in Seitenansicht (quer zur Fahrrichtung), Fig. 6 die Tonerdezuführungsvorrichtung,

.#■ Fig. 7 die Verstellvorrichtung für den Hubbereich des

Krustenbrechers in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 8 die Hammerauslenkvorrichtung des Krustenbrechers mit dem dazu gehörigen Steuerschieber,

Fig. 9 die Steuerschieberstellung beim Auslenken des Krustenbrechermeissels,

Fig.10 eine Torsionseinrichtung im Längsschnitt für den Krustenbrechermeissel,

Fig.11 die Torsionseinrichtung im Schnitt längs der Linie 11 - 11 von Figur 10,

Fig.12 ein Tonerdekratzerblatt in schaubildlicher Darstellung,

Fig. Ij? den Tonerdekratzer in Ruhestellung, Fig.l4 abgesenkt in die Tonerdedecke und nach der

Operation des Wegziehens der Tonerde von der Oberfläche der einzuschlagenden Schlackenkruste,

Fig.15 angehoben in der Nähe des Zellenrandes, Fig.16 angehoben in Anodennähe und

Fig.17 in die Tonerdedecke abgesenkt, bereit zum Wegziehen der Tonerde,

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Fig. l8 veranschaulicht eine der möglichen Reihenfolgen der Bedienung der Längsseiten einer Zellenreihe,

Fig. 19 eine der möglichen Reihenfolgen der Bedienung der Stirnseiten und

Fig. 20 eine Möglichkeit der vollständigen Bedienung.

Fig. 21 veranschaulicht die gleichzeitige Bedienung von zwei einander gegenüberliegenden Seiten einer Elektrolysezelle.

Der Ofenmanipulator nach den Figuren 1 bis j5 ist auf einem Halbportalkran 10 montiert, der einerseits auf einer Kranhochbahn 11 durch zwei Fahrschemel 12 geführt und angetrieben wird und anderseits mit einem auf dem Hüttenflur 100 laufenden, nicht angetriebenem gummibereiftem Fahrwerk Γ5 ausgerüstet ist. Die beiden Fahrschemel 12 werden durch den Antriebsmotor 14 über das Getriebe 15 und die Laufräder l6 angetrieben. Mit 17 sind Führungsrollen bezeichnet.

In Figur J ist eine Schmelzflusselektrolysezelle l8 im Querschnitt rein schematisch dargestellt. Es brauchen nicht alle Einzelheiten gezeichnet zu werden, da solche Zellen dem Fachmann wohlbekannt sind. Die Figur soll nuz⁷ die allgemeine Arbeitsstellung der Krustenbrechereinrichtungen veranschaulichen. Die vorgebackenen Anoden I9 sind mittels Anodenstange 20 und Anodenschloss 21 am Stromleiter 22 befestigt. Der kathodisohe Anschluss erfolgt durch die Kathodenbarren 23. Durch Zuführung des Stromes in die Elektrolytschicht 24, in der Tonerde gelöst ist, erfolgt die Zersetzung der Tonerde und schmelzflüssiges Aluminium 25 setzt sich auf dem Boden der Wanne 26 ab. Mit 2? 1st eine Schlakkenkruste bezeichnet, die aus erstarrtem Elektrolyt und ungelöster Tonerde besteht, und mit 28 die Tonerdedecke.

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Das auf dem Hüttenflur 100 laufende gummibereifte Fahrwerk 13 besteht, wie in den Figuren 4 und 5 besser erkennbar, im wesentlichen aus einer Pendelstütze 29, aus dem Parallelogrammlenker 50, dem Gegenhalter J51, den Rückstellfedern 32, dem Fahrgestell 33 mit Achse 34, der Fahrgestellentlastung 35* den Achslagern 36 und den gummibereiften Rädern 37.

Der Ofenmanipulator nach dem vorliegenden Beispiel ist für die Bedienung von zv/ei parallelen Reihen von Elektrolysezellen bestimmt. Zu diesem Zwecke muss, er das Ende .der Zellenreihen in einer Kurve umfahren können; beim Verlassen einer Zellenreihe muss er die Möglichkeit haben, auf die Nachbarreihe umzuschwenken. Bei einem normalen Fahrwerk entstehen beim Einlauf in eine Kurve bezw. beim Auslauf starke Seitenkräfte, weil das Fahrwerk aus geometrischen Gründen nicht parallel zur Kranhochbahn läuft. Bei dem in den Figuren 1 und 3 bis 5 dargestellten Fahrwerk wird dieser Nachteil vermieden.

