DE2553032B2 - Kontaktschiene aus elektrisch leitendem Material - Google Patents
Kontaktschiene aus elektrisch leitendem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktschiene der im Oberbegriff des Anspruchs I näher bezeichneten
Art sowie auf die Verwendung dieser Kontaktschiene in einer elektrolytischen Zelle.
zessen (US-PS 24 43 112) werden Reihen von elektrolytischen Zinkzellen verwendet, wobei jede Zelle den
Elektrolyten enthäh. Die Anoden und Kathoden jeder Zelle sind in gleichen Abständen und in alternierender
Folge parallel zueinander angeordnet Die Anoden sind
in dem gewählten Elektrolyten unlöslich und bestehen
üblicherweise aus Blei oder aus einer Silber-Bleilegierung. Die Anoden sind mit Kopfschienen versehen,
welche die Zelle überspannen und aus einem elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer, herge
stellt sind. Die Kathoden sind dagegen aus Aluminium
blech hergestellt Diese Bleche erleichtern das Abstreifen des an den Kathoden niedergeschlagenen Zinks. Die
Kathoden sind ebenfalls mit Kopfschienen aus einem elektrisch leitendem Materia1, übliolirweise Aluminium
hergestellt Die Kopfschienen sämtlicher Elektroden stehen über die Seiten der Elektroden hinaus, die sie
durch Schwerkraftwirkung haltern sollen. Einer der überstehenden Bereiche jeder Kopfschiene ist an seiner
Unterseite mit einer Kerbe in Form eines umgekehrten
V versehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kontaktschiene der eingangs erwähnten Art zu
schaffen, welche einerseits die Elektroden einer elektrolytischen Zelle halten und andererseits einen
so guten elektrischen Kontakt mit den Kopfschienen
bildet, d. h, einen innigen Metall-Metall-Kontakt, so daß dem Durchtritt eines elektrischen Stroms zwischen den
Kontaktschienen und den gekerbten Bereichen der Kopfschienen ein Minimum an elektrischem Wider
stand entgegengesetzt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kontaktschiene nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 10
gekennzeichnet
Die erfindungsgemäße Kontaktschiene, welche eine generell zylindrische Form sowie einen mit spulenförmigen Eindrehungen versehenen Mittelabschnitt besitzt,
erzeugt Schräg-Beriihrungskontakte zwischen den die
h5 spulenförmigen Eindrehungen bildenden Ringnuten und
den in den Elektroden-Kopfschienen ausgebildeten Kerben. Die spulenförmigen Eindrehungen werden
durch Einschneiden von Ringnuten in gleichen Abstän-
den in die generell zylindrische Kontaktschiene hergestellt Wenn die Kerben in den Kopfschienen in die
Ringnuten zwischen den spulenförmigen Eindrehungen der Kontaktschiene positioniert werden, erzeugt das
Gewicht der Elektroden Schräg-Berührungskontakte von hohem Anpreßdruck, woraus eine ausgezeichnete
Stromübertragung zwischen den Kopfschienen und den Kontaktschienen resultiert
Die erfindun^sgemäße Kontaktschiene ist, wie bereits
erwähnt, über ihre gesamte Länge zylindrisch und besteht aus elektrisch leitendem Metall. Über ihre
Länge voll- und teilzyiindrisch ausgebildete Kontaktschienen sind als »zylindrisch« bezeichnet Die Endabschnitte
jeder Kontaktschiene sind Vollzylinder, während der Mittelabschnitt mit spulenförmigen Eindrehungen
versehen ist Dieser Mittelabschnitt wird durch Einschneiden einer Vielzahl von Ringnuten erzeugt,
weichein gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet
sind. Diese Ringnuten sind über die Länge des Mittelabschnitts identisch oder abwechselnd identisch
ausgebildet und durch zylindrische Schienenabschnitte
gegenseitig getrennt Jede einzelne Ringiut besitzt einen zylindrischen Mittelbereich, der einen wesentlich
geringeren Durchmesser als die zylindrischen Endabschnitte der Kontaktschiene besitzt Der Mittelbereich
der Ringnuten sollte schmaler ausgebildet sein als die Breite der Elektroden-Kopfschienen in deren gekerbten
Bereichen. Die Ringnuten besitzen abgeschrägte Seitenwände, die sich an gegenüberliegenden Seiten des
zugeordneten zylindrischen Mittelabschnittes gegenüberliegen. Im Ergebnis bilden die Ringnuten somit
spulenförmige Eindrehungen, welche eine zylindrische Form und kegelstumpfförmige Seitenwände aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Kontaktschienen können insbesondere für elektrolytische Zellen zur Gewinnung
von Zink verwendet werden, doch ist auch eine Verwendung in Zellen zur elektrolytischen Gewinnung
von anderen Metallen, wie beispielsweise Kupfer. Kadmium, Kobalt, Blei, Nickel und Silber in Metallgewinnungsoier
Metallraffinationsprozessen möglich.
Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Kontaktschiene näher erläutert, welche in Zellen zur
elektrolytischen Zinkgewinnung verwendet werden kann. Es ztigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Zellenreihe, bei der die erfindungsgemäße Kontaktschiene
verwendet wird,
Fig.2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kontaktschiene,
F i g. 3 e*ne Seitenansichc einer speziell ausgebildeten
erfinduiigsgemäßen Kontaktschiene zur Verwendung
bei den endseitigen Zellen der Zellenreihe, und
F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines endseitigen Kopfstückes, das an einem Ende jeder Kathoden-Kopfschiene
starr befestigt ist.
Da F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Reihe elektrolytischer Zellen mit den erfindungsgemäßen Kontaktschienen
ist, zeigt diese Figur lediglich zwei Zellen an dem einen Ende der Zellenreihe und einen Teil einer Zelle an
dem anderen Ende der Zellenreihe. Die Darstellung sämtlicher Zellen der Reihe würde eine untunliche
Wiederholung darstellen. Die veranschaulichten Zellen sind ebenfalls zur Vermeidung von Wiederholungen in
Längsrichtung der Reihe aufgeschnitten, wie mit den Schnittlinien 10 und 11 angedeutet ist. Ferner ist die
Zellenreihe quer zur Reihe aufgeschnitten, wie mit den Schnittlinien 12 und 13 veranschaulicht ist Die beiden
Zellen auf der linken Seite von Fig. 1 sind mit den
Bezugszeichen 14/4 und 145 versehen, während die endseitige Zelle auf der rechten Seite von Fig. i mi ι
dem Bezugszeichen 15 versehen ist. Die Zellen 14Λ und
15 sind somit die beiden endseitigen Zellen. Sämtliche dazwischenliegenden Zellen der Reihe ähneln der Zelle
14Ä In diesen Zellen sind die mit 16 bezeichneten Elektroden die Anoden, während die Kathoden mit 17
ίο bezeichnet sind.
Sämtliche Zellen besitzen einen herkömmlichen rechteckförmigen Aufbau. An jedem benachbarten
Zellenpaar sind im wesentlichen rechteckförmige Isolatoren 19 befestigt, derart, daß jeder Isolator die
ιϊ beiden benachbarten Zellwände überbrückt In jedem
Isolator 19 ist eine Nut 20 vorgesehen, um eine erfindungsgemäße Kontaktschiene so zu positionieren,
daß sie mit ihrer Längsachse in gleichen Abständen zwischen den parallel angeordneten Seitenwänden der
Zellen liegt Eine derartige Kontakt? .hiene ist in F i g. 1
dargestellt und mit dem Bczugszeichci: 2\ verschen.
In Fig.2 ist eine Kontaktschiene 21 in größerem Maßstab veranschaulicht Wie hieraus hervorgeht
besitzt die Kontaktschiene 21 zwei zylindrische Endabschnitte 22 und einen mit spulenförmigen
Eindrehungen versehenen Mittelabschnitt 23. Dieser, mit spulenförmigen Eindrehungen versehene Mittelabschnitt
23 wird dadurch hergestellt, daß Ringnuten 25 in
regelmäßigen Abständen eingeschnitten werden. Jede Ringnut 25 besitzt einen zylindrischen Mittelbereich 26
und. zwei abgeschrägte Wandbereiche 27. Die abgeschrägten Wandbereiche 27 sind kegelstumpfförmig
ausgebildet Die Ringnuten 25 sind durch zylindrische Schienenabschnitte 28 voneinander getrennt. Die
zylindrischen Mittelbereiche 26 bilden zusammen mit den abgeschrägten Wandbereichen 27 symmetrisch
geformte »Spulen«, die über die Länge des mit spuienförmigen Eindrehungen versehenen M'Uelabschnittes
23 gegenseitig durch die zylindrischen
4G Schienenabschnitte 28 getrennt sind.
Pie Kanten zwischen den abgeschrägten Wandbereichen 27 und den Schienenabschnitten 28 können leicht
abgerundet sein, um das Einsetzen der Elektroden in die Zellen zu erleichtern.
