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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kathode
für die elektrolytische Abscheidung von Nichteisenmetallen wie
Zink, Kupfer usw., und insbesondere auf eine flache Kathode,
die aus einer Aluminiumplatte besteht, die insbesondere zur
Herstellung von Zink konstruiert ist.
Hintergrund der Erfindung
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Bei den Kathoden des oben beschriebenen Typs wird die
Aluminiumplatte üblicherweise entlang ihrer oberen Kante durch
eine Stange abgeschlossen, die dicker und länger als die Kante
ist. Bei dieser Anordnung werden die Kathoden so in den
Elektrolysetrögen angeordnet, daß die Aluminiumplatte in einer
senkrechten Position ist&sub1; wobei die Stange als ein Kopf zum
Halten der Kathoden im Trog zum Herstellen einer Verbindung zu
der sie transportierenden Hebevorrichtung dient.
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Während des Elektrolysevorgangs wird das Zink in dem in
den Elektrolysetrog eingetauchten Bereich nach und nach über
die gesamte Oberfläche der Aluminiumplatte abgelagert.
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Allgemein werden die senkrechten Kanten der
Aluminiumkathode mit einem schützenden dielektrischen Material
beschichtet, das eine Ablagerung von Zink auf den senkrechten Kanten
verhindert. Auf diese Weise wird ein Zusammenwachsen der auf
den jeweiligen Oberflächen der Aluminiumplatte abgelagerten
Zinkschichten entlang der senkrechten Kanten der Platte
verhindert.
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Die auf den Kathoden abgelagerte Zinkschicht haftet an
der Oberfläche der Alumiuniumplatte an. Die zum Lösen dieser
Schicht verwendeten Vorrichtungen sind zwei sich senkrecht
bewegende Klingen, die in zwei einander zugewandten
waagrechten unteren Kanten enden, einen eckigen Querschnitt haben und
deren Länge ungefähr genauso lang ist wie die Breite der
Kathoden. Zum Verwenden dieser Vorrichtungen zum Lösen der
Zinkbeschichtungen von der Kathode wird eine Klinge auf jeder
Seite davon angeordnet, wobei die Kanten beider Klingen
oberhalb der Höhe, die die Zinkablagerungen auf der Kathode
erreichen,
gegen die Oberflächen drücken. Dann werden die Klingen
nach unten bewegt, so daß ihre Kanten auf die auf der
jeweiligen Kathodenseite abgelagerte Zinkschicht treffen und sie
ablösen.
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Dieses System hat den Nachteil, daß Klingen die
Oberflächen der Kathode über ihre gesamte Höhe hin abnutzen,
wodurch sie nach einer Anzahl von Bearbeitungsvorgängen
unbrauchbar werden. Aufgrund der hohen Kosten der Kathoden ist
dieses System zum Ablösen des Zinks daher unangemessen.
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Ein Versuch zum Lösen der oben genannten Probleme wurde
dadurch vorgenommen, daß ein System zwei aufeinanderfolgende
Phasen der Einwirkung auf die Kathoden aufweist. Während einer
ersten Phase wird die obere Kante der abgelagerten
Zinkschichten durch Einwirkung einer waagrecht wirkenden seitlichen
Eindringklinge losgelöst, und während einer zweiten Phase
werden die Zinkschichten durch zwei senkrechte Klingen noch
vollständig abgezogen. Die seitliche Eindringklinge besteht
aus zwei waagrechten Armen, die ein aktives Ende haben, dessen
Kante in der Form eines senkrecht stehenden Keils ist, wobei
sich die Arme axial jeweils einer auf einer Seite der Kathode
auf der Höhe der oberen Kante der abgelagerten Zinkschicht
bewegen können. Während sich die Arme bewegen, drückt deren
aktives Ende gegen die Oberfläche der Kathode und verursacht
deren Erosion und Abnutzung.