Das Fahrgestell 33 ist mittels der Pendelstütze 29 und des Parallelogrammlenkers 30 mit der Kranbrücke 38 gelenkig verbunden. Bei Geradeausfahrt wird es durch den Gegenhalter 31 im Zusammenwirken mit den Federn 32 parallel zur Kranhochbahn geführt. Beim Auftreten von Seitenkräften in der Kurve führen die Pendelstütze 29 und der Parallelogrammlenker 30 gegen die Rückstellkraft der Federn 32 eine Ausweichbewegung aus; durch diese wird die Wirkung der Seitenkräfte auf das Fahrgestell vermieden.

An der Kranbrücke 38 (Fig. 1) ist ein Kompressor 39 montiert mit Antriebsmotor ¹JO und Luftkessel 4l, die für die Versorgung der Druckluftwerkzeuge bestimmt sind. V/eitere Aufbauten sind der Tonerdebunker 42 mit Einfüllstutzen 43 und die Abluftfilter 44.

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Zwecks Förderung der Tonerde 45 (Fig. 2) aus dem Bunker muss diese fluidisiert werden. Diesem Zwecke dienen die Auflockerungsböden ^6. Diese enthalten einen luftdurchlässigen Ζ;·/!schenboden 47, zum Beispiel aus Tuch oder Keramik. Die Auflockerung der Tonerde erfolgt in bekannter V/eise dadurch, dass Druckluft dem Raum 48 zugeführt wird. Die überschüssige Luft entweicht durch die Abluftfilter 44 (Fig. 1), welche die mitgerissene Tonerde zurückhalten.

Für den Austrag der fluidisierten Tonerde in vorbestimmter Menge ist eine Dosiervorrichtung 49 vorgesehen (Figur 6), die aus dem Schieber 50, der um ihre Achse 51a rotierenden, an sich bekannten Schleuse 51 mit Regelantrieb 52 und dem Quetschventil 55 zusammengesetzt ist. 54 ist das Austragrohr, aus dem die Tonerde auf das Elektrolytbad fliesst.

In dem beschriebenen Beispiel (Fig. 2) sind in Längs fahrrichtung je ein Tonerdeaustragrohr 54 hinter und vor dem Krustenbrechermeissel 75 angeordnet; auf diese Weise kann die Tonerde in beiden Fahrrichtungen dem Elektrolyten 24 zu geführt werden.

Da die Tonerdedosier- und -austragvorrichtung 49 sowie der Tonerdebunker 42 mit der Kranbrücke 10 fest verbunden sind und infolgedessen die Eigenbewegungen der Katzen 57 nicht mitmachen, wird beim Einschlagen der Kruste an den Stirnseiten der Zellen keine Tonerde dem Elektrolyten 24 unmittelbar aus den Austragrohren 54 zugeführt; während des Einschiagens der Stirnseiten wird die Dosiervorrichtung 49 durch eine elektronische Steuerung automatisch ausser Betrieb gesetzt. Gleichzeitig werden die Tonerdekratzer 113 in Ruhestellung nach Fig. Γ5 hochgeklappt.

Allerdings muss die Schlackenkruste 27 auch an den Stirnseiten mit einer ausreichenden Tonerdeschicht 28 bedeckt

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sein; das kann dadurch erreicht werden, dass die Menge der ausgetragenen Tonerde an den Ecken der Zellen erhöht wird und diese sich dadurch auch auf die Stirnseiten verteilt.

Schliesslich ist auf der Kranbrücke J58 der Schaltschrank 55 (es können auch mehrere Schaltschränke sein) montiert, der die Leistungs- und Steuerungsapparate in staubgeschützter Ausführung mit innerer Luftumwälzung und innerem Ueberdruck enthält.

Auf der Kranbrücke 38 des Ofenmanipulators befinden sich zwei parallele Kranschienen 56. Auf diesen laufen unabhängig voneinander die Katzen 57 mit Tai'frädern 58. Diese werden durch einen Motor 59 nilt Uebersetzungsgetriebe 6O angetrieben (Fig. 2). Das Verfahren der Katzen 57 wird durch die Stützrollen 6l, die Hebel 62 und die Druckfedern 6^ unterstützt; die Stützrollen 6l laufen auf zwei parallelen Schienen 64, die an der Unterseite der Kranbrücke 38 befestigt sind.