Die Länge der zylindrischen Mittelbereiche 26 der Ringnuten 25 wird durch die Breite der Elektroden Kopfschienen
bestimmt, während die Länge der zylindrischen Schienenabschnitte 28 durch den erforderlichen
Abstand zwischen den Elektroden der Zelle bestimmt wird. Der Durchmesser der Mittelbereiche 26
der Ringnuten 25 sollte ausreichend groß bemessen werden, um den erforderlichen Strom führen zu können.
Die Tiefe der Ringnuten 26 sollte so gewählt werden, daß der Berührungskontakt zwischen den Kopfschienen
und der Kontaktschiene etwa in der Mitte der abgeschrägten Wandbereiche 27 hergestellt wird. Diese
Abmessungen können in Abhängigkeit von dem speziellen, zu gewinnenden Metall variieren. Beispielsweise
ist bei der Jektrolytischen Zinkgewinnung die Länge des zylindrischen Schienenabschnittes 28 etwa
gleich der Länge des Mittelbereiches 26 jeder Ringnut 25, während die Schrägung der Wände der Ringnut, d. h..
die Schrägung der Bereiche 27, bevorzugt 45 Grad beträgt und der Durchmesser des Mittelbereichs 26
>a jeder Ringnut 25 einen Wert im Bereich zwischen dem
0,33- und dem 0,75fachen Wert des Durchmessers des zylindrischen Endabschnittes 22 besitzt und insbesondere
gleich der Hälfte dieses Durchmessers ist. Die
Kontaktschiene muß selbstverständlich aus einem Metall hergestellt sein, das ein guter elektrischer Leiter
ist. Bevorzugterweise bestehen die Kontaktschienen aus Kupfer.
An der Endzelle 14/4 ist längs der äußeren Stirnwand
29 ein Anoden-Endzellisolator 30 angebracht. Perner ist längs der äußeren Stirnwand 29 eine Kontaktplatte II,
und zwar ebenfalls aus Kupfer, angeordnet. Diese Kontaktplatte 31, welche nicht Bestandteil der Erfindung
ist, ist in herkömmlicher Weise an eine Stromsammeischiene angeschlossen, welche die /eile
mit elektrischer Energie versorgt. Die Endzelle 15 auf
der rechten Seite von Fig. I ist mit einem Kathodcn-Endzcllenisolator
32 versehen und besitzt ebenfalls cinr
Kontaktplatte 33 zur Herstellung eines Kontaktes mit der Stromsammeischiene, die an diesem F.nde der
Zellenreihe angeordnet ist.
Zur Herstellung eines Kontaktes mit den Pinnen 31 und 33 werden spezielle, naibzyünurische Kontaktschienen
34 verwendet, von denen eine in F i g. 3 veranschaulicht ist. Diese speziellen Kontaktschienen 34 werden
dadurch hergestellt, daß die erfindungsgemäßen Kontaktschienen 21 der Länge nach aufgeschnitten werden.
Die Kontaktschienen 34 werden mit ihren ebenen Flächen (welche bei dem Aufschneiden der Kontakt
schienen 21 entstehen) auf die mit den Endzellen der Zellenreihe verbundenen Kontaktplatten 31 und 33
aufgesetzt und verbunden, wobei die erwähnten ebenen Flächen nach unten weisen.
Falls erwünscht, können die Kontaktschienen 21 und 34 einstückig oder in zwei oder mehreren Stücken
hergestellt werden, die in bekannter Weise miteinander verbunden werden.
Bei der elektrolytischen Zinkgewinnung umfaßt jede Kathode 17 eine Aluminium-Kopfschiene 35 mit
Rechteckquerschnitt, die an ihrer Oberseite zwei angeschweißte Griffe 36 zum Anheben und an ihrer
Unterseite ein angeschweißtes Aluminiumkathodenblech aufweist. Die Kathodenbleche tauchen in den
Elektrolyten der Zelle ein. (Die Kathodenbleche, die unmittelbar unterhalb den Kopfschienen 35 liegen, sind
aus Fig. 1 nicht ersichtlich, da diese eine Draufsicht darstellt). Jede Kopfschiene 35 ragt über jede Seite des
Kathodenblechs hinaus, um die Kathode 17 durch Schwerkraftwirkung zu haltern.
An das eine Ende jeder Kathoden-Kopfschiene 35 ist ein in F i g. 4 näher dargestelltes Kupfer-Kontaktstück
37 angeschweißt. Die Kontaktstücke 37 befinden sich., wie F i g. 1 zeigt, an den rechten Enden der dargestellten
Kathoden 17. Jedes Kontaktstück 37 weist an seiner Unterseite eine Ke:be 37 in Form eines umgekehrten V
auf. deren Seitenwände in bevorzugter Weise eine Schrägung mit einem Winkel von etwa 45 Grad
bezüglich der Längsachse der Kathoden-Kopfschiene 35 (und des daran angeschweißten Kontaktstückes 37)
aufweisen. Das Kontaktstück 37 sollte eine Breite besitzen, weiche größer ist als die Breite des
zylindrischen Mittelbereichs 26 jeder Ringnut 25 der Kontaktschiene 21.