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Zum Unterstützen der Wirkungsweise der seitlichen
Eindringklinge beschreibt das britische Patent Nr. 1.326.418
Kathoden, auf denen ein aus einem dielektrischen Material
gefertigtes schwenkbares Teil am oberen Teil an einer der
senkrechten Kanten auf der Auftreff- und Einwirkungshöhe der
Eindringklinge, was der vom Elektrolyten im Trog auf der
Platte erreichten Höhe entspricht, angebracht ist. Dieses Teil
ist mit Nuten versehen und greift die Kathodenplatte, an der
es befestigt ist, mittels einer Achse, die senkrecht zur
Platte ist. Das Teil ist um die Achse zwischen einer unteren
und einer oberen Position drehbar, wobei es in der unteren
Position mit einem bestimmten Bereich der Platte verbunden ist
und diese als Verlängerung des Schutzprofils der senkrechten
Kanten bedeckt, wodurch der Zink während der Elektrolyse
darauf nicht abgelagert werden kann, und in der oberen
Position der Bereich frei und unbedeckt ist, wodurch sich die Arme
der seitlichen Eindringklinge zur Oberfläche der
Kathodenplatte in diesem Bereich bewegen können und bei einer weiteren
Vorwärtsbewegung auf die Kante der Zinkablagerung treffen, um
sie abzulösen. Diese Kathoden haben einen grundlegenden
Nachteil, der von der Notwendigkeit kommt, daß das Drehstück jedes
Mal von seiner unteren in seine obere Position gedreht werden
muß, wenn Zinkablagerungen abgelöst werden sollen. Beim
Einführen der Kathoden in den Trog sollte das Drehstück in seiner
unteren Position sein. Das Drehen des Drehstücks und die
Bedingungen, denen das Stück unterworfen wird, führen zu einem
Verlust der Ausrichtung der Stücks mit der Kathode und
grundlegendermaßen mit der Drehachse, und verschlechtern sich in
einem relativ kurzen Zeitraum, wobei die Drehstücke während
des Ablösens des Zinks von Hand gehoben werden müssen, wodurch
das Verfahren durch den Arbeitsaufwand und die stärkere
Korrosion des Kathodenblechs in diesem Bereich teuerer wird.
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In der DE-A-30 51 150 wird eine Kathode beschrieben,
deren Platte eine feste Beschichtung hat, die aus einem
Isoliermaterial gefertigt ist und in dem Bereich, in dem die
seitlichen Eindringklingen auftreffen und ruhen, von einer der
senkrechten Kanten ausgeht. Diese Beschichtung erstreckt sich
über Bereiche, die mit den Oberflächen der Platte über dem
Teil der unmittelbaren senkrechten Kante zusammenfallen. Die
äußeren Oberflächen der Beschichtung sind flach und koplanar
mit denen der Platte, wobei diese beiden Oberflächen dieser
Platte mit Ausschnitten versehen sind, deren Form und Tiefe
die Form und Dicke der Beschichtung aus Isoliermatieral für
jede Seite der Platte bestimmen. Um ein Ablösen der
Beschichtung von der Kathodenplatte zu verhindern, kann der Bereich,
in dem die Ausschnitte zum Befestigen der Beschichtung
angebracht sind, mit Bohrungen versehen sein, durch die die
Beschichtungen auf den jeweiligen Oberflächen der Platte
zusammengefügt sind.
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In der EP-A-0 470 033 ist eine Kathode zur Herstellung
von Zink durch Elektrolyse beschrieben, die aus einer
Aluminiumlegierungsplatte, vorzugsweise rechteckiger Form besteht,
wobei eine ihrer kürzeren Seiten eine Stange oder einen Kopf
aufweist, dessen Länge größer ist als diese Seite und mit
Ringen oder Haken zum Aufhängen versehen ist, wobei auf einer
der senkrecht zu dieser Stange verlaufenden Seiten die Platte
in der Oberfläche der Platte eine Zone geringerer Dicke
aufweist, die durch Vertiefungen mit sich entsprechenden Konturen
geformt ist und vorzugsweise die gleiche Tiefe hat, wobei die
Zone mit einem Material beschichtet ist, das dielektrisch und
säurebeständig ist und dessen flache äußere Oberfläche
koplanar mit der Oberfläche der Platte verläuft, wobei die Zone so
angeordnet ist und eine solche Höhe hat, daß ihre obere und
ihre untere Kante oberhalb bzw. unterhalb der maximalen und
minimalen Höhe zu liegen kommen, zu der die Platte in die
Elektrolysezelle eingetaucht wird.