Die zv/ei quer zur Ofenreihe verfahrbaren Katzen 57 tragen die maschinellen Einrichtungen für die Ofenbedienung und ermöglichen sowohl das Vorbeifahren an den Ofenreihen ohne Brechen der Kruste sowie das Einnehmen der gewünschten Einschlaglinie an den Zellenlängsseiten als auch das Einschlagen der Kruste an den Stirnseiten der Zellen.

Die Steuerung des automatischen Verfahrens des Ofenmanipulators sowie der Tonerdezufuhr und -austragung und der maschinellen Bedienungseinrichtungen erfolgt durch konventionelle elektronische Apparaturen.

Nach Fig. 1 sind es folgende Steuerungselemente, die mit dem Schaltschrank 55 in Verbindung stehen. Der an der

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Hallenwand 65 befestigte Fahrprogrammsender 66, der den Fahrprograromempfänger 67 beeinflusst. Der Ofenprogrammsender 68, der an der Kranhochbahn 11 angebracht ist, wirkt auf den Ofenprogrammempfänger 69. Der mechanische Abgriff zur Steuerung der Einschlaglinie an den Zellen erfolgt durch die Tastrolle 70 und die Endschalter 71 in Verbindung mit den Kopierschienen 72 und den Abgriff schaltern 7J5. Die selben Steuerungselernente bewirken auch das Ein- und Ausschalten der maschinellen Ofenbedienungseinrichtungen.

Die zwei verfahrbaren Katzen 57 tragen je eine Krustenbrechervorrichtung 74 mit Meissel 75* der z.B. aus naturhartem Stahl besteht.

Der Hubbereich des Meisseis 75 lässt sich mittels der Verstellvorrichtung 76 (Fig. 7) in bezug auf die Oberfläche der Schlackenkruste 27 (Fig. 3) verändern. Der Hauptzylinder 77 für die pneumatische Betätigung der Krustenbrechervorrichtung 74 hängt am Verstellgelenk 78· Dieses ist in der Gabel 79 geführt und kann durch die je zur Hälfte links- und rechtsgängig ausgeführte Spindel 80 verstellt werden. Die Fixierung erfolgt durch die Gegenmutter 81. Diese Verstellvorrichtung ist zwischen den am Katzenrahmen angeschweissten Wangen 82 befestigt.

Der Krustenbrecherhammer 83 mit dem Meissel 75 ist in der Aufhängung 84 befestigt. Diese ist um die Drehachse 85 schwenkbar und an eine Auslenkvorrichtung 86 angeschlossen (Figur 8), die ein selbsttätiges Auslenken des Meisseis 75 quer zur Ofenlängsachse ermöglicht. Sie 1st über einen Druckluftzylinder 87 mit Kolben 88 und Kolbenstange 89 mit einer Druckluftleitung und dem Raum 90 verbunden, während der Raum 91 ^auf der anderen Seite des Kolbens 88 mit der Aussenluft in Verbindung steht.

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Der beschriebene Ofenmanipulator ist nicht nur dazu bestimmt, die Schlackenkruste an den Längsseiten der Aluminiumelektrolysezellen zu brechen und dort dem Elektrolyten Tonerde zuzuführen, sondern ist auch so kontruiert, dass er ausserdem die Schlackenkruste an den Stirnseiten brechen kann. Zur Erzielung einer möglichst günstigen Ofenführung und hoher Stromausbeute ist die Möglichkeit des automatischen Einschiagens der Ofenkruste auch auf den Stirnseiten ausserordentlich wichtig. Auch nach diesem Gesichtspunkt wurde der Ofenmanipulator konzipiert. Bekannt-

durch lieh können beim Einschlagen der SehlaekenkrusteVWidGrstände entstehende, horizontal gegen den Meissel gerichtete Seitenkräfte auftreten» Dies trifft besonders beim Einschlagen der Stirnseiten zu· Diese Seitenkräfte führen leicht zur Beschädigung des Gerätes. Die beschriebene Einrichtung soll nicht nur diese Gefahr verhindern, sondern auch zur Verbesserung der Ofenführung beitragen.