Obwohl die Verwendung einer V-förmigen Kerbe 37y4 bevorzugt ist, bei der beide Seitenwände einen
Winkel von 45 Grad bezüglich der Längsachse der Kopfschiene und des damit verbundenen Kontaktstükkes
37 einschließen und damit der von der Kerbe eingeschlossene Winkel bevorzugt 90 Grad beträgt
kann dieser eingeschlossene Winkel bis zu 75 Grad verringert und bis zu 105 Grad vergrößert werden. Ein
eingeschlossener Winkel von über 105 Grad gestattet
eine unerwünschte Bewegung der Elektroden relativ zu
den Kontaktschienen, wohingegen ein eingeschlossener
Winkel von weniger als 75 Grad ungünstig ist, da hieraus ein Verklemmen der Elektroden-Kopfschienen
mit den Kontaktschienen resultieren kann. Die Kupfer-Kontaktstücke 37 werden bevorzugt mit Silber beschichtet,
bevor sie mit den Aluminium-Kopfschienen 35 verschweißt werden. Die Kupfer-Kontaktstücke 37
sollten eine solche Masse besitzen, die ausreicht, um ohne Erwärmung den gesamten Strom zu führen; ferner
sollte eine ausreichende Vlenpc Schweißmaterial an der Verbindungssielle /wischen jedem Kupfer-Kontaktstück
37 und seiner zugeordneten Kathoden-Kopfschiene Vi verwendet werden, um bei den Strömen, für
welche dir Zelle ausgelegt ist. eine Wärmebildung zu vermeiden.
Bei der elektrolytischen Zinkgewinnung umfaßt jede Anode 16 eine Kupfer-Kopfschiene Ϊ8, welche über jede
Seite eines aus einer Siiber-Bieiiegierung besiehenuen
Anodenbleches übersteht, das an die Basis der Kupfer-Kopfschiene 38 angeschweißt ist. (Diese Anodenbleche
sind aus Fig. 1 nicht ersichtlich, da diese eine Draufsicht darstellt und die Anodenbleche
unmittelbar unterhalb den Mittelbereichen der Kopfschienen 38 liegen.) Die Kopfschienen 38 sind jeweils
mit einem Mantel aus Antimonblei versehen, so daß die Anodenbleche an diesen Mantel und nicht unmittelbar
an die Ktspfer-Kopfschienen 38 angeschweißt sind. Die
Anodenbleche sind vorzugsweise aus einer Silber-Bleilegierung hergestellt und können von oben nach unten
leicht konisch verlaufen. Die Anooen-Kopfschienen 38 sind vorzugsweise mit Abstandshaltern 40 versehen, die
dazu dienen, um die gewünschte parallele, alternierende Abstandsbeziehung zwischen den Anoden 16 und den
Kathoden 17 aufrecht zu halten. An dem einen Ende jeder Anoden-Kopfschiene 38 sind die überstehenden
Endbereiche mit V-förmigen Kerben 41 versehen, welche die gleiche Form und den gleichen eingeschlossenen
Winkel wie die umgekehrt V-förmigen Kerben 37/4 in den Kupfer-Kontaktstücken 37 aufweisen.
Die Form und die Herstellungswerkstoffe der Elektroden und deren Teile sind nicht Gegenstand der
Erfindung. Es versteht sich, daß die verwendeten Elektroden hinsichtlich ihrer Form und der Herstellungswerkstoffe
variieren können, so daß sie für die elektrolytische Gewinnung von Metallen, wie beispielsweise
Kupfer, Kadmium, Kobalt, Blei, Nickel, Silber und Zink, geeignet sind. Das einzig wesentliche, überstimmende
Merkmal der Elektroden ist die umgekehrt V-förmige Kerbe in dem einen Ende der Elektroden-Kopfschiene.