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Die in diesen beiden Druckschriften angeführten Lösungen
sind mit Problemen bei der Herstellung behaftet, da die
vertieften Bereiche auf beiden Oberflächen der Kathodenplatte und
die Bohrungen zwischen den Bereichen hergestellt werden
müssen, durch die die Beschichtungen auf beiden Oberflächen dann
miteinander verbunden werden müssen. Das bedeutet eine
beträchtliche Erhöhung der Herstellungskosten der Kathoden.
Außerdem werden durch die Einwirkung der seitlichen
Eindringklingen auf die Isolierbeschichtung beim anfänglichen
Auftreffen auf die Kathode die Verbindungen der Beschichtungen
der beiden Seiten vorzeitig gebrochen, wodurch sie sich von
der Platte ablösen. Außerdem wird die Dicke der
Isolierbeschichtungen relativ verringert, und die Betätigung der
Eindringklingen bewirkt eine vorzeitige Abnutzung, wodurch ein
Teil der Platte freigelegt wird und dadurch unregelmäßige
Zinkablagerungen verursacht werden, die die Einwirkung der
Eindringklingen stören. Dadurch wird es nötig, die Kathoden
regelmäßig zu überholen und die Isolierschichten
auszutauschen.
Beschreibung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Kathode bereitzustellen, deren Platte in dem Bereich, in dem
die seitlichen Eindringklingen von der entsprechenden
senkrechten Kante ausgehend auftreffen, mit einer Isolierschicht
versehen ist, wobei die Platte und die Isolieroberfläche so
ausgelegt sind, daß das Verfahren zum Anbringen oder Montieren
der Oberfläche auf einfache Weise ausgeführt werden kann, so
daß das mögliche Ersetzen einer solchen Oberfläche in der
gleichen Zinkerzeugungsanlage durchgeführt werden kann und
keine komplizierten Vorrichtungen oder Verfahren dazu nötig
sind.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Oberfläche eines elektrisch isolierenden Materials vorzusehen, die
die in den Ansprüchen beschriebenen Eigenschaften hat, die
sehr dauerhaft ist, die auf der Oberfläche der Kathodenplatte
gebildet wird und auf deren Kosten so gut wie keine
Auswirkungen hat.
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Erfindungsgemäß ist eine Kathode zur elektrolytischen
Abscheidung von Nichteisenmetallen vorgesehen, bestehend aus
einer Platte aus Aluminiumlegierung oder dergleichen, die
vorzugsweise eine rechteckige Form hat, wobei eine ihrer
kürzeren Kanten in einem Stab oder einem Kopf endet, dessen
Länge größer ist, wobei die Kathode von einer oder von beiden
ihrer längeren Kanten ausgehend auf beiden Seiten der Platte
mit übereinstimmenden Zonen dielektrischen Materials versehen
ist, die auf der Höhe des Ansetzens einer Anzahl waagrechter
Eindringklingen liegen, die den oberen Rand der abgeschiedenen
Schichten aus Zink ablösen, dadurch gekennzeichnet, daß,
ausgehend von mindestens einem der senkrecht zum Stab
stehenden Kanten, die Platte eine Aussparung aufweist, die nahe beim
Stab liegt und mit den Bereichen dielektrischen Materials
übereinstimmt, wobei die Aussparung eine Höhe hat, die größer
ist als die Breite der Eindringklingen und durch ein flaches
Stück säurebeständigen dielektrischen Materials aufgefüllt
ist, dessen Dicke gleich der Dicke der Platte ist und dessen
Form mit der Form der Aussparung übereinstimmt, wobei das
Stück und die Aussparung mit einer Einrichtung zum Verhindern
der Bewegung des Stücks in jeder Richtung versehen ist, die in
einer Verengung der Aussparung auf beiden Seiten an der
Mündung der Aussparung und einer Paßform der ineinandergreifenden
Kanten des Stücks und der Aussparung besteht.
