DE2553032C3

DE2553032C3 - Kontaktschiene aus elektrisch leitendem Material

Info

Publication number: DE2553032C3
Application number: DE2553032A
Authority: DE
Inventors: Richard Deane; Ronald N Honey; Clifford J Krauss
Original assignee: Teck Metals Ltd
Current assignee: Teck Metals Ltd
Priority date: 1974-11-28
Filing date: 1975-11-26
Publication date: 1981-09-03
Also published as: GB1490309A; JPS5625277B2; ES442975A1; DE2553032A1; YU39753B; TR18566A; FR2292779A1; NO753835L; MX3226E; FI58356B; IT1056286B; NO142179B; AU8691875A; BG39114A3; BE836102A; PL107694B1; DE2553032B2; FR2292779B1; FI58356C; NL7513406A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktschiene der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf die Verwendung dieser Kontaktschiene in einer elektrolytischen Zelle.

Bei bekannten elektrolytischen Zinkgewinnungsprozessen (US-PS 24 43 112) werden Reihen von elektrolytischen Zinkzellen verwendet, wobei jede Zelle den Elektrolyten enthält. Die Anoden und Kathoden jeder Zelle sind ic gleichen Abständen und in alternierender Folge parallel zueinander angeordnet. Die Anoden sind

3d 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, hergestellt sind. Die Kathoden sind dagegen aus Aluminiumblech hergestellt. Diese Bleche erleichtern das Abstreifen des an den Kathoden niedergeschlagenen Zinks. Die Kathoden sind ebenfalls mit Kopfschienen aus einem elektrisch leitendem Material, üblicherweise 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 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 Widerstand 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

co gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Kontaktschiene, welche eine generell zylindrische Form sowie einen mit spulenförmigen Eindrehungen versehenen Mittelabschnitt besitzt, erzeugt Schräg-Berührungskontakte zwischen den die spulenförmigen Eindrehungen bildenden Ringnuten und ■n 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 erfindungsgemäße Kontaktschiene ist, wie bereits erwähnt, über ihre gesamte Länge zylindrisch und besteht aus elektrisch leitendem Metall. Über ihre Länge voll- und teilzylindrisch 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, welche in 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 Ringnut 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 scnit spulenförmige Eindrehungen, weiche 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 Metallgewinnungs- oder 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 zeigt

Fig. 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 eine Seitenansicht einer speziell ausgebildeten erfindungsgemäßen 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 Zeileni eihe und einen Teil einer Zelle an dem anderen Endü der Zellenreihe. Die Darstellung sämtlicher Zellen cter 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

•»ο

Schnittlinien 12 und 13 veranschaulicht ist. Die beiden Zellen auf der linken Seite von F i g. 1 sind mit den Bezugszeichen HA und 14Z? versehen, während die endseitige Zelle auf der rechten Seite von F i g. 1 mit dem Bezugszeichen 15 versehen lsi. 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 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 beiden benachbarten Zellwände überbrückt. In jedem Isoktor 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 Kontaktschiene ist in F i g. 1 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 21 versehen.

In F i g. 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 spulenfö'migen Eindrehungen versehene Minelabschnitt 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 spulenförmigen Eindrehungen versehenen Mittelabschnittes 23 gegenseitig durch die zylindrischen Schienenabschnitte 28 getrennt sind.

Die 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 elektrolytischen 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 betrat und der Durchmesser des Mittelbereichs 26 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. Ferner ist längs der äußeret! Stirnwand 29 eine Kontaktplatte 31, 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 Zelle mit elektrischer Energie versorgt. Die Endzelle 15 auf der rechten Seite von F i g. 1 ist mit einem Kathoden-Endzellenisolator 32 versehen und besitzt ebenfalls eine Kontaktplatte 33 zur Herstellung eines Kontaktes mit der Stromsammeischiene, die an diesem Ende der Zellenreihe angeordnet ist.