Bei der Zelle 14/4 kann festgestellt werden, daß die
V-förmigen Kerben 41 an der Unterseite der Anoden-Kopfschienen 38 in jeder zweiten Ringnut der
halbzylindrischen Kontaktschiene 34 liegen. Die gegenüberliegenden Enden jeder Anoden-Kopfschiene lagern
auf einem Isolierpolster 42, das mit dem Isolator 19 an den gegenüberliegenden Seiten der Zelle verbunden ist
Im Falle der Kathoden-Kopfschienen 35 der Zelle 14Λ lagert das eine Ende auf einem mit dem Isolator 30
an der Außenseite der Zelle verbundenen Isolierpolster 43, während das andere Ende, dh, dasjenige Ende,
welches das mit der V-förmigen Kerbe 37Λ versehene Kupfer-Kontaktstück 37 umfaßt in einer der Ringnuten
25 der zylindrischen Kontaktschiene 21 an der rechten Seite der Zelle lagert Die Kontaktschiene 37 der
Kathoden der Zelle 14Λ belegen alternierend aufeinanderfolgende
Ringnuten der zwischen den Zellen 14/4
und 14ßangeordneten zylindrischen Kontaktsehiene 21. Die anderen Ringnuten werden von den gekerbten
Außenseiten der Anoden-Kopfschienen 38 der Anoden
17 der Zelle 14ß belegt. Zwischen jedem benachbarten Zellenpcar ist in ähnlicher Weise eine zylindrische
Kontaktsehiene 21 angeordnet. An der äußeren Wand der letzten Zelle 14 ist natürlich, wie bereits erwähnt.
eine wcrere halbzylindrische Kontaktschiene 34 vorgesehen.
Von dieser Kontaktschiene 34 wird nur die Hälfte der Ringnuten verwendet, in welche die V-förmigen
Kerben 37A der Kontaktstücke 37 am rechten Ende der
Kathoden-Kopfschienen 35 der Zelle 15 eingesetzt sind (vgl. F ig. I).
Obwohl in den Figuren die Ringnuten der Kontaktschiene 21 über die gesamte Länge der Kontaktschiene
identisch dargestellt sind, können sie auch nur alternierend identisch ausgebildet sein. Dies ist manchmal
erwünscht, um Anoden-Kopfschienen zu verwenWo dickere Anoden-Kopfschienen verwendet werden,
sollten die zur Halterung dieser Kopfschienen vorgesehenen Ringnuten breiter sein als die zur Halterung der
Kathoden vorgesehenen Ringnuten. Anstelle son identischen Ringnuten besitzt daher die Kontaktschiene
in diesem Falle eine erste Reihe alternierend identischer, verhältnismäßig schmaler Ringnuten und eine
zweite Reihe alternierend identischer, verhältnismäßig breiter Ringnuten. In diesem Falle besitzt die Kontaktschiene
Ringnuten, die als alternierend identisch bezüglich der Mittellinien beschrieben werden können,
die in gleichen Abständen über die Länge des mit spulenförmigen Eindrehungen versehenen Mittelabschnitts
23 verteilt sind.
Die Querschnittsflächen der Kontaktschienen müssen ausreichend bemessen sein, um sowohl den baulichen als
auch den elektrischen Anforderungen zu genügen. Im Falle einer Kupfer-Kontaktschiene ist eine minimale
Querschnittsfläche von etwa 6,452 cm- je 1000A Stromstärke erforderlich. Für andere Metalle kann
diese Beziehung abweichen.
Wenn von einer in Betrieb befindlichen Zelle Elektroden entfernt werden, erhöht sich die Stromdichte
in den verbleibenden Elektroden der Zelle und damit der Stromfluß durch die Teile der Kontaktschiene
zwischen den in benachbarten Ringnuten verbleibenden Elektroden. Es ist daher notwendig, daß die Querschnittsfläche
der Kontaktschiene ausreichend ist, um den erhöhten Strom zu führen. Wenn die Querschnittsfläche
zu gering ist, treten unerwünschte Effekte, wie beispielsweise eine Verbiegung oder eine Überhitzung
auf.
Der maximale Stromfluß durch die Kontaktschiene oder durch einen Teil der Kontaktschiene tritt auf, wenn
die maximal zulässige Anzahl von Elektroden, d.h., Kathoden und/oder Anoden von der Zelle entfernt wird,
wobei der von den verbleibenden Elektroden geführte Strom ebenfalls seinen Maximalwert besitzt Die
minimale Querschnittsfläche der Kontaktschiene und insbesondere die Querschnittsfläche der zylindrischen
Schienenabschnitte 28 muß ausreichend groß sein, um den Fluß eines Stroms zu gestatten, der etwa gleich der
maximalen Strombelastung einer einzelnen Elektrode ist
Wenn beispielsweise jede zweite Kathode von einer Zelle entfernt wird, verdoppelt sich die Stromdichte in
den verbleibenden Kathoden: gleichzeitig verdoppelt sich auch der Strom, der von der Kontaktschiene
zwischen benachbarten Anoden geführt wird, welche in Berührung mit dieser Kontaktschiene und einer
verbleibenden Kathode stehen. Da im normalen elektrolytischen BetriLb nur die Hälfte der Kathoden,
d. h., jede zweite Kathode, von einer Zelle gleichzeitig entfernt werden, sollte die minimale Querschnittsfläche
der zylindrischen tndabschnitte der Kontaktschiene, und vorzugsweise diejenige zwischen den Kontaktstellen
benachbarter Elektroden, so gewählt werden, daß sie den Fluß eines Stroms durch die Kontaktschiene
in gestattet, der wenigstens etwa gleich der Strombelastung
einer einzelnen Anode ist.
