DE2804911A1

DE2804911A1 - Vorrichtung zum einfuellen einer anodenpaste

Info

Publication number: DE2804911A1
Application number: DE19782804911
Authority: DE
Inventors: Yosio Kawase; Tadaaki Ohiwa
Original assignee: Sumitomo Aluminum Smelting Co
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-02-06
Publication date: 1978-08-10
Also published as: JPS572277B2; FR2379618A1; ATA71778A; AT364895B; SE416060B; NO780408L; IT7847944A0; JPS5397914A; ES466663A1; US4148706A; CA1109827A; NO142843B; NO142843C; DE2804911C2; FR2379618B1; GB1559360A; IT1105292B; BR7800703A; SE7801263L

Description

KRAUS & WEISERT

PATENTANWÄLTE £ Q U *4 ζ} { (

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8O0O MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-79 7078 · TELEX O5-S12156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

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1746 WK/ps

SUMITOMO ALUMINIUM SMELTING COMPANY, LIMITED Osaka, Japan

Vorrichtung zum Einfüllen einer Anodenpaste

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Füllen einer Anodenpaste in ein Anodenloch, das gebildet wird, wenn ein Anodenkontaktbolzen bei einer vertikalen Söderberg-Aluminiumelektrolysezelle ausgetauscht wird.

Bei der vertikalen Söderberg-Aluminiumelektrolysezelle werden Stahlanodenkontaktbolzen von oben in eine Anode eingesetzt, und das obere Ende des Anodenkontaktbolzens wird zur Zuleitung eines elektrischen Stromes an eine Anodenstromschiene angeschlossen. Das untere Ende des Anodenkontaktbolzens ist mit der Anode durch Einbrennen in eine selbstbackende Schicht der Anode verbunden und geht mit fortschreitendem Verbrauch der Anode im Verlauf der elektrolytischen Reduktion des Aluminiums aus einem gelöstes Aluminiumoxid enthaltenden Kryolit-Bad nach unten. Wenn der Anodenkontaktbolzen ein gewissen Maß nach unten gegangen ist und sein unteres Ende in die Nähe der Unterseite der Anode kommt, wird der Anodenkontaktbolzen herausgezogen; und ein neuer Anodenkontaktbolzen weiter oben in die Anode eingesetzt. Dabei verbleibt dort, wo der Anodenkontaktbolzen herausgezogen wurde, in der Anode ein Loch. Da der neue Anodenkontaktbolzen weiter oben als vorher eingesetzt werden muß, bleibt unter dem unteren Ende des neuen Anodenkontaktbolzens ein Leerraum und, falls der neue Anodenkontaktbolzen ohne Beseitigung des Loches zur Verwendung käme, würde keine Stromleitung mehr erfolgen. Der Ausweg besteht deshalb normalerweise darin, daß eine flüssige, halbflüssige oder feste Anodenpaste in das durch das Herausziehen des Anodenkontaktbolzens gebildete Loch nachgefüllt und ein neuer Anodenkontaktbolzen weiter oben eingesetzt wird.

Bei Anodenpasten für die Aluminiumelektrolysezelle lassen sich zwei Arten unterscheiden: eine Masse, die im Oberteil der Anode sich in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindet, und eine Paste, die sich im Oberteil der Anode nicht in einem flüssigen oder halbflüssigen Zustand befindet. Im allgemeinen wird übli-

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cherweise die erstere Art der Anodenpaste verwendet, hauptsächlich deswegen, weil eine flüssige oder halbflüssige Paste von selbst in das beim Herausziehen des Anodenkontaktbolzens gebildete Loch fließt. Somit ist es in diesem Falle nicht erforderlich, die Anodenpaste durch besondere zusätzliche Mittel in das durch das Herausziehen des Anodenkontaktbolzen gebildete Loch nachzufüllen.

Bei der ersteren Art der Anodenpaste kann es jedoch zu einer Entmischung der Bestandteile der Anodenpaste kommen, und die Anode weist häufig eine in senkrechter Richtung unterschiedliche Zusammensetzung auf, wobei sich verschiedene Schichten bilden und zwar eben, weil sich diese Art der Anodenpaste in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindet. Außerdem weist die Anode eine geringe scheinbare Dichte auf, und sowohl die Ablenkfestigkeit und Druckfestigkeit nehmen niedrige Werte an. Demgemäß werden häufig beim Ziehen eines Anodenkontaktbolzens Anodenschwierigkeiten festgestellt, wie z.B. Austreten der Paste und Kohlenstoffausscheidung, und letztlich treten schwerwiegende Nachteile auf, wie z.B. erhöhter Elektrodenabbrand und Energieverbrauch. Weiterhin besteht bei dieser Art der Anodenpaste das Problem, daß aus der oberen ungebrannten Oberfläche der Anode flüchtige Bestandteile, wie z.B. Teer- oder Pechdünste, austreten, was zu einer beträchtlichen Verschlechterung der Luftbedingungen im Betrieb führt.

