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Die Herstellung von Chlor gehört zu den
am meisten verbreiteten Verfahren in der chemischen Industrie weltweit.
Die derzeitige jährliche
Produktion, die auf etwa 50 Millionen Tonnen geschätzt werden kann,
beruht fast vollständig
auf der Chloralkali-Elektrolyse in wässrigen Lösungen; bei diesen Verfahren entsteht
Chlor durch die anodische Entladung von Chloridionen, typischerweise
bei gleichzeitiger Produktion von Alkali in der Kathodenkammer;
ganz besonders typisch ist der Fall, bei dem an der Kathode auch
eine Reaktion stattfindet, bei der Wasserstoff entsteht. Von den
drei Arten Elektrolysezellen, deren Anwendung für diesen Zweck am weitesten
verbreitet ist – die
Quecksilberkathode, die Membran- und die Diaphragmazelle -, entfällt auf
die letztere noch immer die höchste
globale Menge an Chlor, die auf dem weltweiten Markt produziert
wird. 1 zeigt eine moderne
Diaphragmazelle mit einer anodischen Basis (1), die aus
einem mit einer dünnen
Titanschicht überzogenen
Kupferkörper
besteht, auf dem Anoden (2) mittels stromsammelnder Kupferschäfte (4)
fixiert sind, die auch mit einer Titanbeschichtung geschützt sind.
Der Grund für
diese bimetallischen Konstruktionen rührt von der Tatsache her, dass
Kupfer, das wegen seiner ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften
verwendet wird, leicht durch den Anolyten (chlorhaltige Salzlösung) korrodiert
würde.
Titan zeigt gegenüber
diesem hingegen gute Resistenzeigenschaften. Die Kathode (3),
auf deren einer Seite genau gegenüber der Anode ein Diaphragma
positioniert wird, besteht aus Eisenschichten oder -netzen, die
kleine Öffnungen
aufweisen.
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Der aus einem Chlor-beständigen Kunststoffmaterial
bestehende Deckel (5) ist mit einem Auslassrohr für das gasförmige Chlorprodukt
(6) und einem Einlassrohr für den Zulauf von Salzlösung (nicht
gezeigt) versehen. Der an der Kathode hergestellte Wasserstoff und
die alkalische Lösung
(z. B. Natriumhydroxidlösung)
treten durch die Rohre (7) beziehungsweise (8)
aus.
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Das Diaphragma, das der Trennung
der Anoden- und Kathodenkammer dient, bestand herkömmlicherweise
aus Asbestfasern und einem Bindemittel aus Kunststoff; die Notwendigkeit,
auf die Verwendung des gesundheitsschädlichen Asbests zu verzichten,
führte
zusammen mit dem Streben nach höheren
Ausbeuten und einer längeren
Lebensdauer der Elemente zu einem radikalen Überdenken der herkömmlichen
Diaphragmen im Hinblick auf die Materialien. Heutzutage bestehen
Diaphragmen typischerweise aus Zirkonoxidfasern oder aus Kunststoffmaterialien.
Während
die Asbestbasierten Diaphragmen die Komponente darstellten, die
die Lebensdauer der gesamten Zelle bestimmten (im Mittel 10–14 Monate),
würde die
Verfügbarkeit
der Diaphragmen der neuen Generation, bekannt als „NAD" (Nicht-Asbest-Diaphragma),
die Ausweitung der Betriebszeit einer Diaphragmazelle von minimal 36
bis maximal 60 Monate erlauben, bevor ihre Verschlechterung einsetzt.
Die aktuelle Erfahrung deutet jedoch darauf hin, dass ein weiterer
Faktor die Gesamtlebensdauer von Diaphragma-Elektrolysezellen zur Chlorproduktion
limitiert, der im Wesentlichen mit Korrosionsvorgängen in
der Anodenkammer in Zusammenhang steht. Im Speziellen wird die Dichtung zwischen
dem bimetallischen stromsammelnden Schaft (4), auf dem
die Anoden (2) befestigt werden, und der anodischen Kupferbasis
(1) mittels einer Dichtung (9) realisiert, wie
in 2 gezeigt.