Zur Herstellung eines Kontaktes mit den Platten 31 und 33 werden spezielle, halbzylindrische 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 Kontaktschienen 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 F i g. 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 Kerbe 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, welche größer ist als die Breite des zylindrischen Mittelbereichs 26 jeder Ringnut 25 der Kontaktschiene 21.

Obwohl die Verwendung einer V-förmigen Kerbe 37A 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

ίο ohne Erwärmung den gesamten Strom zu führen; ferner sollte eine ausreichende Menge Schweißmaterial an der Verbindungsstelle zwischen jedem Kupfer-Kontaktstück 37 und seiner zugeordneten Kathoden-Kopfschiene 35 verwendet werden, um bei den Strömen, für welche die Zelle ausgelegt ist, eine Wärmebildung zu vermeiden.

Bei der elektrolytischen Zinkgewinnung umfaßt jede Anode 16 eine Kupfer-Kopfschiene 38, welche über jede Seite eines aus einer Silber-Bleilegierung bestehenden

2u Anodenbleches übersteht, das an die Basis der Kupfer-Kopfschiene 38 angeschweißt ist. (Diese Anodenbleche sind aus F i g. 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 Kupfer-Kopfschienen 38 angeschweißt sind. Die Anodenbleche sind vorzugsweise aus einer Silber-Bleilegierung hergestellt und können von oben nach unten leicht konisch verlaufen. Die Anoden-Kopfschienen 38 sind vorzugsweise mit Abstandshaltern 40 versehen, die dazu dienen, um die gewünschte parallele, alternierende Abstandsbeziehung zwischen den Anoden 16 und den

j5 Kathoden 17 aufrecht zu halten. An dem einen Ende jeder Anoden-Kopf schiene 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 37Λ 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

so V-förmige Kerbe in dem einen Ende der Elektroden-Kopfschiene.

Be: 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, d.h., dasjenige Ende, welches das mit der V-förmigen Kerbe 37A 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 14.A belegen alternierend aufeinanderfolgende Ringnuten der zwischen den Zellen 14,4

und 14ß angeordneten zylindrischen Kontaktschiene 21. Die anderen Ringnuten werden von den gekerbten Außenseiten der Anoden-Kopfschienen 38 der Anoden 17 der Zelle 14ß belegt. Zwischen jedem benachbarten Zellenpaar ist in ähnlicher Weise eine zylindrische Kontaktschiene 21 angeordnet. An der äußeren Wand der letzten Zelle 14 ist natürlich, wie bereits erwähnt, eine weitere 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. Fig. 1).

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 verwenden, welche dicker sind als die Kathoden-Kopfschienen. Wo dickere Anoden-Kopfschienen verwendet werden, sollten die zur Halterung dieser Kopfschienen vorgesehenen Ringnuten breiter sein als die zur Halterung der Kathoden vorgesehenen Ringnuten. Anstelle von 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 cm² je 1000 A 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 Betrieb nur die Hälfte der Kathoden, d. h., jede zweite Kathode, von einer Zelle gleichzeitig entfernt werden, sollte die minimale Querschnittsfläche der zylindrischen Endabschnitte 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 Erfindungsgedanke nicht an die theoretische Erklärung der außerordentlich zufriedenstellenden, mit der erfindungsgemäßen Kontaktschiene erzielten Ergebnisse gebunden ist, wird doch angenommen, daß die ausgezeichneten erzielten Kontakte den nachstehend angeführten Umständen zuzuschreiben sind.

Ein Kontakt, der am besten als »Schräg-Berührungskontakt« beschrieben werden kann, wird zwischen (a)

2(i den den Kathoden- und Anodenarmaturen zugeordneten V-förmigen Kerben 37Λ und 41 und (b) den kegelstumpfförmigen 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 ändert sich unmittelbar mit dem Kontaktdruck. Da die Elektroden ziemlich schwer sind, wird an den Schräg-Berührungskontaktstellen zwischen 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 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 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.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kontaktschienen besteht darin, daß die von ihnen gebildeten SchräK-Berührungskontakte selbstentwässernd sind, wodurch das Entstehen von Salzablagerungen an den Kontaktstellen verhindert wird. Derartige Salzablagerangen müssen unbedingt vermieden werden, da sie die Bildung von niederohmigen Metall-Metallkontakten physikalisch verhindern.