In der letzten Zeit gewann deshalb die zweite Art der Anodenpaste, die sich im Oberteil der Anode nicht in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindet, zunehmende Bedeutung und wurde auch bereits eingesetzt. Es wurden auch bereits Verbesserungen des Verfahrens zur Herstellung von Aluminium unter Verwendung dieser Art der Anodenmasse vorgeschlagen (siehe z.B..US-PS 4 021 318).

Bei Anwendung der Anodenpaste, die sich im Oberteil der Anode

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nicht in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindet, bleibt nach dem Ausziehen eines Anodenkontaktbolzens ein Loch, und es ist daher erforderlich, Anodenpaste in das Loch nachzufüllen. Üblicherweise nimmt man dafür eine Anodenpaste, die einen etwas niedrigeren Erweichungspunkt als die im Oberteil der Anode als Hauptrohmaterial für die Anode eingetragene Anodenpaste in fester Brikettform aufweist und normalerweise gleich nach dem Einfüllen in das Anodenloch in einen flüssigen oder halbflüssigen Zustand übergehen kann. Üblicherweise wird die Paste in Form von Pulvern oder Granulaten geliefert, kommt aber auch in flüssigem Zustand in Frage.

Es stand Jedoch bisher noch keine geeignete Vorrichtung zum Nachfüllen einer derartigen Anodenpaste zur Verfügung, und das Nachfüllen mußte daher von Hand durchgeführt werden. Die manuelle Durchführung erfordert einen hohen Arbeitskräfteaufwand, und die Durchführung selbst ist sehr zeitraubend.

Auf Grund eingehender Untersuchungen über Vorrichtungen zum zeitsparenden Nachfüllen einer Anodenpaste in ein beim Herausziehen eines Anodenkontaktbolzens aus einer vertikalen Söderberg-Aluminiumelektrolysezelle entstehendes Anodenloch wurde nun eine Vorrichtung gefunden, die die genannten Bedingungen dadurch erfüllt, daß ein Anodenpasten-Beschickungsarm und ein Trichter auf einer längs der Elektrolysezelle beweglichen Trageinrichtung vorgesehen sind, wobei es sich bei der Trageinrichtung um eine Einrichtung handelt, wie sie bereits bisher schon für verschiedene Zwecke auf dem betreffenden Gebiet eingesetzt wurde.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zum Nachfüllen einer Anodenpaste für eine vertikale Söderberg-Aluminiumelektrolysezelle, die einen Anodenpasten-Beschikkungsarm mit einer Anodenpastenfördereinrichtung und einer horizontal beweglichen Funktion zum Beschicken der Anodenpaste in

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ein beim Herausziehen eines Anodenkontaktbolzens aus der Anode einer Aluminiumelektrolysezelle entstehendes Anodenloch und einen Trichter zur Lagerung der Anodenpaste und Förderung dieser nach Bedarf zum Anodenpasten-Beschickungsarm enthält, wobei der Anodenpasten-Beschickungsarm und der Trichter auf einer längs der Aluminiumelektrolysezelle beweglichen Trageinrichtung vorgesehen sind.

Die vorliegende Erfindung wird unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen nachfolgend ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Seitenansichten einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Anodenpasten-Beschickungsarms gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht einer Anordnung eines Trichters und eines Anodenpasten-Beschickungsarms gemäß-der Erfindung.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachfüllen der Anodenpaste außer Betrieb, d.h. der Anodenkontaktbolzen ist normal eingesetzt. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachfüllen der Anodenpaste in Betrieb, d.h. einer der Anodenkontaktbolzen wurde herausgezogen.

In Fig. 1 ist ein Kontaktbolzen 2 in die Anode 1 einer Aluminiumelektrolysezelle eingesetzt, und die Anode 1 geht zusammen mit dem Anodönkontaktbolzen 2 entsprechend dem Abbrand an der Unterseite der Anode nach unten. Wenn der Anodenkontaktbolzen ein gewisses Maß nach unten gegangen ist, faßt eine Greifeinrichtung den Anodenkontaktbolzen 2 an dessen oberem Ende und zieht ihn gemäß.Fig. 2 aus der Anode 1. Der herausgezogene Anodenkontaktbolzen wird an einer anderen Stelle gegen einen neuen Anodenkontaktbolzen ausgewechselt, und die Greifeinrichtung 11 .kehrt dann

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wieder in die Ausgangsstelltang zurück, in der der neue Anodenkontaktbolzen höher als vorher gesetzt wird. Die Greifeinrichtung 11 ist an einer Trageinrichtung 10 aufgehängt, die längs der Elektrolysezelle beweglich ist und von einem Bedienungsraum 12 an der Trageinrichtung 10 aus bedient wird.