Obwohl der [irfiudungsgedanke nicht an die theoretische
Erklärung der außerordentlich zufriedenstellenden, mit der erfindungsgemäßen Kontaktschiene erzielten
ι> Ergebnisse gebunden ist. wird doch angenommen, daß
die ausgezeichneten erzielten Kontakte den nachstehend angeführten Umständen zuzuschreiben sind.
Ein Kontakt, der am besten als »Schräg-Berührungs-KuiHütu« ücSliii icuL'ii wciueii kann, wuu /.wisOi'icii ^a/
2i) den den Kathoden- und Anodenarmaturen zugeordneter,
V-förmigen Kerben 37/1 und 41 und (b) den kegclstumpfförmigen Seitenwänden 27 der Ringnuten
25 hergestellt, in welche die V-förmigen Kerben positioniert sind. Jeder Kontakt steht unter einem
.. extrem hohen Kontaktdruck, der von dem Gewicht der Elektroden ausgeübt wird. Die Stärke des übertragenen
elektrischen Stroms jndcrt sich unmittelbar mit dem
Kontaktdruck. Da die Elektroden ziemlich schwer sind, wird an den Schräg-Berührungskontaktstellen zwischen
in den Kerben der Elektrodenarmaturen und den Seitenwänden
27 der Ringnuten 25 ein hoher Druck erzeugt. Es versteht sich, daß das Gewicht einer Elektrodenarmatur
einen Druck längs den Tangenten der abgeschrägten Oberflächen erzeugt, welche die Seitenwände
r, 27 der Ringnuten 25 bilden. Die Form des mit den spulenförmigen Eindrehungen versehenen Abschnitts
der Kontaktschienen erhöht daher den Druck je Kontakt, woraus die Fähigkeit resultiert, hohe Ströme
ohne unerwünschten Spannungsabfall je Kontakt zu führen.
Zu den erfindungsgemäß erzielten Vorteilen gehört, daß die mit spulenförmigen Eindrehungen versehene
Kontaktschiene die Positionierung und Abstandshaltung der Kopfschienen und ihrer zugeordneten
4-) Elektroden in drei Dimensionen ermöglicht, wenn die
Kontaktschiene mit den umgekehrt V-förmigen Kerben der Elektroden-Kopfschienen zusammenwirkt. Die
Kopfschienen der Elektroden der Zelle sind daher in drei Dimensionen eindeutig positioniert.
so Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kon taktschienen besteht darin, daß die von ihnen gebildeten
Schräg-Berührungskontakte selbstentwässernd sind, wodurch das Entstehen von Salzablagerungen an den
Kontaktstellen verhindert wird. Derartige Salzablage rangen müssen unbedingt vermieden werden, da sie die
Bildung von niederohmigen Metall-Metallkontakten physikalisch verhindern.
Die mit spulenförmigen Eindrehungen versehenen, erfindungsgemäßen Kontaktschienen besitzen eine
hohe Lebensdauer, da sie von Zeit zu Zeit gedreht werden können, um unverbrauchte Schräg-Berührungskontaktstellen zu schaffen, sobald der Wirkungsgrad der
in Benutzung befindlichen Kontaktstellen durch Verschleiß oder physikalische Beschädigung beeinträchtigt
wird Im Falle der mit identischen Ringnuten ausgebildeten, halbzylindrischen Kontaktschienen 34 kann ferner
aufgrund der Tatsache, daß bei diesen Kontaktschienen zu jedem beliebigen Zeitpunkt nur die Hälfte der
Ringnuten benutzt wird, die Lebensdauer dadurch verdoppelt werden, daß diese Kontaktschienen um ein
dem Abstand zwischen zwei benachbarten Ringnuten entsprechendes Stück in Längsrichtung verschoben
werden.
