DE1671436A1

DE1671436A1 - Anodenverankerung fuer Elektrolysezellen

Info

Publication number: DE1671436A1
Application number: DE19671671436
Authority: DE
Inventors: Currey John E; Emery Alvin T
Original assignee: Hooker Chemical Corp
Current assignee: Hooker Chemical Corp
Priority date: 1966-03-28
Filing date: 1967-03-28
Publication date: 1971-09-02
Also published as: NL6704367A; US3425929A; GB1119817A; NL130825C; ES338521A1; FR1515646A; BE696208A

Description

Dipl-Ing. F.Weickmann, Dr. Ing. A-Weickmann, Dipl-Ing. H. WeickmaNn Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte 1671436

HMT 8 MÜNCHEN 27, MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

Case 1671

HOOKER CEEMIGAL CORPORATION, Ifiagara Falls, IM .Y. H302/USA

Anodenveraiürerung für Elektrolysezellen

Die Erfindung betrifft Mittel für die Befestigung von Anoden in Elelctrolysezellen, insbesondere ein Mittel zur Verringerung oder Beseitigung der Bewegung der Anodenflügel, von Eleictrolysezellen infolge der thermischen Ausdeutungen und Kontraktionen, von Metallwanderung und anderen Veränderungen, die beim Betrieb von Elelctrolysezei- leu auftreten.

- Eielctrolysezellen, iiisbesondere solche, die für die EIjjöEtrolyae wässriger Iiöeüngen geeignet sind, bestehen hä|ifig aus einer Vielzähl von alternierend angeordneten ΑΉφίϊβη- und Kathodenkönfigiirationen. Die Kathodenf? ist gewöhnlich al© eXQfctrisch einheitliöher Bau-

' " ■.'-■ . ^:v - : r ■-■■ .. ■■ '-■ - - '"■■ "'■ teil ausgebildet, welchej? eine Vielzahl von Voraprüngen

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besitzt, die als Kathodenfinger bekannt sind. Diese Vorsprünge können die Katnodenstr.ul:tur vou einer Seite zur
anderen überbrücken oder können eine Serpentinenkonfiguration aufweisen· typische Beispiele für diese Kathoaenkonstruktion sind in Seite 93 des Bucnes "Cnlorine, Ins
Manufacture, Properties ana Use" aSG Monograph Reihe xlr. 154) von James S. Sconce, Herausgegeben von Reinhold
Publishing Corporation (1962) angegeben. Die Katnodenfinger weisen voneinander einen bestiiruiiten Abstand auf. Vor dem Zusammenbau der Elektrolysezelle werden Ano'denflügel im Zellenboden in Abständen voneinander so angebracht,
daß beim Zusammenbau der Zelle die Anodenflügel zwischen den Kathodenfingern zu liegen kommen.

Bei zunehmender Größe und Kapazität der iSlektrolysezellen wird die Ausrichtung der Anodenflügel hinsichtlich der Kathodenfinger von äußerst kritischer Bedeutung. Gewöhnlich beträgt der Abstand z\f±sehen Anodenflügel und Kathodenfinger etwa 6,35 Ms 12,7 mm. Bei zunehmender Iiänge des Anodenfiügels nimmt die Schwierigkeit, diese Distanz! konstant zu halten» bei Ausrichtung der
Elektrode«! au* da ein Ende jedes Anodenfiügels in einem

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leitfähige.u Material eingebettet ist,_: welches anschließend, als Orenpunkt wirken icann, um aen aas nerausragende Ende des Anoaeiiflugels bei der geringsten Bewegung des leitfähiaen Materials α reu zap fen ar tit: bewegt werden kann. Mit zunehmender Lange des Anodenflügels werden derartige Bewegungen stark vergrößert, üine schlechte Ausrichtung des Anodenflügeis, so daß dieser nicht laehr zwischen den KathodeiAi'iiitern zentriert ist, verringert den elelctriscnen tiiricuii "Bgrad. V/enn der flügel so weit von der. Ausrichtung abv.eicnt, da;3' er ae:i Kathodenringer berührt, so tritt ein lCurasciiluß auf, durcn α en die \,irksanüceit des betreffenden jiiLOdeiii'lügels ausfällt und elektriscner Btrom uiuiütz vergeudet wird.