In Fig. 1 und 2 ist die Trageinrichtung 10 als Laufkran dargestellt; sie kann jedoch auch auf dem Flur fahrend ausgeführt werden. Als eine auf dem Flur fahrende Trageinrichtung kann beispielsweise ein Wagen verwendet werden. Es können zwei längs der Elektrolysezelle bewegliche Trageinrichtungen vorgesehen werden; die eine zum Auswechseln des Anodenkontaktbolzens und die andere zum Nachfüllen der Anodenpaste gemäß der Erfindung, die keine Einrichtung zum Auswechseln des Anodenkontaktbolzens aufweist. Bei einer derartigen Konstruktion behindern sich jedoch die beiden Trageinrichtungen gegenseitig, wodurch der Betrieb erschwert wird. Daher wird vorzugsweise die einzelne Trageinrichtung mit den Mitteln zum Auswechseln des Anodenkontaktbolzens, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, angewandt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Anodenpasten-Beschikkungsarm 20 und ein Trichter 40 an einer Trageinrichtung 10 vorgesehen. Eine große Menge Anodenpaste 4 wird in einem Trichter 40 gespeichert und einem kleinen Trichter 41 auf dem Anodenpasten-Beschickungsarm 20 durch eine Leitung 41 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung zugeführt. Bei Auswechseln des Anodenkontaktbolzens, d.h. wenn der Anodenkontaktbolzen 2 mit Hilfe der Greifeinrichtung 11 auf der Trageinrichtung 10 herausgezogen ist, wird der Anodenpasten-Beschickungsarm 20 bis an die Stelle des Anodenloches 3> das durch das Herausziehen des Anodenkontaktbolzens aus der Anode 1 gebildet wurde, ausgefahren und die Anodenpaste 4 aus einer öffnung 22 am vorderen Ende des Beschickungsarms in das Anodenloch 3 eingebracht.

Der Anodenpasten-Beschickungsarm 20 muß eine horizontale Fahr-

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funktion aufweisen» um die Anodenpaste in, ein an jeder beliebigen Stelle befindliches Anodenloch einzubringen und muß außerdem eine Fördereinrichtung für die Anodenpaste besitzen, um die Anodenpaste in den kleinen Trichter 21 durch den Beschickungsarm zur öffnung 22 zu transportieren.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Ausführung des Anodenpasten-Beschickungsarms gezeigt, bei der der Anodenpasten-Beschikkungsarm 20 aus einer Führung 23 und einem Läufer 24 besteht. Die horizontal bewegliche Funktion kann leicht dadurch vorgesehen werden, daß der Läufer 24 auf einer Führung 23 in horizontaler Richtung durch einen Antrieb 25, z.B. einen ölhydraulischen Hylinder, verschoben wird. In Fig. 3 ist ein Ende des Antriebs 25 an der Führung 23 befestigt und das andere Ende desselben an dem Läufer 24 befestigt, der durch Ausfahren oder Einziehen des Antriebs horizontal bewegt werden kann. Auf dem Läufer 24 ist eine Anodenpasten-Fördereinrichtung 26, z.B. eine Förderschnecke vorgesehen. In Fig. 3 ist der Läufer 24 bis zur Stelle des Anodenloches, das mit Anodenpaste gefüllt werden soll, ausgefahren und die Anodenpasten-Fördereinrichtung 26 in Betrieb, wodurch die Anodenpaste 4 im kleinen Trichter 21 in das Anodenloch aus der öffnung 22, die im vorderen Ende des Läufers 24 vorgesehen ist, eingebracht wird. Eine ausgefahrene Stellung ist auf der linken Seite der Fig. 3 durch abwechselnd zwei lange und zwei kurze gestrichelte Linien gezeigt.

Außer einer Förderschnecke können ein Förderband, ein Schwingförderer etc. als Anodenpasten-Fördereinrichtung eingesetzt werden.

Als horizontal bewegliche Funktion des Beschickungsarms ist es möglich, zusätzlich zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführung der Führung und des Läufers sowohl deri Beschickungsarm 20 als auch den Trichter 40 als eine Einheit horizontal zu bewegen.