Es hat sich gezeigt, daß der mittlere Spannungsabfall
an den Kontakten gering ist. Beispielsweise beträgt bei der elektrolytisohen Zinkgewinnung der mittlere Spannungsabfall
an einem Kathodenkontakt 20 mV oder weniger bei Stromstärken bis zu 1500 A. Ferner hat sich
gezeigt, daß ein Betrieb bei Strömen bis zu 3000 A je Kontakt bei einem mittleren Spannungsabfall je
Kontakt von 40 mV oder weniger möglich ist. Aufgrund der Gewichtsdifferenz zwischen Anoden und Kathoden
ist der beobachtete Spannungsabfall je Kontakt bei den einen verhältnismäßig hohen Druck aufweisenden
Anodenkontakten geringer als bei den Kathodenkontakten, da die Anoden schwerer sind als die Kathoden.
Λ/ Λ »».Λ O >
Λ η Λ, ...nl*
den Elektrolyten ausgesetzten Teile der Kopfschienen und der Kontaktschienen mit einem Schutzmaterial
überzogen werden, beispielsweise mit geeigneten Werkstoffen wie Kunststoff, Farbe, Gummi, Metall oder
Metallegierung, wobei die Metall-Metallkontakte zwischen den Elektroden-Kopfschienen und den Kon'aktschienen
erhalten bleiben.
Nachstehend sollen zwei spezielle Beispiele angeführt werden, welche die mit erfindungsgemäßen Kontaktschienen
bei einem elektrolytischen Zinkgewinnungsprozeß erzielten Ergebnisse veranschaulichen.
Die nachstehende Tabelle A veranschaulicht anhand eines Vergleichs zwischen den bei der elektrolytischen
Zinkgewinnung üblicherweise verwendeten Kontakten
und den erfindun<?sgemäß erzielten Schräg-Berührungskontakten
die Verringerung des mittleren Spannungsabfalls je Kontakt der Anode und Kathode sowie die
Erhöhung des über den Kontakt geführten Stroms.
Tabelle Λ
Sehriig- | Herkömm | |
Herührungs- | liche | |
kontakte | Kontakle | |
Stromstärke | KK)O-1250 | 700 |
pro Kontakt (A) | ||
Mittlerer Spannungsabfall | 5.8 | -K- |
pro Kontakt an | ||
der Anode (mV) | ||
Mittlerer Spannungsabfall | 17 | 40 |
pro Kontakt an | ||
der Kathode (mV) |
*) Die herkömmliche Anoden Kopl'schiene ist an die
tak(stange angeschweißt.
tak(stange angeschweißt.
Die nachstehende Tabelle B veranschaulicht, daß durch die Verwendung erfindungsgemäßer Kontaktschienen
der Strom je Schräg-Berührungskontakt bis zu 3000 A erhöht werden kann, wobei der mittlere
Spannungsabfall je Kontakt auf den bei herkömmlichen Verfahren erzielten Werten oder noch darunter
gehalten werden kann. Die Temperatur des Elektrolyten in den Zellen betrug 35° C.
Stromstärke pro Kontakt (A)
Mittlerer Spannungsabfall pro Kontakt
an der Anode (mV)
an der Anode (mV)
Mittlerer Spannungsabfall pro Kontakt
an der Kathode (mV)
an der Kathode (mV)
Mittlere Betriebstemperatur an den Kontakten der
Anode ( C)
Anode ( C)
Kathode ( C) 1500
20
37
39
2000
40
48
48
2500
9
9
34
47
60
3000
10
10
40
60
78
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen:
Die erfindungsgemäße Kontaktschiene ist für eine Verwendung bei elektrolytischen Zellen mit alternierenden, im gleichen Abstand angeordneten Anoden und Kathoden vorgesehen. Die Elektroden besitzen jeweils Kopfschienen, wobei jede Kopfschiene einen überstehenden, an ihrer Unterseite gekerbten Endbereich aufweist Die erfindungsgemäßen Kontaktschienen können besonders vorteilhaft bei solchen Zellen eingesetzt werden, die für die elektrolytische Gewinnung von Metallen, wie beispielsweise Kupfer, Kadmi um, Kobalt, Blei, Nickel, Silber und Zink verwendet werden. Die Kontaktschienen sind generell zylindrisch
Die erfindungsgemäße Kontaktschiene ist für eine Verwendung bei elektrolytischen Zellen mit alternierenden, im gleichen Abstand angeordneten Anoden und Kathoden vorgesehen. Die Elektroden besitzen jeweils Kopfschienen, wobei jede Kopfschiene einen überstehenden, an ihrer Unterseite gekerbten Endbereich aufweist Die erfindungsgemäßen Kontaktschienen können besonders vorteilhaft bei solchen Zellen eingesetzt werden, die für die elektrolytische Gewinnung von Metallen, wie beispielsweise Kupfer, Kadmi um, Kobalt, Blei, Nickel, Silber und Zink verwendet werden. Die Kontaktschienen sind generell zylindrisch
so und besitzen zylindrische Endabschnitte sowie einen mit spulenförmigen Eindrehungen versehenen Mittelabschnitt Der mit spulenförmigen Eindrehungen versehene Mittelabschnitt wird durch Ausbilden einer Vielzahl
von alternierend identischen Ringnuten hergestellt, deren Mittellinien über die Länge des erwähnten
Mittelabschnitts in gleichen Abständen verlaufen. Die Seitenwände der Ringnuten sind abgeschrägt und bilden
kegelstumpfförmige Wände, weiche sich auf gegenüber-
liegenden Seiten der betreffenden Ringnut gegenüber·
s;ehen. Jede dieser spulenförmigen Kontaktschienen
erzeugt mit dem gekerbten Bereich einer zugeordneten Kopfschiene einen ausgezeichneten elektrischen Kontakt,
wobei das Gewicht der Elektroden einen hohen
Kontaktdruck zwischen den gekerbten Kopfschicnen und den Stellen auf den Seitenwänden der Ringnuten
gewährleistet. Der auf diese Weise erzeugte Kontakt kann am zutreffendsten als »Schräg-Berührungskontakt«
beschrieben werden.