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Die Erfahrung mit den besten derzeit
erhältlichen
Dichtungen erlaubt eine Vorhersage der Lebensdauer von 12–24 Monaten
unter den typischen Betriebsbedingungen. Die Vielzahl der Dichtungen
in einer Zelle, in der mehrere Dutzend Anoden (typischerweise 40
bis 90) vorhanden sind, erhöht
des Weiteren die Wahrscheinlichkeit, dass eine Dichtung aufbricht
oder dass sie zumindest ein Leck aufweist, lange bevor die Lebensdauer
der NAD-Diaphragmen vorüber ist.
Wenn ein Leck in Verbindung mit den anodischen Schäften (4)
auftritt, ist es notwendig, die Zelle abzuschalten, weil die folgenden
Vorgänge,
von denen jeder kritisch ist, stattfinden:
- – Schwächung des
Bimetalls des anodischen Schafts (4) aufgrund der korrosiven
Wirkung des Elektrolyten
- – Schwächung der
Kupferbasis aufgrund desselben Vorgangs
- – Gefahr
der elektrischen Erdung der Zelle.
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Andererseits bedingt das Abschalten
der Zelle und ihre Öffnung
zum Austausch der Dichtungen auch die Notwendigkeit des Austauschs
der Diaphragmen, die während
des Betriebs einer permanenten Verformung unterliegen, die ihre
Verwendung beim nachfolgenden Einbau behindert. Die Gewährleistung
einer leckfreien Dichtung des Anolyten gegenüber den anodischen stromsammelnden
Schäften
für die
maximale Lebensdauer der NAD-Diaphragmen (60 Monate) ist für die Ökonomie
der Diaphragma-Chloralkali-Elektrolyse
ein Thema von fundamentaler Wichtigkeit, da es nicht akzeptabel
wäre, die
durch die NAD-Technologie hinsichtlich der Lebensdauer der Diaphragmen
eingeführten
Verbesserungen auch nur teilweise abzuschwächen. 2 stellt den Stand der Technik auf dem
Gebiet der Dichtung des anodischen stromsammelnden Schafts dar. Insbesondere
umfasst die in 2 gezeigte
Ausführungsform
einen stromsammelnden Schaft (4), zum Beispiel einen 1 ¼'' (31,75 mm) Schaft mit einem ¾'' UNC-Innengewinde,
passend zur Aufnahme einer Passschraube (10) mit dem entsprechenden
Außengewinde.
Der elektrische Kontakt zwischen der anodischen Basis (1)
und dem stromsammelnden Schaft (4) wird vor allem durch
das Kontern des offen liegenden Kupferteils eines solchen Schaftes
(4) gegen den stromsammelnden Kupferboden (11)
der anodischen Basis (1) gewährleistet. Der gleichzeitige
Stromfluss vom Kupferboden (11) zu der Passschraube (10) durch
das Gewinde der konternden Schraubenmutter (12) kann sowohl
wegen der Anzahl der leitenden Kontaktflächen als auch wegen der kleineren
betreffenden Durchmesser vernachlässigt werden. Die Trennung
zwischen dem Kupferboden (11) der anodischen Basis (1)
und dem Anolyten wird, wie oben beschrieben, mittels eines anodischen Überzugs
(13) aus einer Titanschicht, zum Beispiel einer 1 mm dicken
Schicht, die in Übereinstimmung
mit den Schäften
(4) perforiert und aktiviert ist und die ebenfalls einen
grundlegenden und integralen Bestandteil der anodischen Dichtung
darstellt, realisiert. Die Dichtung (9) ist typischerweise
ein aus einem Kohlenwasserstoff-basierten Elastomer (zum Beispiel
EPM oder EPDM) bestehender Torus, der mittels eines Kragens (14)
gegen den anodischen Überzug
(13) gepresst wird. Der Kragen (14) besteht vorzugsweise
aus einer Titan-Palladium-Legierung, so dass er eine geeignete Widerstandsfähigkeit
gegen Spaltkorrosion aufweist, und kann zum Beispiel einen Durchmesser von
50,0 – 50,8
mm aufweisen und in einem Abstand von 4,7 mm vom Boden des Schaftes
(4) verschweißt sein.
