DE2833499A1

DE2833499A1 - Anode fuer elektrolytische zellen

Info

Publication number: DE2833499A1
Application number: DE19782833499
Authority: DE
Inventors: Piervincenzo Benvenuti; Este Arturo Dr D; Renato Prof Guerriero
Original assignee: Ammi SpA
Current assignee: Ammi SpA
Priority date: 1977-08-03
Filing date: 1978-07-31
Publication date: 1979-02-15
Also published as: BE869465A; FR2399490A1; IT1082437B

Description

Dipl.-lng. Th. Hoefer ,, 4βοο Bielefeld 1, den 28.701978

⁰ ' J KreuzstraBe 32

Telefon (0521) 171072 - Telex 9-32449

% Bankkonten: Commerzbank AG, Bielefeld 6851471 (BLZ 48040035)

^ Spatkasse Bielefeld 72001563 (BLZ 48050161)

Postscheckkonto: Amt Hannover 68928-304

diess. Akt.Z.: 4386/78

Firma Ammi S.p.A., Via Po, 19 Rom/Italien

Anode für elektrolytische Zellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode für elektrolytische Zellen.

Bei den bekannten elektrolytischen Zellen für die Elektrolyse von Metallen aus ihren Lösungen, insbesondere von Zink, sind die Anoden durch ebene oder gelochte Tafeln aus einer Legierung Blei-Silber (Pb-Ag) (0,7 bis 1% Ag) gebildet.

Entsprechend den erhöhten Kosten für Silber läßt eine elektrolytische industrielle Investition, die tausende oder zehntausende

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von Anoden aufweist _s die Investierungskosten sehr hoch ansteigen und außerdem sind im Hinblick auf die mittlere Lebensdauer der Anoden,, die verhältnismäßig kurz ist, sehr hohe Kosten für die laufende Unterhaltung notwendige

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es_s Anoden für elektrolytische Zellen zu schaffen₉ die bei gleicher Leistung eine geringere Menge einer Blei-Silber=Legierung benötigen^ so daß daraus folgend die Investitionskosten und die laufenden Unterhaltungskosten der Installation sich reduzieren

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es_s Anoden zu schaffen_s die ein besseres Zirkulieren des Elektrolyten innerhalb der Zelle ermöglichenο

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist_s die Herstellung von festeren Anoden im Hinblick auf bekannte Anoden zu ermöglichen und die Zahl der Kursschlüsse«, die sich aus ihrer Deformation ergeben können«, zu reduzieren«,

Eine breitere Aufgabe der Erfindung ist es,, Anoden zu schaffen_s die eine leichtere Unterhaltung erlauben_s die sich auf die periodische Entfernung von Anodenschlämmen beziehte

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung bei einer Anode für elektrolytische Zellen dadurch gelöst_s daß an einer Schiene für die Zuführung des Stromes eine Vielzahl von fadenförmigen (kabeiförmigen) Elementen befestigt sind₉ die eine steife Tragseele mit einer umkleidenden Schicht aus einer Blei-Silber-Legierung aufweisen«,

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Vorzugsweise kann die Seele Jedes fadenförmigen Elementes durch eine runde Stange oder durch ein metallisches Rohr gebildet sein, das - vorzugsweise im Strangpressen hergestellt - mit einer dünnen Schicht aus einer Blei-Silber-Legierung umkleidet ist.

Weiterhin kann gemäß einem weiteren bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung jedes benachbarte Paar von faden- oder kabeiförmigen Elementen in Form eines U verdoppelt und an der Schiene mit seinen oberen (freien) Enden befestigt sein, wobei jedes Elemt durch ein einziges fadenförmiges Element gebildet sein kann.

Vorzugsweise können die fadenförmigen Elemente jeder Anode in einem Abstand voneinander gehalten sein, entsprechend den rohrförmigen Elementen aus isolierendem Werkstoff, welche die Wirkung haben, diese Elemente zu versteifen und die benachbarten Kathoden im Abstand zu halten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt j das jedoch nicht die Erfindung begrenzt.