Treten beim Brechen der Schlackenkruste durch Widerstände entstehende seitliche Kräfte auf, die horizontal auf den Krustenbrechermeissel und quer zur Zellenlängsachse wirken, wird bei der Konstruktion nach dem deutschen Patent 1 275 285 (wie bereits erwähnt) ein Ausweichen des Krustenbrechermeissels dadurch bewirkt, dass der vertikale, am oberen Ende gelenkig aufgehängte Einschlagbaum, der in normaler Arbeitsstellung durch einen horizontal angreifenden Federkolben in senkrechter Lage gehalten wird, gegen die Federkraft ausweicht. In diesem Fall sind sowohl die Haltekräfte als auch die Ausweichkraft durch die Federkraft genau definiert und nicht veränderbar. Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass bei der in deu Fig. 8 und 9 dargestellten Hammerauslenkvorrichtung 86 der Hammer 83 von einem Luftzylinder 8γ bis zum Auftreffen des Meisseis 75 auf die Schlackenkruste 27 zunächst mit

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grosser Kraft lotrecht gehalten und infolgedessen das Eindringen des Meisseis 75 in die Schlackenkruste erleichtert wird. Erst beim Auftreten von grösscren seitlichen Widerständen wird durch einen wegabhängigen Impuls die Haltekraft des Luftzylinders 87 soweit verringert, dass ein Aus lenken des Meisseis 75 quer zur Zellenlängsachse stattfinden kann. Dadurch wird vermieden, dass der Meissel 75 bereits bei unbedeutenden Seitenkräften ausweicht und die unterschiedlich harten Schlackenkrusten auf der gewählten Einschlaglinie nicht vollständig bricht.

Der Krustenbrecherhammer (Drucklufthammer) 83 ist mit der Hammeraufhängung 84 im horizontalen Einschlagbaum 92 um die.Achse 85 schwenkbar gelagert. Die Geliwenkbewegung wird durch den Druckluftzylinder 87 erreicht, der mit der Kolbenstange 89 an der Hammeraufhängung 84 angreift und mit der Zylinderaufhängung 93 am horizontalen Einschlagbaum 92 befestigt ist. Der Druckluftzylinder 87 steht über ein Steuerventil 94 mit der Druckluftleitung 95 in Verbindung. In Normalstellung des Steuerventils 94' ist das Solenoid 96 stromlos. Der Steuerkolben 97 wird von der Rückzugfedor 98 in der Lage nach Fig. 8 gehalten. Die Druckluft gelangt aus der Drucklüftleitung 95 über den Raum 99 des Steuerkolbens 97 in den ,Zy lind er raum 90 und beaufschlagt die Kolbenfläche IO6. Der gegenüberliegende Zylinderraum 9I ist über den Raum 101 des Steuerkolbens 97 mit der Aussen-Iuft verbunden. Der Drucklufthammer 8j5 wird von dem Druckluftzylinder 87 mit dem vollen Druck auf die grössere Kolbenfläche 106 in senkrechter Lage gehalten. Diese Stellung wird durch den Anschlag 102 begrenzt.

Beim Auftreffen des Meisseis 75 auf die Schlackenkruste 27 wird durch bekannte Einrichtungen ein Signal ausgelöst, durch welches das Solenoid 96 Strom erhält. Dieses zieht den Anker mit dem Steuerkolben 97 in die Stellung nach Fig. 9.

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Die Druckluft gelangt aus der Druckluftleitung 95 über den Raum 99 des Steuerkolbens 97 sowohl in den Zylinderraum 90 als auch in den Zylinderraum 9I· Der Luftdruck wirkt nun gleichzeitig auf die grössere Kolbenfläche 106 und die kleinere Kolbenfläche 104. Da beide Drücke gegen-" einander wirken, verbleibt eine Restkraft, die der Differenz der Kolbenflächen IO6 und 104 entspricht. Der Drucklufthammer 83 wird von dem Druckluftzylinder 87 mit einer kleineren Kraft in der senkrechten Lage gehalten. Wenn beim Einschlagen der Schlackenkruste 27 Widerstände auftreten, die eine Beschädigung des Gerätes herbeiführen können, kann der Meissel 75 mit dem Drucklufthammer 85 eine Schwenkbewegung um die Achse 85 ausführen. In diesem Falle wirkt der Druckluftzylinder 87 als Luftpuffer.