Die Dichtung (9) wird daher unter vorbestimmter Verformung
betrieben, die im Fall der vorge nannten beispielhaften Dimensionen
3,7 mm im überzogenen Bereich
betragen würde.
Die typische Anfangsdicke kann zum Beispiel 6 mm betragen, so dass
der typische Verdichtungsgrad von 40% erreicht wird; sogar wenn
man die gesamte Kontaktfläche
zwischen der torusförmigen
Gummidichtung (9) und dem anodischen Überzug (13) als die
tatsächlich
wirksame Abdichtung betrachtet, ist es offensichtlich, wie beschränkt ihre
Ausdehnung ist; zum Beispiel beträgt die resultierende Ausdehnung
des abdichtenden Bereichs für
einen Kragen (14) mit einem Durchmesser von 50 mm in Übereinstimmung
mit einem Loch in dem Überzug
(13) mit einem Durchmesser von 35 mm lediglich 7,5 mm.
Die von der Passschraube (10), die normalerweise aus Messing
oder Kupfer-Nickel-Legierung besteht, ausgehende Klemmlast wird durch
die mechanische Belastbarkeit des Gewindeteils des stromsammelnden
Schafts (4) limitiert; ein beispielhafter Wert, typisch
für ¾'' UNC-gewundene Teile, ist etwa 8 kg.m.
Der oben beschriebene Stand der Technik weist die folgenden Beschränkungen auf:
- – Das
Dichtungsmaterial (EPM, EPDM) weist eine mangelhafte Widerstandsfähigkeit
gegen Chlor auf, in Verbindung mit einer großen, der aggressiven Umgebung
ausgesetzten Oberfläche.
- – Die
Verwendung von Kompositdichtungen mit einer schützenden PTFE-Beschichtung ist
aufgrund des großen
Verhältnisses
von Auflagefläche
zu komprimierter Dicke (etwa 2 : 1) und aufgrund des hohen Verdichtungsgrads
(40%) unmöglich.
- – Andererseits
wird die Verwendung von Material, das von PTFE abgeleitet ist, wie
etwa Gylon® (in den
Handel gebracht von Garlock, USA) oder PermaniteTM Sigma
(in den Handel gebracht von TBA, Großbritannien), durch die geringe
Komprimierbarkeit und folglich durch die Notwendigkeit, sehr hohe
mechanistische Belastungen zur Gewährleistung der Dichtung aufzuwenden,
verhindert.
- – Die
Verdichtungslast ist nicht genau definiert, da die Dichtung bei
einer vorbestimmten Verformung, wie oben beschrieben, betrieben
wird.
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Die Kombination dieser Faktoren limitiert
die Lebensdauer der anodischen Dichtungen (9) stark, indem
sie, wie oben beschrieben, für
die gesamte Ö konomie
des Betriebs von Diaphragmazellen hinderlich sind. Ein Versuch,
die vorgenannten Probleme zu lösen,
wird in der schwedischen Patentanmeldung 97 020 79 beschrieben,
und findet sich bei der entsprechenden Technologie, die von Akzo
Nobel unter dem Handelsnamen TibacTM in
den Handel gebracht wurde. Dementsprechend wird der Kragen (14)
direkt an den anodischen Überzug
(13) geschweißt,
was mittels eines Lasers ausgeführt
wird. Auf diese Weise wird kein polymeres Material zur Dichtung
verwendet, mit offensichtlichem Vorteil hinsichtlich der Zuverlässigkeit,
da jedes polymere Dichtungsmaterial bis zu einem gewissen Grad für eine Korrosion
anfällig
ist. Durch diese Technik werden jedoch einige unbestreitbare Nachteile
eingeführt:
Wie es offensichtlich ist, sind die Anoden (2) nicht mehr von
dem anodischen Überzug
(13) zu entfernen und folglich auch nicht von der Basis
(1), was negative Konsequenzen sowohl hinsichtlich der
Handhabung während
des Einbaus und der Wartung als auch hinsichtlich der Möglichkeit,
die Anoden (2) in geeigneter Weise zu reaktivieren, sobald
ihre katalytische Beschichtung abgenutzt ist, hat. Darüber hinaus
besitzt die Schweißnaht
eine bemerkenswerte Ausdehnung, so dass das Risiko eines Lecks aufgrund
lokaler Defekte daher hoch ist. Eine weitere Teillösung des
Problems besteht in der Verwendung einer Dichtung (9), die
mit einer Lippe (15) versehen ist und wie in 3 gezeigt geformt ist. Das
Konstruktionsprinzip realisiert eine Einwirkung von Chlor auf eine
reduzierte Elastomeroberfläche.