Es zeigen:

Pig. I eine perspektivische Ansicht einer Anode gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht in vergrößerter Darstellung eines fadenförmigen (kabeiförmigen) Elementes der Anode;

Fig«, 3 einen senkrechten Schnitt in vergrößerter Darstellung des Endes eines fadenförmigen Elementes in abgeändeter Ausführung.

Wie die Figuren zeigen, hat die Anode gemäß der Erfindung eine Schiene 1 als Stromzuführung in einer an sich bekannten Ausführung mit einer Seele aus Kupfer 2 und mit einer Beschichtung aus metallischem Blei 3·

An die Schiene 1 sind mehrere Elemente 4 angeschlossen, die im wesentlichen aus einer runden Aluminiumstange 5 bestehen und - vorzugsweise durch Strangpressen - mit einer Schicht aus Blei-Silber-Legierung (bis o,8# Ag) ummantelt sind. Jedes Element 4 ist in Form eines sehr schmalen U gebogen und mit Blei an die Bleischicht der Schiene 1 angeschweißt.

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Die verschiedenen Elemente 4 oder besser gesagt die beiden Arme der verschiedenen Elemente 4 sind durch horizontale Rohre 7 aus Kunststoff zusammengehalten, die im geeigneten Abständen mit Querlöchern ausgestattet sind, durch welche die genannten Elemente 4 hindurchgeführt sind. Diese Rohre 7 haben die Wirkung, die Anode zu verstärken und die gleichmäßige Verteilung der Elemente 4 zu gewährleisten und gleichfalls den Anodenabstand von den benachbarten Kathoden der elektrolytischen Zelle aufrechtzuerhalten.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführung einer Anode im Verhältnis zu bekannten plattenförmigen Anoden haben die erfindungsgemäßen Anoden zahlreiche Vorteile, und zwar u.a.:

Eine bemerkenswerte Verringerung des Gewichtes der Blei-Silber-Legierung bei gleichbleibenden Leistungen sowie eine beachtliche Verminderung der Kosten für Investitionen und der Unterhaltung.

Eine bessere Zirkulation des Elektrolyten im Inneren der Zelle ist gegeben.

Eine größere Festigkeit der Anode und daraus folgend eine Verlängerung der mittleren Lebensdauer, die sieh daraus ergibt, daß die Zahl der Kurzschlüsse, die durch Deformationen der Anoden üblicherweise hervorgerufen werden,sich verminderte

Eine größere Leichtigkeit in der Befestigung des Anodenkopfes und dadurch eine leichtere periodische Wartung der Zellen.

0O98O7/O89¹/

Bei dem in Figo 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die fadenförmigen Elemente (anstelle in U-Form verdoppelt) durch eine zylindrische Stange 4 gebildet_s die mit ihren Enden an den Bleimantel der Schiene 1 angeschweißt ist und die an ihren inneren Enden einen Abschlußdeckel 8 aus Kunststoff oder einem anderen isolierenden Material trägt_s das den Kontakt der inneren Seele aus Aluminium 5 niit der elektrolytischen Lösung verhindert«,

Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft₉ da die Seele 5 in Form eines Rohres ausgebildet ist und nicht in Form einer runden Stange oder in einer solchen Art mit einem Durchmesser_s der ein Biegen in ein Unförmiges Element nicht ratsam erscheinen läßt«,

Beispiel I₀

Eine elektrolytische Zelle mit 21 Anoden und 2o Kathoden ist vorgesehene Der Abstand zwischen den Anoden beträgt 9o nrnio Jede Anode wird durch Io Doppelelemente in Form von U-förmig gebildeten Armen von 1 Meter Länge gebildet_s wobei der Abstand zwischen diesen 2 cm beträgt. Die Elemente Io sind jeweils durch eine runde Stange aus AIu= minium mit einem Durchmesser von 3 nun gebildet_s die durch eine durch Strangpressen hergestellte dünne Schicht mit einer Dicke von 3 mm aus einer Legierung von Blei und Silber . (o_s8jä Silber) umkleidet ist« Dementsprechend ist die Gesamtlänge der Anode gleichmäßig einen Meter und ihre Gesamtbreite beträgt 56 cm. Die Gesamtlänge des eingetauchten Teiles der U-förmigen Elemente ist gleichmäßig 88 cm_s der Raumbedarf _% der eingetauchten Anode ist im wesentlichen gleich derjenigen Anode, wie diese üblich ist (88 cm mal 57 cm)_o