Das Einschlagen der Stirnselten der Elektrolysezellen erfolgt bei bekannten Krustenbrechern (z.B. nach dem deutschen Patent 1 275 285) mit vertikalem, am.oberen Ende gelenkig aufgehängtem Einschlagbaum in der Form, dass eine am lotrechten Einschlagbaum horizontal angreifende Hubkolbeneinrichtung in zwei bis vier Stellungen auslenkt und dadurch die jeweilige Einschlagposition fixiert wird. Das Brechen der Schlackenkruste ist also nur an Punkten möglich,die durch die Konstruktion festgelegt sind. Diesen Nachteil vermeidet die erfindungsgemässe Konstruktion dadurch, dass der Einschlagbaum 92 horizontal angeordnet ist und der Meissel durch die quer zur Zellenlängsachse verfahrbare Katze 57 an der Stirnseite der Elektrolysezelle 18 bis zur Zellenlängsachse gefahren wird und dort mit dem Brechen der Schlackenkruste automatisch beginnt. Die Katze 57 fährt während des Brechens kontinuierlich zum Zellenrand zurück, sodnss der Brechvorgang ebenso kontinuierlich erfolgt. Der Abstand der Einschlagpunkte wird lediglich durch das Tempo der Einschlagbewegung und die Fahrgeschwindigkeit der Katze 57

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bestimmt. Dadurch wird erreicht, dass die Schlackenkruste auf der ganzen Einschlaglänge vollständig gebrochen werden kann und auf der Einschlaglinie keine nichtcingeschlagenen Krustenschollen stehen bleiben.

Treten beim Brechen der Schlackenkruste, insbesondere an den Längsseiten der Elektrolysezellen, durch Widerstände entstehende seitliche Kräfte auf, die horizontal auf den Krustenbrechermeissel und parallel zur Zellenlängsachse wirken, wird (wie bereits erwähnt) bei bekannten Konstruktionen (z.B. nach dem deutschen Patent 1 275 285) ein selbsttätiges Ausweichen des Krustenbrechermeissels dadurch ermöglicht, dass der lotrecht angeordnete Einschlagbaum am ' oberen Ende gelenkig aufgehängt ist und nur durch sein Eigengewicht in seiner normalen Arbeitsstellung gehalten wird. Das Ausv/eichen erfolgt dann bereits bei verhältnismässig geringen Seitenkräften, sodass unterschiedlich harte Schlackenkrusten nicht vollständig gebrochen werden.

Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemässe Torsionseinrichtung 139 (Fig· 1 und J>) dadurch vermieden (Fig. 10 und 11), dass der am vorderen Ende des horizontal angeordneten Einschlagbaumes 92 befindliche Krustenbrechermeissel 75 so schwenkbar befestigt ist, dass die Schwenkachse mit der Einschlagbaumachse zusammenfällt. Der Hammer 8j5 mit dem "

Krustenbrechermeissel 75 wird durch starke, nachstellbare Federn 107 lotrecht gehalten und schwenkt beim Auftreten von Seitenkräften gegen die Federkraft aus. Es sind selbstverständlich auch Federanordnungen in Form von Torsionsstäben möglich.

Der Krustenbrecherhammer 83 und der Krustenbrechermeisse 75 sind arn vorderen Ende einer Drehachse I08 befestigt. Am anderen Ende befindet sich die Knagge 109, die von zwei

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Stösseln no und den vorgespannten Federn 107'in der Mittellage gehalten wird. Diese Anordnung wird von den Federtopfen 111 und den Nachstellstopfen 112 umschlossen und ist im Einschlagbaum 92 eingebaut.

Es muss vermieden v/erden, dass gleichzeitig mit dem Brechen der Schlackenkruste 27 örtlich zu viel Tonerde in den Elektrolyten 24 gelangt und dadurch ein ungünstiger Ofengang entsteht. Zu diesem Zweck wird die Tonerdeschicht vor dem Meissel 75 (in Arbeitsrichtung gesehen) gegen den Zellenrand weggezogen und hinter dem Meissel 75 in Richtung gegen die Anoden 19 über die Schlackenkruste 27 verteilt.

Der Ofenmanipulator gemäss dem Beispiel ist mit einer aus zwei Tonerdekratzern 113 (zu beiden Seiten des Meisseis 75) bestehenden Vorrichtung ausgerüstet, die in den Figuren 1 und 2 erkennbar und in den Figuren 12 bis I7 in ihrer Wirkungsweise näher dargestellt ist.