Auf diese Weise wird die Möglichkeit
zur Entfernung der Anoden (2) von der anodischen Basis
(1) erhalten, wobei gleichzeitig eine verlängerte Lebensdauer
der Dichtung (9) angesichts der verminderten Einwirkung
korrosiver Mittel garantiert wird. Dieses Ergebnis stellte sich
jedoch als noch nicht ausreichend heraus, um eine angemessene Zuverlässigkeit
zu gewährleisten,
da die Dichtungen (9) weiterhin während einer durchschnittlich
längeren, aber
dennoch unvorhersagbaren Zeit für
korrosionsinduzierte Lecks anfällig
sind. Zudem werden die Toleranzen zur Konstruktion, von denen der
Verdichtungszustand der Lippe (15), die sehr dünn ist,
abhängt,
kritischer; vom Verdichtungszustand der Lippe (15) hängt wiederum
die chemische Widerstandsfähigkeit
derselben ab. Schließlich
hängt bei
diesem Dichtungstyp die Dichtung vom nach innen ausgebildeten Ring
ab, der im Falle einer auftretenden Einsickerung rasch nachgeben
wird, da er dünner
als eine herkömmliche
Dichtung ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
erstens eine Ausgestaltung einer Diaphragma-Elektrolysezelle zur
Produktion von Chlor und Alkali mit verbesserter Zuverlässigkeit
im Hinblick auf den Stand der Technik, wobei eine Betriebsdauer
ohne Wartung oder Ersatz von Komponenten gewährleistet wird, die nur durch
die Lebensdauer der NAD-Diaphragmen begrenzt ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
ein Dichtungssystem für
Anoden von Diaphragma-Elektrolysezellen zur Produktion von Chlor
und Alkali, das Korrosionsvorgänge
an den Dichtungen für
mindestens 5 Jahre verhindert und gleichzeitig das Entfernen jeder
einzelnen Anode von dem anodischen Überzug ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
weiterhin ein Dichtungssystem für
Anoden von Diaphragma-Elektrolysezellen, welches nicht nur für neu zu konstruierende
Zellen anwendbar ist, sondern auch für gemäß dem Stand der Technik ausgestaltete
und hergestellte Zellen, schließlich
für solche,
die bereits in Betrieb sind, und welches das Auftreten von Korrosionsproblemen,
für die
deren Dichtungssystem verantwortlich ist, zu verhindern oder zu überwinden
erlaubt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
weiterhin ein Dichtungssystem für
Anoden von Diaphragma-Elektrolysezellen zur Produktion von Chlor
und Alkali, das für
entsprechend dem Stand der Technik ausgestaltete und hergestellte
Zellen anwendbar ist, die bereits fortgeschrittenen Korrosionsvorgängen unterliegen,
einschließlich
der Abnutzung des anodischen stromsammelnden Bodens (11).
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Eine neue Konfiguration einer hydraulischen Dichtung
und eines elektrischen Kontakts zwischen der anodischen Basis (1)
und den Anoden (2) einer Diaphragma-Elektrolysezelle zur
Produktion von Chlor und Alkali, die es erlaubt, die Beschränkungen des
Stands der Technik vollständig
zu überwinden, wird
hierin unten beschrieben. Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip umfasst
ein Dichtungssystem, das auf einem O-Ring und einem fixierten mechanischen
Abstandhalter basiert, und ein elektrisches Kontaktsystem, das auf
der Anordnung einer leitenden und in ihren Dimensionen anpassbaren Zwischenschicht
zwischen der anodischen Basis (1) und dem Boden des stromsammelnden
Schafts (4) basiert. Im Gegensatz zu dem, was im Stand
der Technik passiert, ist gemäß dieser
neuen Zellgestaltung die Komponente, die auf das Anklemmen der Zelle
hin verformbar ist, ein integraler Bestandteil des elektrischen
Kontakts und nicht der hydraulischen Dichtung. Die innovativen Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Zellgestaltung
sind in 4 zusammengefasst
und hierin unten beschrieben.