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-JT-

In der angehängten Tabelle 1 werden gewisse Charakteristiken angegeben (aktive Oberfläche, Gewicht der Blei-Silber-Legierung, Kosten jeder Anode) für zwei Anodenarten, von denen eine (Anode A) von dem üblichen Tyb ist, während die zweite (Anode B)entsprechend der Erfindung ausgebildet ist. Beide haben den gleichen Raumbedarf.

Die Prüfung der Tabelle 1 ergibt _t (bei äußeren gleichen Abmessungen),bei einer Anode gemäß der Erfindung eine 6o%ige wirtschaftliche Verbesserung gegenüber einer üblichen Anode. An Hand derselben Tabelle 1 kann man auch festeilen:

Die Kosten des Schweißens der Tafeln einer üblichen Anode an eine Schiene 1 und dieselben Kosten der fadenförmigen Elemente 4 gemäß der Erfindung sind nicht angegeben, da sie eine begrenzte Übereinstimmung zeigen, die im wesentlichen in beiden Fällen nicht differiert. Deshalb ist die Aussage über die beiden Kosten nicht weiter erläutert worden.

Die Kosten des Walzens der Blei-Silber-Tafeln sind nicht angegeben worden: Deshalb ist ein reeller Vergleich der sich ergebenden Kosten besser bei einer Anode gemäß der Erfindung.

Die Kosten für das Strangpressen der fadenförmigen Elemente entsprecht denjenigen, die man effektiv für eine beschränkte Anzahl gebauter Elemente bewertet hat; es ist offensichtlich, daß, wenn diese Menge ansteigt, die fixen Kosten des Verfahrens verringern sich in einer annehmbaren Weise; deshalb ergibt sich auch in Beziehung zu diesem Punkt eine sehr vorteilhafte Angabe der reellen Kosten t>ei einer Anode gemäß der Erfindung.

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Λ<0

In der angehängten Tabelle 2, hat man die Gegebenheiten an Messungen, die im Laufe von einigen Monaten der Beobachtung sich periodisch ergaben, gesammelt, und zwar in einer Zelle (Nr. 3), die mit Anoden gemäß der Erfindung ausgestattet war, verglichen mit den relativen Gegebenheiten der durchgeführten Messungen in identischen Zellen (Nr. 1 und 2), die mit üblichen Anoden ausgestattet waren.

Die Angaben gemäß der Tabelle 2, welche Variationen herausstellt, sind oft vorteilhaft in Bezug auf die amperometische Leistung: Diese Variationen sind oftmals nicht den fadenförmigen Anoden zuzuordnen, sie sind vielmehr dadurch gegeben, daß die Verschiedenheiten der gleichen Größenordnung auch bei den geprüften Zellen festzustellen sind: Sie sind anderen Gründen zuzuschreiben, die von außergewöhnlichen Situationen abhängen, die im Zellenraum auftreten: Irrtümliche Messungen oder Fehler in den Angaben der Gewichte beschädigter Kathoden; in unrichtigen Kalkulationen der pro Stunde verbrauchten Ampere?nicht ausreichender Kontakte zwischen den Kathoden und der Schiene; Kurzschlüsse.

Die Anodendichte ist bei den fadenförmigen Anoden erhöht, was sich daraus ergibt, daß die aktive Oberfläche niedriger ist; daraus ergibt sich eine Spannung an den Köpfen der Zelle, die ungefähr o,35 Volt der üblichen Zellen überschreitet,

Eine solche Steigerung des Spannungswertes entspricht etwa gleichmäßig lo% und überträgt sich in eine Steigerung in der Ansammlung spezifischer Energieο

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ΛΛ

Die erhöhte Anodendicht erhöht die Nichtlösbarkeit des Bleies der Anode so, daß demzufolge eine erhöhte Haltbarkeit des Metalles sich ergibt in den Zinkathoden und eine höhere Lebensdauer dieser Anoden, die schon aufgrund der begrenzten Menge der Blei-Silber-Legierung vorteilhaft ist.