Jeder der beiden Tonerdekratzer 113 besteht aus dem Kratzerblatt 114 (Fig. 12), das auf der Schwenkachse 115 am freien Ende des Kratzerarrnes II6 beweglich gelagert und durch die Rückstellfedern II7 in normaler Arbeitslage gehalten wird. Beim Auftreten von Widerständen während des Zurückziehens oder des Ausbreitens der Tonerdedecke kann das Kratzerblatt gegen die Anode bezw. gegen den Zellenrand federnd ausschwenken. Die Splinte II8 verhindern ein Herausrutschen der Schwenkachse 115· Der Kratzerarm Ho wird durch den pneumatischen Arretierzylinder II9 mit Kolben 120 und Kolbenstange 121 über das Betätigungsgelenk 122 in Arbeitsoder Ruhelage geschwenkt. Letztere Lage ist in Fig. Γ5 gezeigt.

Die Schiebebewegung des Kratzerarmes II6 erfolgt durch den Schiebezylinder 123 mit Kolben 124 und Kolbenstange 125.

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Die beschriebene Anordnung ist auf der Wippe 126 befestigt und auf der Achse 127 gelagert. Das Herausheben des Kratzers aus der Tonerdeschicht und das Wiederhineinsenken in dieselbe erfolgen durch eine Schwenkbewegung der Wippe 126. Diese Bewegung wird von dem Oszillationszylinder 128 mit Kolben 129 und Kolbenstange 130 gesteuert.

Fig. 14 zeigt den Tonerdekratzer nach der Operation des Wegziehens der Tonerdeschicht. Das Kratzerblatt befindet sich am Punkt 131 der strichpunktierten Arbeitsbahn 132.

Fig. 15 zeigt die Stellung des Kratzerblattes Il4 nach dem Herausheben aus der Tonerdeschicht. Das Blatt bewegt

sich vom Punkt 131 in der Nähe des Zellenrandes zum Punkt j

I33 der Arbeitsbahn I32. Der Antrieb für diese Bewegung erfolgt durch den. Oszillationszylinder 128.

Fig. l6 zeigt das Kratzerblatt nach der Bewegung vom Punkt 133 der Arbeitsbahn 132 über die Tonerdeschicht hinweg zum Punkt 134 in Anodennähe. Der Antrieb für diese horizontale Bewegung wird vom Schiebezylinder 123 besorgt.

Fig. 17 zeigt das in die Tonerdedecke in Anodennähe abgesenkte Kratzerblatt 114. Die Bewegung ist vom Punkt 134 zum Punkt I35 der Kratzerbahn I32 erfolgt. Die Vertikalbewegung des Kratzerblattes 114 wird von dem Oszillationszylinder 128 besorgt. Die Bewegung des Kratzerblattes 114 " vom Punkt 135 zum Punkt I31 bewirkt das Wegziehen der Tonerdeschicht gegen den Zellenrand. Bei der Bedienung der Stirnseiten der Zellen werden die Tonerdekratzer in Ruhestellung gehalten.

Die zugeführte Tonerde ist verhältnismässig kalt. Sie wird durch die Arbeit der Tonerdekratzer mit der bereits vorhandenen, warmen Tonerde vermischt, was eine Verbesserung der Ofenführung bewirkt.

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Der vom Ofenmanipulator mitgeführte Tonerdebunker fasst in der Regel 2,5 bis 7 t Aluminiumoxid. Es wird ein möglichst grosser Inhalt angestrebt, damit die Betankungsabstände und dadurch auch die Dauer des Tonerdeaustragens gross gehalten werden können. Aus dem Tonerdeaustragrohr fliessen in der Sekunde je nach Einstellung der Dosiereinrichtung normalerweise zwischen 5OO· und 2000 g Aluminiumoxid aus.

Die Harnmerauslenkvorrichtung und die Torsionseinrichtung machen es möglich, den Ofenmanipulator während der Arbeit des Krustenbrechers (d.h. des Einschiagens der Schlackenkruste) mit einer kontinuierlichen Fahrgeschwindigkeit von beispielsweise 10 cm/s laufen zu lassen. Die Fahrgeschwindigkeit des Ofenmanipulators bei Leerfahrt ist selbstverständlich höher.

Die Zahl der Einschläge des Krustenbrechers beträgt in der Regel 40 bis 70 pro Minute. Die Antriebsleitungen des Ofenmanipulators sind zum Beispiel wie folgt:

Für die Brückenfahrt 2 χ 20 bis 2 χ 25 kV/, für die Katzfahrt etwa 10 kW pro Katze.