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Die Anodenpaste wird in das Anodenloch in einer Menge nachgefüllt, die einer Differenz zwischen der Höhe des alten Anodenkontaktbolzens und der des neuen Anodenkontaktbolzens entspricht. Vorzugsweise wird deshalb eine Zuteileinrichtung zur Einbringung einer bestimmten Menge Anodenpaste vorgesehen, und zwar dadurch, daß die Fördereinrichtung mit Hilfe eines Zeitschaltwerks etc. jeweils eine bestimmte Zeit lang betätigt wird. Als Zuteileinrichtung kann zusätzlich ein Verfahren zur zeitlich begrenzten Betätigung eines Drehschiebers, ein Verfahren zur Dosierung der Anodenpaste mit einer Einrichtung, die ein bestimmtes Volumen zuteilt etc., eingesetzt werden.

Da das Anodenloch gewöhnlich eine Innentemperatur von 500° bis 90O⁰C besitzt, werden sofort beim Einsetzen der Anodenpaste in das Anodenloch in der vorgeschriebenen Weise flüchtige Stoffe, wie z.B. rauchartige Dämpfe, erzeugt. Es ist deshalb zweckmäßig, zum Absaugen der flüchtigen Stoffe auf dem Anodenpasten-Beschikkungsarm eine Einrichtung zum Absaugen der Dämpfe vorzusehen. Beispielsweise werden bei der Ausführung des Beschickungsarms gemäß Fig. 3 sowohl die Führung 23 als auch der Läufer 24 hohl ausgeführt, und es wird eine öffnung 27 im Läufer bis zur Stelle des Anodenloches zusammen mit der öffnung 22 zum Einbringen der Anodenpaste durchgeführt. Dadurch, daß im hohlen Inneren der Führung und des Läufers ein Unterdruck geschaffen wird, können die flüchtigen Stoffe in die öffnung 27 abgesaugt werden. Die so abgesaugten flüchtigen Stoffe können zur Abscheidung durch ein Zyklon, eine Wäscheranlage etc. geleitet werden. Derartige Abscheider werden ausführlich in der JA-OS 61106/77 beschrieben.

Der Anodenpasten-Beschickungsarm wird vorzugsweise entweder mit einer Drehfunktion oder einer senkrechten Verstellfunktion oder beidem ausgeführt. Die Drehfunktion läßt sich dadurch darstellen, daß der Anodenpasten-Beschickungsarm 20 auf einem Rahmen 31 über Lagerungen 32 abgestützt wird und, wie in Fig. 3 dargestellt, an

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den Lagerungen 32 drehbar ausgeführt wird.

Die vertikale Verstellfunktion kann dadurch dargestellt werden, daß ein Antrieb 33, z.B. ein ölhydrauli scher Zylinder, unter dem Rahmen 31 vorgesehen wird und der Rahmen 31 durch horizontales Ausfahren bzw. Einziehen des Antriebs gemäß Abbildung 3 bewegt wird.

In Fig. 4 ist eine Ausführung mit Anordnung der Anodenpasten-Beschickungsarme 20 und der Trichter 40 auf beiden Seiten der Trageinrichtung 10 gezeigt, bei der der Anodenpasten-Beschikkungsarm 20 auf der rechten Seite durch die Drehfunktion auf die Seite der Trageinrichtung 10 gebracht wird. Wenn der Anodenpasten-Beschickungsarm 20 betätigt werden soll, wird er in die Richtung der Elektrolysezelle, wie auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigt, gebracht und bis zu der durch die Linie mit einem langen und zwei kurzen Strichen angegebenen Stelle ausgefahren. Die Drehbewegung dient also dazu, den Anodenpastenbeschickungsarm 20 nach der Seite der Trageinrichtung 10 zu legen, wenn er nicht eingesetzt wird. Die vertikale Verstellfunktion dient dazu, den Anodenpasten-Beschickungsarm senkrecht entsprechend der vertikalen Stellung der Anode zu bewegen. Selbstverständlich kamdie vorliegende Vorrichtung auch ohne eine derartige Drehfunktion und horizontale Verstellfunktion ausgeführt werden.

Der Trichter 40 kann in Jeder Höhe an der Trageinrichtung 10 angebaut werden. Beispielsweise kann der Trichter knapp über dem Anodenpasten-Beschickungsarm angebracht und mit diesem als Einheit ausgeführt werden. Eine Anordnung des größeren Trichters an dieser Stelle würde jedoch die Sicht "des Bedienungs·*- mannes vom Bedienungsstand her beeinträchtigen, und es ist somit zweckmäßig, den Trichter an einer Stirn- oder Längsseite der Trageinrichtung 10 bzw. einer Stelle anzuordnen, an der das Blickfeld des Bedienungsmannes nicht beeinträchtigt wird.