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Die hydraulische Dichtung basiert
auf einem O-Ring (16) anstatt auf der Planaren, gegebenenfalls mit
einer Lippe (15) versehenen Dichtung (9) des Standes
der Technik. Der O-Ring (16) muss die folgenden Eigenschaften
aufweisen:
- – Er muss ausgehend von einem
chemisch inerten und möglichst
elastischen Konstruktionsmaterial hergestellt sein.
- – Er
muss Dimensionen aufweisen, die ausreichen, um lokale Unregelmäßigkeiten
zu kompensieren.
- – Er
muss ausschließlich
auf dem anodischen Überzug
(13) aufliegen.
- – Er
muss eine niedrige Verformungslast aufweisen (zum Beispiel im Wesentlichen
niedriger als eine „spirometallische" Dichtung).
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Der anodische stromsammelnde Schaft
(4) ist auch mit einer zusätzlichen Hülse (17) oder einem äquivalenten
Element versehen, so dass ein Schlitz zur Aufnahme des O-Rings (16)
begrenzt wird; in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
Hülse (17)
erhalten, indem man einen Titan-Palladium-Ring, wie in 5 gezeigt, auf einer Drehbank
bearbeitet, ihn auf den Kragen (14) auflegt und gegebenenfalls
daran anschweißt;
im letzteren Fall ist diese Ausführungsform
insbesondere daraufhin ausgelegt, für nach dem Stand der Technik
hergestellte Zellen angewendet zu werden, bei denen der Kragen (14)
bereits vorhanden ist und die Hülse
(17) später
angeschweißt
wird, bevorzugt entsprechend der in 4 gezeigten
Geometrie, worin es offensichtlich ist, wie die äußere Position der Schweißnaht in
Bezug auf das Bimetall des Schafts (4) eine Behinderung
der strukturellen Integrität
des letzteren verhindert, wenn dieser hohen Temperaturen ausgesetzt
wird. Im Falle neuer Konstruktionen können der Kragen (14)
und die Hülse
(17) als Einzelstück,
das mit einem passenden Schlitz zur Aufnahme des O-Rings versehen
ist, gefertigt werden. Bei der Auswahl des Konstruktionsmaterials
für den
O-Ring ist die chemische Inertheit des letzteren besonders wichtig;
insbesondere sind rein elastomere O-Ringe keine akzeptable Lösung. Stattdessen
sind für
diesen Zweck O-Ringe geeignet, die aus einem elastomeren Kern, der
mit einem inerten Überzug
beschichtet ist, bestehen, zum Beispiel ein fluorierter Überzug.
Komposit-O-Ringe dieser Art können
zum Beispiel unter den folgenden Kategorien ausgewählt werden:
- – O-Ringe,
die mit FEP beschichtet sind, einem Polymer, das durch eine sehr
geringe Chlordiffusion gekennzeichnet ist. Ein Beispiel eines üblicherweise
erhältlichen
FEP-beschichteten O-Rings ist FEP-O-SEALTM, das
von der Schweizer Firma Angst-Pfister in den Handel gebracht wird,
mit einem 0,25 mm dicken fluorierten Überzug. Ein für den elastomeren
Kern bevorzugt verwendetes Material ist Viton®, das
gegen einen Angriff von trockenem Chlor gut beständig ist, d. h. gegen die Bedingungen,
die auf eine Diffusion von Chlor durch den fluorierten Überzug des
O-Rings hin auftreten können.
- – PTFE-beschichtete
O-Ringe; in diesem Fall muss die Dicke des schützenden Überzugs höher sein (bevorzugt 0,75–0,8 mm)
und der Kern muss bevorzugt ausgeprägte elastische Eigenschaften aufweisen.
Bevorzugt wird ein Silikonkautschukmaterial, auf den der schützende Überzug durch Schweißen aufgebracht
wird, für
den elastomeren Kern ausgewählt.