Selbstverständlich kann man fadenartige Anoden konstruieren,, die eine unterschiedliche Form mit einer größeren Anzahl von Elementen oder mit Elementen haben, die einen größeren Durchmesser besitzen und ensprechend den Ausführungsbeispielen gleiche Anodendichte bieten oder weniger vergrößert sind als die üblichen Anoden.

In diesem Fall ergibt sich eine Sammlung gleicher oder etwas niedriger Energie, als diejenige im Verhältnis der Zellen mit ebenen Anoden; die Menge des Bleies verringert sich in Kathoden und verlängert die Lebensdauer der Anoden, Um eine gleichmäßige Schicht der Ummantelung zu erreichen«, ist es notwendig, die Menge der Blei-Silber-Legierung su erhöhen und die Kosten der Legierung und deren Herstellung,,

Die Menge der Blei-Silber-Legierung kann reduziert werden durch die Verkleinerung der Dicke der Umkleidungsschicht und dadurch eine teilweise Verbesserung der Lebensdauer der Anoden« Unter diesem Gesichtspunkt muß man feststellen, daß die theoretische mittlere Lebensdauer von fadenförmigen Anoden (d.h. die Lebensdauer der natürlichen Lösung des Bleies durch Fehlen eines Säurefraßes oder Kurzschlüssen) offensichtlich kürzer ist, als diejenige der traditionellen Anoden in einem Maße, die im Verhältnis zur Menge der verringerten Blei-Silber-Legierung steht (bezogen auf ihre Herstellung). Man hat festgestellt, daß die große Festigkeit

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— ie" —

weiche die Anoden gemäß der Erfindung besitzen, und die bemerkenswerte daraus folgende Verringerung der Zahl der Säurebrüche oder der Kurzschlüsse, eine mittlere Lebensdauer der Anoden gemäß der Erfindung ergibt, die im wesentlichen gleich derjenigen der bekannten Anoden ist«,

Beispiel II

Eine elektrolytische Zelle mit 13 Anoden und 12 Kathoden ist vorgesehen. Der Abstand zwischen den Anoden beträgt 9o mm; jede Anode ist gebildet durch 2o Elemente ₉ die zu einem TJ gebogen sind, mit Armen von 1,37 Meter Länge und verteilt auf die Länge der Stromzuführungsschiene 1 auf einem Strang von O₉8 m_e Jedes Element enthält eine runde Aluminiumstange mit einem Durchmesser von 3 mm_s die mit einer durch Strangpressen hergestellten Schicht aus Blei~Silber~Legierung (o_s'j% Silber) mit einer Dicke von 3 mm besteht ο

Dementsprechend beträgt die vollständige Länge der Anode 1,37 Meter und ihre vollständige Breite 8o cm und entsprechend der Wirkungsweise hat man eine Länge der eingetauchten Elemente (in U~Form) gleichmäßig auf 125 cm festgelegt« Der Raumbedarf der eingetauchten Anode ist im wesentlichen gleich mit derjenigen einer traditionellen Anode (125 cm mal 8o cm).

In der angehängten Tabelle 3 sind gewisse charakteristische Eigenschaften wiedergegeben (aktive Oberfläche; Gewicht der Legierung bei Silber, Kosten jeder Anode) für zwei Anodenarten, von denen eine (Anode C) dem traditionellen Typ entspricht, die eine Anodenoberfläche von 2 qm aufweist j die andere (Anode D) gemäß der Erfindung ausgebildet

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In der angehängten Tabelle sind Angaben zusammengefaßt über periodische Messungen im Laufe von einigen Monaten. In der einen Zelle (Nr. ¹O sind Anoden gemäß der Erfindung angeordnet und in einer gleichen Zelle (Nr 5) bekannte Anoden.