Die eingebaute Druckluftzentrale liefert beispielsweise 5 bis 8 nö/min bei 6 bis 7 atü und einer Antriebsleistung des Kompressors von etwa 40 kW. Der Vorteil der Anordnung einer eigenen Druckluftversorgungseinrichtung auf dem Ofenmanipulator ist das Entfallen langer nachgeschleppter Schläuche, die einen grossen Druckverlust, von beispielsweise 7 auf 5 atü, mit sich bringen. Ein zu geringer Druck der zu verwendenden Pressluft hat zur Folge, dass die Bewegungen der Steuerelemente, Druckluftkolben und Druckluftwerkzeuge zu wenig intensiv erfolgen und gelegentlich zum Teil oder ganz ausfallen;

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Der horizontale Einschlagbaum 1st nicht an einen Halbportalkran gebunden. Ein Portalkran wäre auch brauchbar, ebenso ein Brückenlaufkran. Ein Halbportalkran ist billiger, weil die Kranbrücke nicht so lang wird.

Der horizontale Einschlagbaum, der beim Erfindungsgegenstand eine erhebliche Rolle spielt, ist bei automatischen Krustenbrechern noch nicht bekannt.

Die Erfindung gilt grundsätzlich nicht nur für Krustenbrecher, die durch eine feste Bahn geführt sind, sondern auch für solche, die auf manuell lenkbaren Fahrzeugen montiert sind, und auch für Krustenbrecher ohne Tonerdeaustragung.

In dem Beispiel nach Fig. 18 werden in einem Bedienungndurchgang des Manipulators die Längsseiten der Elektrolysezellen in der Reihenfolge a, b, c usw. eingeschlagen, wobei gleichzeitig Tonerde zugegeben wird. Bei der Rückfahrt des Manipulators werden, ebenfalls bei gleichzeitiger Tonerdezugabe, die Längsseiten d, e, f usw. der Zellen bedient.

Die Bedienung der Stirnseiten mit dem Manipulator kann nach dem Beispiel nach Fig. I9 in der Weise programmiert werden, dass bei einem Durchgang die halben Stirnseiten g, h, i, k, 1, m usw. eingeschlagen v/erden. Bei der Rückfahrt werden dann die halben Stirnseiten n, o, p, q, r, s U.3W. der anderen Zellenseite bedient.

In Fig. 20 ist die Reihenfolge des Einschiagens jeweils einer halben Stirnseite, einer ganzen Längsseite und wieder einer halben Stirnseite skizziert, und zwar in der Reihenfolge t, u, ν bezw. auf der anderen Zellenreihenseite w, x, y.

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Fig. 21 veranschaulicht das gleichzeitige Einschlagen von nacheinander zwei halben Stirnseiten, zwei ganzen Längsseiten und wieder zwei halben Stirnseiten mit zwei einander gegenüberliegenden Krustenbrechern.

Die Steuerteile des Manipulators können auch mit beliebig anderen Bedienungsprogrammen versehen sein.

Eine besondere Einrichtung erlaubt, für jede Zelle das Programm von zentraler Stelle beliebig einzustellen bezw. dieses völlig zu löschen, wenn zum Beispiel eine Zelle ausser Betrieb ist.

Die Zellenreihen sind vorzugsweise so eingerichtet, dass sich am Anfang einer jeden Reihe eine detankungsstation befindet, aus der die Silos des Manipulators automatisch mit Tonerde gefüllt werden. Die Zahl der bei einem Durchgang des Manipulators zu bedienenden Zellen ist zweckrnässig so bemessen, dass bei der letzten bedienten Zelle die Tonerdesilos leer sind und gerade dort wieder eine Betankungsstation zum automatischen Beschicken des Manipulators steht. Der Arbeitsrythmus des Manipulators einschliesslich des Betankens erfolgt nach angegebenem Programm. Die Zeitabstände zwischen den Bedienungen sind ebenfalls programmiert.

Die aus bekannten Elementen zusammengesetzte Steuerung ist so ausgelegt, dass sowohl ein automatischer als auch ein manuell gesteuerter Betrieb des Manipulators mößlich ist.

Der Ofenmanipulator nach dem Beispiel vermeidet das Nachschleppen verlustreicher Druckluftleitungen dadurch, dass auf der in Fig. 1 dargestellten Kranbrücke 10 ein Kompressor 59 ^mifc Antriebsmotor 40 und ein Luftkessel 4l untergebracht sind.