Die mit spulenförmigen Eindrehungen versehenen, erfindungsgemäßen Kontaktschienen besitzen eine

bo 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 elektrolytischen 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.

Falls erwünscht, können die einer Korrosion durch 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 Kontakt- :5 schienen erhalten bleiben.

Nachstehend sollen zwei spezielle Beispiele angeführt •verden, welche die mit erfindungsgemäßen Kontaktschienen bei einem elektrolytischen Zinkgewinnungsprozeß erzielten Ergebnisse veranschaulichen.

Beispiel 1

Die nachstehende Tabelle A veranschaulicht anhand eines Vergleichs zwischen den bei der elektrolytischen Zinkgewinnung üblicherweise verwendeten Kontakten Ji und den erfindungsgemäß erzielten Schräg-Berührungskontakten die Verringerung des mittleren Spannungsabfalls je Kontakt der Anode und Kathode sowie die Erhöhung des über den Kontakt geführten Stroms.

Tabelle A

Schräg- llerkömm-

Berührungs- liehe
kontakte Kontakte

Stromstärke
pro Kontakt (A)
Mittlerer Spannungsabfall
pro Kontakt an
der Anode (mV)

Mittlerer Spannungsabfall
pro Kontakt an
der Kathode (mV)

1000-1250 700

5,8

40

*) Die herkömmliche Anocien-Kopfschiene ist an die Kontaktslange angeschweißt.

Beispiel 2

Die nachstehende Tabelle B veranschaulicht, daß durch die Verwendung erfindungsgemäßer Kontaktschienen der Strom je Schräg-Berührungskontakt bis zu 3000A 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.

Tabelle B

Stromstärke pro Kontakt (A)

Mittlerer Spannungsabfall pro Kontakt
an der Anode (mV)

Mittlerer Spannungsabfall pro Kontakt
an der Kathode (mV)

1000

13

Mittlere Betriebstemperatur an den Kontakten der
Anode ( C)

Kathode* C) 1500

20

37
39

2000

40
48

2500
9

34

47
60

3000
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, Kadmium, Kobalt, Blei, Nickel, Silber und Zink verwendet werden. Die Kontaktschienen sind generell zylindrisch 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, welche sich auf gegenüber-

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liegenden Seiten der betreffenden Ringnut gegenüber- Kontaktdruck zwischen den gekerbten Kopfschienen

stehen. Jede dieser spulenförmigen Kontaktschienen und den Stellen auf den Seitenwänden der Ringnuten

erzeugt mit dem gekerbten Bereich einer zugeordneten gewährleistet. Der auf diese Weise erzeugte Kontakt

Kopfschiene einen ausgezeichneten elektrischen Kon- kann am zutreffendsten als »Schräg-Berührungskon-

takt, wobei das Gewicht der Elektroden einen hohen > takt« beschrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktschiene aus elektrisch leitendem Material für eine elektrolytische Zelle mit alternierend im Abstand angeordneten Anoden und Kathoden, welche jeweils eine Kopfschiene aufweisen, dadurch gekennzeichnet, 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) dec mit spulenförmigen Eindrehungen versehene Mittelabschnitt (23) durch eine Vielzahl alternierend identischer Ringnuten (25) gebildet ist, deren Mittellinien über die Länge des Mittelabschnitts (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 sich auf gegenüberliegenden Seiten des zylindrischen Mittelbereichs (26) jeder Ringnut (25) gegenüberstehen.

2. Kontaktschiene nach 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 I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschiene (21) aus Kupfer besteht.

7. Kontaktschiene nuch 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.