Ziel der Erfindung ist daher die Scnaffuug einer Vorrichtung, durcn welche die Anodenflügel zuverlässig in Stellung gehalten werden unter Verankerung am -üoden der Zelle, durch welcne eine Bewegung bei anschließenden thermischen Ausdehnungen Lind Kontraktionen verringert oder beseitigt wird. Jiin weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kittels oder einer Vorrichtung zur zuverlässigen Verankerung von Anodenflügeln in einem Zellenboden, so daß die Anodeiiflügel anschließend aus dem Zellen-

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boden ohne dessen Zerstörung herausgenommen werden könmen»

!Sr findungs gemäß wird ein Mittel zur Befestigung einer Anode in einer Elektrolysezelle geschaffen, die ei- "=.-; neu Zellenboden mit einer darin vorgebildeten.Unregelmäßigkeit, einem leitfähigen Medium an dem eine Mehrzahl von Anodenflügein befestigt sind und eine Sammelschiene aufweist, wobei das leitfähige Medium eine Oberfläche aufweist, die so geformt ist, daß sie mit dem Zellenboden und der Unregelmäßigkeit darin übereinstimmt, wobei die Unregelmäßigkeit im Zellenboden und im leitfähigen Medium aus einer ineinanderpassenden Vertiefung und einem Vorsprung bestehen und die Unregelmäßigkeit quer zur Kiehtung der Sammelschiene im leitfähigen Medium angeordnet ist»

Das erfinäungsgemäße Verankerungsss^stem schafft ein Mittel, um die Anodenblätter fest in ihrer Stellung zu halten, so daß auch geringfügige Verschiebungen des leitfahi-* gen Mediums, wie sie bei Temp erat uränderuiigen auftreten» vermindert oder beseitigt "werden. Außerdem wird, wenn Blei oder ein anderes Weichmetall als leitfähiges Medium verwendet wird, eine Wanderung des leitfähigen Mediums bei den Zellbetriebstemperaturen stark vermindert oder beseitigt.-

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- Die ürfindung"wird, nuimehr--anhand der beigefügten Zeichnung näner beschrieben, worin . .

]?ig. ,1 eine Obenansieht des. 2ellbodens darstellt, welche die Stellung der Sammelschienen und der vorgebildeten Unregelmäßigkeit im Zellboaen veranschaulicht;

Ji¹Ig. 2 zeigt einen Vertikal schnitt durcfi den

Zellboden von 5^vig« 1 längs der Hbene 2-2 unter Hinauftigung von Iziodenfl^igeln, die in einem leitfähigen Material eingebettet sind, und

I¹Ig. 3 zeigt .-einen Tertikais ohnitt längs der

übene 3-3 von Jig-, 1, -welciier^ die Unregelmäßigkeit im Eellboden im Verhältnis zur Anordnung der Sammeis chi eiie näher erläutert . ;■■'. ■

Der Zellboden 10 stellt einiprgebildetes Bauteil 'dar YOXi bestimmter G-rb'ße und Förjn> in dem eine Unregelmäßigkeit' 16; auf der inneren Bodenoberflache vorgeformt ist 20ll;enboden 10 kanu aus mhlreiöhen Materialien beste-

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lien, die inert sind oder gegen den Zelleninhaltinert gemacht werden können. Zu den geeigneten stoffen gehören verschiedeneSisenmetalle wie Stahl, Eisenlegierungen wie rostfreier Stahl, nickelstahl unddergl,, und -iSisenmaterialien, die mit .inerten Stoffen überzogen sind, beispielsweise mit nachohloriertem Polyvinylchloriü, Poljvinyliaenchlorid, 'X'eflon, keramischen Stoffen sowie andere geeigxiete anorganische und organische Stoffe. Im allgemeinen" v/ird jedoch Beton als Baumaterial bevorzugt, wegen der vernält-. nismäßig einfacnen Herstelltuig, der !iicntleitfäliiglceit, Inertheit una den verhältnismäßig geringen Kosten. Infolgedessen wird hier und in den üeichnungeii auf einen Zellenboden Beziig genoßimen, der aus Beton "besteht* Sr. kann aber genauso gut. auch aus einem der anderen geeigneten Materialien hergestellt werden, beispielsweise einem der oben erwähnten. . \ -..".-"