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Die Paßform weist im Querschnitt ein gewinkeltes Profil
auf, mit einem konvexen Profil entlang der Aussparung und
einem konkaven Profil entlang der gegenüberliegenden Kante des
Stücks dielektrischen Materials.
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Dadurch entsteht eine Kathode, bei der die
Isolieroberflächen, die in Bereichen liegen, in denen die seitlichen
Eindringklingen auftreffen, eine beträchtliche Widerstandkraft
aufweisen, da sie aus einem Isolierstück bestehen, das genauso
dick ist wie die Kathode.
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Außerdem ermöglicht die Bildung der Isolieroberflächen
aus dem Stück dielektrischen Materials während der
Abscheidungsphase das Bilden einer Kante genügender Dicke in der Form
eines Wulsts neben den Isolieroberflächen, was das anfängliche
Einwirken der Eindringklingen erleichtert.
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Außerdem verhindert das Stück dielektrischen Materials
die Bildung unerwünschter Ablagerungen zwischen dem
Isoliermaterial und den Abschrägungen der Kathodenplatte.
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Die Aussparung oder die Aussparungen sind mit einer
Einrichtung zum Verhindern der Bewegung des Stücks
dielektrischen Materials in seiner eigenen Ebene oder in einer dazu
senkrechten Richtung versehen, wodurch dessen Unbeweglichkeit
und Positionierung in der Aussparung der Platte sichergestellt
ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Diese Eigenschaften sowie andere Eigenschaften der
vorliegenden Erfindung werden unten anhand der Zeichnungen
detaillierter beschrieben, wobei als nicht einschränkendes
Beispiel eine bestimmte Ausführungsform gezeigt wird. Es
zeigt:
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Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen
Kathode,
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Fig. 2 eine Seitenansicht der gleichen Kathode,
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Fig. 3 das Detail A von Fig. 1 in einem größeren
Maßstab,
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Fig. 4 eine der Ansicht von Fig. 3 ähnliche Ansicht, bei
der die Kathodenplatte ohne das
Isoliermaterialstück gezeigt ist,
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Fig. 5 und 6 Schnitte entlang den Linien V-V bzw. VI-VI von
Fig. 3.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die Fig. 1 und 2 gezeigte Kathode hat eine Platte 1,
deren Form rechteckig ist, die aus Aluminium,
Aluminiumlegierung usw. hergestellt ist und an deren einer Querkante eine
Stange 2 größerer Länge und Breite angebracht ist. Diese
Stange bildet den Kopf der Kathode und wird zum Halten der
Kathode im Elektrolysetrog und zum Handhaben der Kathode durch
Hebevorrichtungen verwendet, wozu sie oben mit Ringen oder
Haken 3 versehen ist. Die senkrechten Kanten der Platte sind
mit einem Profil 4 bedeckt, das aus dielektrischem Material
besteht und verhindert, daß die auf den Oberflächen der Platte
1 abgelagerten Zinkschichten nicht entlang dieser senkrechten
Kanten zusammenwachsen. Auf diese Weise wird Zink so auf den
freien Oberflächen der Platte 1 abgelagert, daß zwei Schichten
gebildet werden, die nur an ihrer unteren Kante um die untere
Kante der Platte 1 zusammenhängen.
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Die Platte 1 hat von einer ihrer senkrechten Kanten
ausgehend außerdem einen Bereich 5 dielektrischer Oberflächen,
die gegenüber den in Elektrolysevorgängen verwendeten Säuren
beständig sind. Der Bereich 5 liegt in der Nähe der Kopfstange
2 und fällt mit dem Bereich des Auftreffens und Anliegens
einer Anzahl in den Zeichnungen nicht dargestellter
querwirkender Eindringklingen zusammen, die die obere Kante der
abgelagerten Zinkschichten ablösen. Die obere Kante 6 der auf
der Platte 1 abgelagerten Zinkschichten, die durch die
gestrichelte Linie in Fig. 1, 3 und 4 dargestellt ist, liegt in
diesem Bereich 5. Außerdem ist auch die Achse 6a der
querwirkenden Eindringklingen dargestellt.