Hierzu 2 Bl;iit Zeichnungen
Claims (10)
1. Kontaktschiene aus elektrisch leitendem Material für eine elektrolytische Zelle mit alternierend im
Abstand angeordneten Anoden und Kathoden, welche jeweils eine Kopfschiene aufweisen, dadurchgekennzeichnet, daß
(a) jede Kopfschiene (35,38) einen überstehenden,
an seiner Unterseite mit einer Kerbe (41) versehenen Endbereich aufweist;
(b) die Kontaktschiene (21) zylindrische Endabschnitte (22) und einen mit spulenförmigen
Eindrehungen versehenen Mittelabschnitt (23) aufweist;
(c) der mit äpulenförmigen Eindrehungen versehene Mittelabschnitt (23) durch eine Vielzahl
alternierend identischer Ringnuten (25) gebildet ist, deren Mittellinien über die Länge des
Mitteiaäschnitts (23) in gleichen Abständen verteilt sind, und
(d) jede Ringnut folgende Bereiche (26, 27) aufweist;
(aa) einen zylindrischen Mittelbereich (26), dessen Durchmesser wesentlich geringer
als der Durchmesser der zylindrischen Endabschnitte (22) ist und der schmaler als
die Breite des gekerbten Endbereiches der Kopfschienen ist, und
(bb) zwei kegelstumpfförmige Bereiche (27), die sieb auf gegenüberliegenden Seiten des
zylindrischen Mittelbereichs (26) jeder Ringnut (25) gegenüberstehen.
2. Kontaktschiene nacüi Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Ringnut (25) von der nächsten benachbarten Ringnut durch einen zylindrischen Schienenabschnitt (28) getrennt ist und daß
jeder zylindrische Schienenabschnitt (28) im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die zylindrischen Endabschnitte (22) besitzt
3. Kontaktschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes zylindrischen
Schienenabschnittes (28) im wesentlichen gleich der Länge jedes zylindrischen Mittelbereichs (26) der
Ringnuten (25) ist
4. Kontaktschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes
zylindrischen Mittelbereichs (25) im wesentlichen gleich dem halben Durchmesser der zylindrischen
Endabschnitte (22) der Kontaktschiene (21) ist
5. Kontaktschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den kegelstumpfförmigen Bereichen (27) der Ringnuten (25)
mit der Längsachse der Kontaktschiene (21) eingeschlossene Winkel etwa 45 Grad beträgt
6. Kontaktschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschiene
(21) aus Kupfer besteht
7. Kontaktschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes
zylindrischen Mittelbereichs (26) gleich dem 0,33- bis 0,75fachen Durchmesser der zylindrischen Endabschnitte (22) der Kontaktschiene (21) ist.
8. Kontaktschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ringnuten
(25) identisch sind.
9. Kontaktschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschiene
(34) eine ebene Anlagefläche hat (F i g, 3), derart, daß
die Endabschnitte (22), die Mittelbereiche (26) und die Schienenabschnitte (28) teilzylindrisch ausgebildet sind.
10. Kontaktschiene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschiene (34) den
Teilen einer in der Längsachse aufgeschnittenen Kontaktschiene (21) mit vollzylindrischen Endabschnitten (22), Mittelbereichen (26) und Schienenabschnitten (28) entspricht
. 11. Verwendung der Kontaktschienen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 bei einer
elektrolytischen Zelle für die Metallgewinnung, insbesondere Zinkgewinnung.
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