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In Fig. 4 wird die Ausführung mit Anordnung des Anodenpasten-Beschickungsarms 20 und der Trichter 40 auf beiden Seiten der Trageinrichtung 10 gemäß obiger Beschreibung gezeigt, bei der die Trichter 40 an der Stirnseite der Trageinrichtung 10 angebracht sind. Auch wenn die Trichter 40 räumlich weit von den Anodenpasten-Beschickungsarmen 20 entfernt angeordnet sind, läßt sich die gewünschte Beschickung durch Verbindung der Beschickungsarme und der Trichter durch Leitungen 41 erreichen. Die Anodenpaste wird den Beschickungsarmen 20 durch die Leitungen 41 durch eine Fördereinrichtung, z.B. Förderschnecken etc., oder einfach durch die Schwerkraft zugefördert.

In Fig. 4 sind an den Anodenpasten-Beschickungsarmen 20 kleine Trichter 21 vorgesehen, um die Anodenpaste den kleinen Trichtern durch die Leitungen 41 zuzuführen, jedoch können letztere auch biegsam ausgeführt und direkt an die Anodenpasten-Beschickungsarme 20 angeschlossen werden.

Die Anodenpaste wird zum entsprechenden Zeitpunkt in die Trichter 40 durch einen Verteiler, eine Fördereinrichtung etc. eingebracht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Anodenpaste bequem ohne Handarbeit in ein Anodenloch nachgefüllt werden, dadurch, daß ein Anodenpasten-Beschickungsarm und ein Trichter auf einer längs einer Elektrolysezelle beweglichen Trageinrichtung, wie sie bisher bereits für verschiedene Zwecke in dem betreffenden Gebiet verwendet wurde, vorgesehen werden, z.B. eine Vorrichtung zürn Auswechseln eines Anodenkontaktbolzens, und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann deshalb auf dem einschlägigen Gebiet der Technik einen sehr großen praktischen Nutzen erbringen."

Ende der Beschreibung.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Einfüllen einer Anodenpaste für eine . vertikale Soderberg-Aluminiumelektrolysezelle, gekennzeichnet durch einen Anodenpasten-Beschickungsarm (20) mit einer Anodenpasten-Fördereinrichtung (26) und einer horizontal beweglichen Funktion zum Einbringen der Anodenpaste (4) in ein beim Ausziehen eines Anodenkontaktbolzens (2) aus der Anode (1) einer Aluminiumelektrolysezelle gebildeten Anodenloches (3) und einen Trichter (40) zur Aufnahme der Anodenpaste (4) und der Zuforderung nach Bedarf zum Anodenpasten-Beschikkungsarm (20), wobei der Anodenpasten-Beschickungsarm (20) und der Trichter (40) auf einer längs der Aluminiumelektrolysezelle beweglichen Tragkonstruktion (10) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längs der Aluminiumelektrolysezelle bewegliche Trageinrichtung (ΐθ) ein Laufkran ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die längs der Aluminiumelektrolysezelle bewegliche Trageinrichtung (10) mit einer Einrichtung (11) zum Austausch des Anodenkontaktbolzens versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenpasten-Beschickungsarm (20) aus einer Führung £3) und einem Läufer (24) besteht und die horizontal .bewegliche Funktion durch die horizontale Bewegung des Läu-

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OR'G/NAL INSPECTED

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fers (24) gegeben ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η z_eichnet , daß die horizontal bewegliche Funktion des Anodenpasten-Beschickungsarms (20) durch die horizontale Bewegung sowohl des Anodenpasten-Beschickungsarms (20) als auch des damit als Einheit ausgeführten Trichters (40) gegeben ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Anodenpasten-Beschickungsarm (20) mit einer Zuteileinrichtung versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuteileinrichtung dadurch gegeben ist, daß die Anodenpasten-Fördereinrichtung eine bestimmte Zeit lang betätigt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Anodenpasten-Beschickungsarm (20) mit einer Einrichtung zur Absaugung flüchtiger Stoffe versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Anodenpasten-Beschickungsarm (20) aus einer hohlen Führung (23) und einem hohlen Läufer (24) besteht und das hohle Innere der Führung (£3D und des Läufers (24) unter einen Unterdruck gesetzt werden, wodurch die Einrichtung zur Absaugung der flüchtigen Stoffe gegeben ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenpasten-Beschickungsarm (20) mit einer Drehfunktion oder einer horizontalen Verstellfunktion oder beidem versehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter (40) mit dem Anodenpasten-Beschickungsarm (20) durch eine Leitung (41) verbunden ist.

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