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Erfindungsgemäß besteht der Bereich 5 aus einem Stück
Plastikmaterial, das säurebeständig und dessen Dicke gleich
der Dicke der Platte 1 ist. Zum Anbringen dieses Stücks ist in
der Platte 1 eine Aussparung angebracht, die von einer ihrer
senkrechten Kanten ausgeht, wobei die Aussparung eine
beliebige Form haben kann und ihre Höhe größer ist als die Breite der
aktiven Kante der waagrechten Eindringklingen, durch die der
obere Teil der auf der Kathode abgelagerten Zinkschichten
abgelöst wird. Die Mündung der Aussparung 7 weist eine
Verengung auf, die durch die Teile 8 und 9 gebildet wird, die die
Mündung teilweise verschließen. Die Form des Teils 5
entspricht derjenigen der Aussparung 7, so daß es durch die Teile
8 und 9 daran gehindert wird, sich von der Platte zu trennen
oder aus dieser herauszulösen Außerdem passen die Profile der
sich gegenüberliegenden Kanten der Teils 5 und der Aussparung
7 ineinander. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel
hat die die Aussparung 7 umlaufende Kante 10 von beiden
Oberflächen der Platte 1 ausgehend abgeschrägte Kanten, durch die
ein konvexes gewinkeltes Profil entsteht, wie es in Fig. 5 und
6 gezeigt ist. Das Stück 5 hat auf der entsprechenden Kante
eine Nut, die konkav ist, ein gewinkeltes Profil hat und mit
der gewinkelten Kante 10 zusammengefügt werden kann.
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Dieses System des Zusammenfügens zweier
gegenüberliegender Kanten von Stück 5 und Aussparung 7 verhindert eine
Bewegung der Stücks in einer zur Platte 1 senkrecht verlaufenden
Richtung.
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Auf diese Weise kann sich das Stück 5 dielektrischen
Kunststoffmaterials in keiner Weise im Verhältnis zur Platte 1
bewegen.
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Wie oben erwähnt, ist das Stück 5 gleich dick wie die
Platte 1, so daß die größeren Oberflächen des Stücks mit den
Oberflächen der Platte 1 koplanar sind, wie aus Fig. 5 und 6
gesehen werden kann.
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Mit den oben beschriebenen Eigenschaften werden Bereiche
5 aus dielektrischem Material von der senkrechten Kante der
Platte 1 ausgehend, auf die die waagrechten Eindringklingen
einwirken, hergestellt, wobei die Bereiche das Ablagern von
Zink verhindern. Die Eindringklingen gleiten leicht über die
Oberflächen des Stücks 5, bis sie die Zinkschichten erreichen,
die auf den Oberflächen der Platte 1 abgelagert sind, wodurch
diese von der Platte abgelöst werden, wobei dieser Vorgang
durch die Bildung von Wülsten untersützt wird, deren Ränder an
das Stück 5 anschließen.
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Das Stück 5 kann direkt in der Form der Aussparung 7
geformt werden oder aus zwei Hälften zusammengesetzt werden,
die nach einer zu den Hauptoberflächen des Stücks parallelen
Mittelebene gebildet werden. Im letzteren Fall werden die
beiden Hälften jeweils auf einer Seite der Aussparung 7
eingesetzt, und sie werden durch ein geeignetes System
zusammengefügt, wie zum Beispiel durch einen säurebeständigen Kleber,
durch Thermoschweißen etc.
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Die Platte 1 kann von jeder ihrer senkrechten Kanten
ausgehende Aussparungen 7 haben, wobei beide Aussparungen dann
von Stücken 5 ausgefüllt werden.