Bei der Prüfung der Tabelle 3, über welche dieselben PestStellungen im Hinblick auf die Kosten zu treffen, und der Tabelle H kann man feststellen, daß mit den erfindungsgemäßen Anoden eine um %o% erhöhte Wirtschaft" lichkeit vorliegt im Hinblick auf die Spannung an den Köpfen der Zellen. Diese ist kaum höher als o,o5 - o,l V im Hinblick auf die sich ergebende Spannung in der anderen Zelle. Dabei ist die Haltbarkeit des Bleies in Kathoden beider Zellen praktisch gleiche

Selbst in einem Falle wie vorhergehend dargestellt, ist die theoretische mittlere Lebensdauer der Anoden gemäß der Erfindung geringer als die theoretische Lebensdauer bekannter Anoden, die ein höheres Gewicht haben.

Jedoch ist praktisch die mittlere Lebensdauer der Anoden gemäß der Erfindung etwa gleich derjenigen bekannter Anoden, und zwar aufgrund der erhöhten Festigkeit und der sich daraus ergebenden geringeren Zahl der Säurebrüche und der Kurzschlüsse,,

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Anhang _Λ

Tabelle 1 : Eigenschaften und Kosten einer bekannten Anode (A) und einer Anode (B) gemäß der Erfindung

bei gleichem Raumbedarf i

Aktive Oberfläche (m²) :

Gewicht jaer Pb-Ag Legierung (Kg)

Kosten des Pb (1,25 DM/Kg ) Kosten des Ag ( 325,-DM/Kg) Kosten des Al ( 3,85 DM/Kg) Kosten '_{( 2ί52 DM/Kg)} des Strangpressens

Gesamtkosten DM 222,50 DM 86,30

ode A	58.174	Anode B	12.80
1	^72,5O	0,5	— 16,00
-150,-	~ 33,30
—	- 1,40
	~ 35,60

Tabelle 3 : Eigenschaften und Kosten einer bekannten Anode (C) und einer Anode (D) gemäß der Erfindung

Aktive	Oberfläche	(	(m	²)	Anode 2	C .	75	Anode D 1,53	,80
Kosten	des Pb	'C	1,25	DM/Kg)	~ 136,	50	~Ä3	_t-
Kosten	des Ag	(	325,	- /Kg)	- 286,		«-92	,15
Kosten	des Al	3,85	DM/Kg)	—		"" 4	,35
Kosten ( 2 52 des Strangpressens	DM/Kg)		^98

Gesamtkosten DIi 423,25 238,30

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Tabelle 2

An&ang B

Vergleich zwischen Messungen in einer Zelle

(Nr. 3) mit Anoden gemäß der Erfindung

und in Zellen ( Nr. 1 und Nr. 2) mit bekannten

Anoden.

Leistung (amp er omeT; r i s ch)

gr. Zn /1000 Amph Zellen

Leistung
_p( amp erometrisch)

Zellen

Gehalt an Pb. in gr/t in den Kathoden

Zellen

1126	1103	1072	92,4	90,5	88,0	6	9	26
1162	1162	1157	95,3	95,3	94,9	5	6	19
1169	1159	1129	95,9	95,1	92,6	5	6	35
. 1111	1157	1007	91,1	94,9	82,7	•9	4 "	16 .
1072	1138	1091	88,0	93,4	89,6	12	8	16
1134	1061	1091	93,1	87,0	89,6	7	19	9
1034	1038	1088	84,8	85,2	89,3	14	11	20
1053	1142	1057	86,4	93,7	86,7	7	13	20
1122	1076	1134	92,1	88,3	93,0	8	7	16
1036	1069	1017	85,0	87,7	83,4	8	12	24
1099	1154	1045	90,2	94,6	85,7	8	12	22
1045	1146	1099	85,7	94,0	90,2	5	8	15
1180	1022	1076	96,8	83,9	88,3	9	5	8
1084	1023	1073	88,9	83,9	88,0	IQ	13	16
1131	1028	1087	92,8.	84,3	89,2	19	14	15
1149	1169	• 1129	94,3	95,9	92,6	11	17	22
1149	1111	1115	94,3	91,2	91,5	9	17	27 -
1138	1166	1103	93,4	95,6	90,5	14	20	25
1100 .	1176	1115	90,2	96,5	91,5	6	17	15
1158	1176	1129	95,0	96,5	92,6		6	20
1153	1168	1157	94,6	95,9	94,9			14
1134	1169	1080	93,0	95,9	88,6		6
1133.	1179		33,0	36,7	94,2