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Die entsprechend den zuvor beschriebenen Kriterien
ausgewählten
O-Ringe können aufgrund des
mit der Dicke zusammenhängenden
Schutzes und des verminderten Einwirkens der Flüssigkeit viele Jahre betrieben
werden; die oben beschriebenen elastomeren Kerne sind für einen
kontinuierlichen Betrieb bis zu Temperaturen im Bereich zwischen 150
und 180°C
geeignet, gegenüber
90–95°C, die für den Diaphragmaprozess
typisch sind; zudem werden die schließlich auftretenden Unregelmäßigkeiten oder
Verschlechterungen des anodischen Überzugs durch den von dem Kragen ausgeübten Druck
kompensiert. Der elektrische Kontakt muss mittels eines verformbaren
Elements (18) realisiert werden, gleichzeitig muss er leistungsstark
sein, so dass er einer hohen Stromstärke standhält; letztere kann tatsächlich 2000
A erreichen. Wie in 4 gezeigt,
wird die Höhe
der Lücke
zwischen dem stromsammelnden Kupferboden (11) und dem Boden
des anodischen Schafts (4) durch die Dicke der zugefügten Titan-Palladium-Hülse (17)
bestimmt, für
den Fall, dass eine bereits existierende Zelle modifiziert wird.
Wie zuvor ausgeführt,
ist im Falle einer neu hergestellten Zelle die Hülse (17) oder das äquivalente
Element integraler Bestandteil des Kragens (14), die Position
dieses integralen Teils bestimmt die Höhe der Lücke zwischen dem stromsammelnden
Boden (11) und dem anodischen Schaft (4). Die
Toleranz einer solchen Höhe
hängt jedoch
von Konstruktionsfaktoren ab, unter denen die Orthogonalität zwischen
der Hülse
(17) und dem bimetallischen Schaft (4) am entscheidendsten
ist, wie in 6 gezeigt.
Die Verformbarkeit des elektrischen Kontaktelements (18)
dient dazu, ähnliche
Abweichungen exakt auszugleichen, die optimale Auswahl solcher Komponenten
stellt sich als entscheidend für
die elektrische Effizienz des gesamten Verfahrens heraus. Eine geeignete
Lösung
zur Herstellung des verformbaren Kontaktelements (18) ist
durch die Verwendung von massivem Silber gegeben, einem Metall mit
den folgenden Eigenschaften:
- – kleiner
Kontaktspannungsabfall auch bei sehr niedrigen Klemmlasten
- – hohe
Verformbarkeit, durch die es sich an schließlich auftretende Unregelmäßigkeiten
der Dicke unter begrenzten Lasten anpasst, zudem mit einer Tendenz,
die beiden zu koppelnden Kupferoberflächen so zu versiegeln, als
sei es eine echte metallische Dichtung.
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Obwohl in der folgenden Beschreibung
auf reine Silberkontaktelemente, z. B. 99,9% reines „Feinsilber", Bezug genommen
wird, versteht es sich, dass andere Silbermaterialien mit äquivalenten
Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit
und mechanischen Vertormbarkeit vorteilhaft verwendet werden können. Zum
Beispiel wird die als „Sterlingsilber" oder „Silber-Kupfer-Legierung" bekannte Silberlegierung,
die etwa 7,5% Kupfer enthält, weithin
für alle
Arten elektrischer Kontakte verwendet und kann für diesen Zweck geeignet sein.
Weitere Silberlegierungen, die verwendet werden können, sind
die als „Silanca" bekannte Silber-Zink-Antimon-Legierung
sowie die so genannten „Münzsilber"- Legierungen, die
entweder 2,5% Aluminium oder Kupfer enthalten.