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Schliesslich wird der hohe Luf'tverbrauch bei den bekannten Krusteneinschlagvorrichtungen in dem erfindurigsgemässen Beispiel dadurch vermieden, dass der für die Bewegung des Einschlagbaumes 92 nach Fig. 1 zuständige Druckluftzylinder 77 bei der ersten Einschlagbewegung im Differenzdruckbetrieb arbeitet (d.h. es werden die Flächen Ij5o und 137 des Kolbens Γ38 gleichzeitig mit Druckluft beaufschlagt), ohne dass der Drucklufthammer 83 in Tätigkeit gesetzt wird. Falls die Schlackenkruste 27 (Fig. 1 und j5) bei dieser ersten Einschlagbewegung noch nicht gebrochen ist,, wird die Fahrbewegung des Manipulators automatisch gestoppt und beim zweiten Einschlagversuch nur die grössere Kolbenfläche Γ56 beaufschlagt, sodass sich d'-e Einschlagkraft erhöht. Dabei wird der Drucklufthammer 83 noch nicht eingeschaltet. Wenn auf diese Weise die Schlackenkruste 27 immer noch nicht durchbrochen ist, wird der Drucklufthammer 83 zusätzlich eingeschaltet. Dieses letzte Arbeitsspiel wird über ein Zeit- oder Zählglied solange wiederholt, bis eine vorgegebene Zeit oder eine vorgegebene Hubzahl für den Einschlagbaum <)2 verstrichen ist. Dann erst fährt der Manipulator weiter, und beim nächsten Niedergang des Einschlagbaumes wird das Arbeitsspiel fortgesetzt.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1. Für das Aufbrechen der Schlackenkruste in Aluminium-Schmelzflußelektrolysezellen bestimmter, fahrbarer Krustenbrecher mit Einschlagbaum, pneumatischem Krustenbrecherhammer und Krustenbrechermeißel, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschlagbaum (92) horizontal angeordnet ist,

fc eine Vorrichtung (76) zum Verstellen des Hubbereiches des Krustenbrecherhammers (83) und des Meißels if'j) nach oben und unten aufweist und mit einer pneumatischen Vorrichtung (86) zum Auslenken des Krustenbrechers (7*0 in einer vertikalen Ebene parallel zur Einschlagbaumlängsachse versehen ist.

2. Krustenbrecher nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichn et, daß der Krustenbrecherhammer (83) mit Meißel (75) mit einem Druckluftzylinder (87) mit Kolben (88) und Kolbenstange (89) fest verbunden und um die Achse (85) schwenkbar ist, wobei die Zylinderräume (90 und 91) an ein Steuerventil (9*0 angeschlossen sind, das die Druckluft in "einer solchen Wei-

) se steuert, daß die Kraft zum Halten des Krustenbrechermeißels in normaler Arbeitsstellung im Augenblick des Auftreffens auf die Schlackenkruste vermindert wird.

3. Krustenbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krustenbrecherhammer (83) mit Meißel (75) um eine Drehachse (I08) federnd schwenkbar ist, die mit der Einschlagbaumlängsachse zusammenfällt oder zu dieser parallel ist.

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H. Krustenbrecher nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (I08) am hinteren Ende des Einschlagbaumes (92) eine Knagge (Io9) trägt, die von zwei Stößeln (llo), den Federn (Io7) und den Nachstellstopfen (112) in der Mittellage gehalten wird, wobei Stößel (llo), Federn (Io7) und Nachstellstopfen (112) in den Federtöpfen (111) gelagert sind und zusammen mit der Knagge (Io9) eine Torsionsvorrichtung (139) bilden, die bei Auftreten von seitlichen Widerständen ein Ausweichen des Meißels (75) in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Einschlagbaumlängsachse gestattet.

5. Krustenbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er (7¹O auf einer quer zur Zellenlängsachse verfahrbaren Katze (57) montiert ist und dadurch das Einschlagen der Schlackenkruste auch an den Stirnseiten der Elektrolysezellen ermöglicht.

6. Krustenbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Krustenbrechermeißel (75)jin Fahrrichtung gesehen, je ein Tonerdeaustragrohr (5*1) angeordnet iet.

7. Krustenbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem j Krustenbrechermeißel (75), in Fahrrichtung gesehen, je ein Tonerdekratzer (113) angeordnet ist, wobei der Tonerdekratzer vor dem Meißel (75) so eingerichtet ist, daß er im Betrieb die Tonerdedecke (28) gegen den Zellenrand zurückzieht und der Tonerdekratzer hinter dem Meißel (75) im Betrieb die Tonerde in Richtung auf die Anode (19) ausbreitet.

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