7/03^7

/14

Anhang

Tabelle 4 Vergleich zwischen Messungen in einer Zelle (Nr.4) mit Anoden gemäß der Erfindung und in einer Zelle mit bekannten Anoden (Hr, 5 )

Lexstung. · (amperometrisch) gr. Zn /1000 Amph 4 . 5	1047	Leistung (amperometrie ch) % 4 5	85,9	Gehalt an in gr/t in Kathoden 4	Pb den 5
1052	1048	86,3	85,9	12	11
1064	1136	87,4	93,2	10	14
1023	1033	83,9	84,8	21	24
1096	1010	89,9	82,9	25	33
1070	1052	Ό7,8	86,3	16	22
1095	1032	89,9	84,7	14	20
1107	1158	90,8	95,1	-	-
1133	1076	93,0	88,3	7	10
1056	1094	86,6	89,8	-	-
1089	1067	89,3	87,6	-	-
1069	1062	87,7	87,1	-	-
1088	■1137	89,3	93_S4	- ■	-
1110	1114	9I₅O	91,5	17	9 ^V
1007	1027	82,6	84_S2	-	-
1001	1030	82,2	84,6	-	-
1057	1088	• 86,4	89,3	-	-
1055	1005	86,5	82,4	10	7
1052	1139	86,3	93,4	8	-
1114	1129	91,4	93,8	-	-
1042	1039 .	85_S7	85,3	13	25
1023	83,9	—	—

Π 7 / Π θ. @ 1

Claims

Patentansprüche

1.) Anode für elektrolytische Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Schiene (1) zur Zuführung des Stromes mehrere fadenförmige Elemente (4,4^s) befestigt sind, die eine steife Seele als Halterung mit einer umkleidenden Schicht (6) aus einer Blei-Silber-Legierung aufweisen.

2.) Anode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedes fadenförmige Element durch eine runde Stange (5,5*) gebildet ist, die von einer dünnen Schicht (6) aus einer Blei-Silber-Legierung, vorzugsweise mittels Strangpressen umkleidet ist.

3·) Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes fadenförmige Element (4,4^f) durch ein metallisches Rohr (5^f) gebildet ist_s das mittels einer Schicht (6) aus einer Blei-Silber-Legierung, vorzugsweise durch Strangpressen^, umkleidet ist«

4.) Anode nach den Ansprüchen 1 bis 3₉ dadurch gekennzeichnet ₉ daß die runde Stange (5₉5^S) innerhalb des fadenförmigen Elementes (H_bk^) aus Aluminium gebildet ist.

5.) Anode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar benachbarter fadenförmiger Elemente (4,4*) durch eine U-Form verdoppelt ist, dessen freie Enden an der Schiene (1) befestigt sind.

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6o) Anode nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet j daß jedes fadenförmige Element (4,4·) an seinem unteren Ende mit einem Deckel aus isolierendem Werkstoff versehen ist„

7.) Anode nach den Ansprüchen 1 bis 6_S dadurch gekennzeichnet _s daß die fadenförmigen Elemente (H,4⁸) in gleichen Abständen zueinander stehen und mittels
daran angeordneter Rohre (7) od„ dgl. aus isolierendem Werkstoff gehalten sind*

8_e) Anode nach den Ansprüchen 1 bis 7_S dadurch gekenn= zeichnet, daß die fadenförmigen Elemente (4_S4») mittels rohrförmiger Stangen (7) aus Kunststoff zusammengehalten sind_s durch deren Querlöcher (9) die fadenförmigen Elemente (4_s4^f) hindurchfassen_o