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In einer erfindungsgemäßen Diaphragmazelle
ist es entsprechend dem in 4 Gezeigten
möglich,
mittels eines verformbaren Silber-Kontaktelements (18) einen
direkten Stromfluss von bis zu 3500 A mit den üblichen zur Dichtung benötigten Klemmlasten
zu realisieren, wobei ein Kontaktspannungsabfall von weniger als
1 mV aufrecht erhalten wird. Eine besonders bevorzugte Geometrie,
die die Verwendung von Silber im intermetallischen Kontaktelement
vermindert, ist die in 7 gezeigte
vom „Scheiben-Typ". In diesem Fall
ist es offensichtlich wichtig, die Verdichtung der gesamten Scheibe
unter Betriebsbedingungen zu garantieren. Aus diesem Grund ist die
aus einer typischerweise einige Millimeter dicken zentralen kontinuierlichen
Basis bestehende Scheibe (19) auf ihren zwei Seiten mit
regelmäßigen scharten
Kanten versehen, zum Beispiel konzentrischen Rippen (20),
die als bevorzugte Kontaktauflagepunkte oder -flächen dienen. In einer typischen
Ausführungsform
beträgt
die Gesamthöhe
des Stücks 3,7
mm, die Rippen, ursprünglich
1,5 mm, unterliegen einer Komprimierung von 0,85 mm auf jeder Seite,
was einer Absorption von 1700–2000
kg Kontakt entspricht. Mit diesen Parametern wurden für Rippen
(20) mit oberflächlichen
Scheitelpunkten, die 40% der projizierten Fläche der Scheibe entsprechen,
Spannungsabfälle
im Bereich zwischen 2 und 3 mV bei einem direkten Stromfluss von
2000 A gemessen, was noch einen völlig akzeptablen Wert darstellt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform,
die im Hinblick auf den Kontakt beim Scheiben-Typ eine einfachere
Konstuktion bietet, ist durch das Kontaktelement vom „Ring-Typ" gegeben, wie in 8 gezeigt. Der Ring (21)
wird durch einfaches Schneiden eines Silberrohrs erhalten; diese
Art Kontakt besitzt den Vorteil einer schnellen anfänglichen
Verformung und daher einer schnellen Anpassung, nichtsdestoweniger
ist sie nicht für
zu hohe Klemmlasten geeignet. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung betrifft die Verwendung eines Kontaktelements mit
geschlossener Form, zum Beispiel entsprechend dem in 9 gezeigten.
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Die besondere Eigenschaft dieser
Ausführungsform
besteht in der Lokalisierung des Kontaktes auf kleine Oberflächen, die
einer hohen Last unterliegen. Die in 9 gezeigte
Blattform ist beim Einbau förderlich,
da sie dem Teil selbstzentrierende Eigenschaften verleiht; wie es
offensichtlich ist, können
viele verschiedene Kontaktelemente mit geschlossener Form dieselbe
Funktion erzielen, wobei ein technisch äquivalentes Ergebnis resultiert.
Sogar obwohl alle diese Arten von Kontaktelementen einen Austausch erfordern,
wenn die Anoden entfernt werden (z. B. für mechanische Reparaturen oder
für elektrokatalytische
Neubeschichtung), da sie plastischer Verformung unterliegen, kann
das zu ihrer Konstruktion verwendete reine Silber leicht und vollständig am Ende
des Lebenszyklus des Stücks
zurückgewonnen werden.
Die Befestigung der anodischen Strukturen am Zellboden wird durch
Drehen der Kontermutter (12) ausgeführt; das typische Anzugsmoment
beträgt etwa
8 kg.m. Das auf der Verwendung von O-Ringen basierende Dichtungssystem
der vorliegenden Erfindung erfordert keine elastische Vorrichtung,
wie etwa zwischen dem Kupferboden (11) und der Schraubenmutter
(12) insertierte Tellerfedern, da die allgemeine Ausrichtung
durch den festen Kontakt der Oberfläche der Hülse (16) mit dem Überzug (13)
definiert ist; dasselbe gilt für
das Silber-Kontaktelement, das auf den durch das Kragen-Hülsen-System
begrenzten Schlitz beschränkt
ist. Die oben offenbarte Zellgestaltung überwindet dadurch die von der
Verwendung exponierter korrodierbarer Dichtungen herrührenden Probleme
vollständig,
ist für
einen Betrieb auch bei einer hohen Stromdichte geeignet und bietet
eine bemerkenswerte Flexibilität
hinsichtlich der möglichen Implementierungswege.
Die hierin offenbarten Konstruktionslösungen dienen dem alleinigen
Zweck, einige mögliche
Implementationswege der Erfindung beispielhaft aufzuzeigen, ohne
ihren Gültigkeitsbereich
zu begrenzen, der allein durch die folgenden Ansprüche definiert
wird.