Die Unregelmäßigkeit 16 kann entweder ein Vorsprung oder eine Vertiefung, oder eine Kombination von bei-* den im Zellenboden sein, Ein korrespondierender* passender Vorsprung oder eine Vertiefung ist im Isitfähigen Medium 20 vorgebildet, so daß bei einer Vereinigung der beiden !'eile der Vorsprung und die Vertiefung fest ineinander

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passen. Die Unregelmäßigkeit 16 ist quer aiigeorärief -Und vor zugsweise im wesentllcheti senkrecht zur Hauptrlc.htung der Sammelschiene 12 is IeItfäJiigen Medium 20. Bei einer besonders bevorzugten Äusführungsform ist die Unregelmäßigkeit 16 In oder aaiie einerKbene angeordnet, die durch das der Hasse des leitfähigen Mediums 20 geht und die

zur allgeiiieineii iiicntung der äaiiiraelschiene steht. Vanlv/eise kann die Stellung der unregelmäßigkeit zum Massenaentrum ties leitfähigeii Mediums etwas versehoben sein bei etwas geringerer Wirksamkeit,oder eine Vielzahl von Uiiregelmäßigkeiten kann angewendet werden, beispielsweise indem UnregelmäSigicelten auf beiden Seiten der Ebene, die durch das Hassenzentrum Terläuft.,". angebraeht werden, insbesondere In einer Position gleicher Abstände von beiden Seiten, des Hassenseiitrums« Daher wird häufig eine Mehrzahl von Unregelmäßigkeiten angewendet. AuS erdem werden entsprechexid gute Ergebnisse erhalten, wenn die Unregelmäßigkeiten itahe dem geometrischen Zentrum des IeItfähigen Mediums ah-, geordnet werden. Bei der Berechnung des Massenzentrums des leltfäkigeji Materials wird die Sammelschiene nicat darin eingeschlossen, raid daher Ist das Massenzentrum häufig gegenüber dem geometrischen Zentrum verschoben, je nach der iOrm wctü Stelluttg der Sammelschiene.

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* Die Unregelmäßigkeit 16 kann entweder aus einer Vertiefung oder einem Vorsprung bestehen, der die gesamte Distanz von einer Seite des Zeirbo.dens zur anderen oder zu'irgendeinem Teil desselben überspannt. Außerdem kann die Unregelmäßigkeit 16 auch eine andere form aufweisen als die eines stabförmigen Vorsprungs, wie sie speziell gezeigt wird. Beispielsweise können kreisförmige, dreieckige und rechteckige Unregelmäßigkeiten verwendet werden. ■ . ..

Bei der formung des Zellbodens 1Q wird die Uhregelmäßigkeit 16 vorzugsweise so geformt, daß die Vorsprünge und Vertiefungen verhältnismäßig scharfe Kantenwinkel- auf-" weisen»-"So hat die Unregelmäßigkeit 16 eine vorspringende Kante 24 bzw. eine Seitenwand, die nahezu senkrecht verläuft, mit Kantenwinkeln nahe 90°. Die Seitenwand 26 ist daher vorzugsweise'eine flache Wand und nicht eine gebogene Wand. Diese Kantenwinkel sind gewöhnlich geringfügig größer als 90°, vorzugsweise liegen sie im Bereich von 90 bis etwa 120°. Besonders bevorzugt werden Kantenwinkel im Bereich von etwa 90,5 bis 100°, wobei der etwas stumpfe Vinkel ein leichtes anschließendes Entfernen .des leitfähigen Mediums aus dem Zellboden ermöglicht. In gleicher 'Weise

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sind die Seitenwände 26 der Vertiefung 14 für die Sammelschiene -vorzugsweise nahezu vertikal,und die Kantenwinkel davon sincl vorzugsweise verhältnismäßig scharf mit ¥in~ kelii zwiscnen etwa 90 und t20 und besonders bevorzugt zwischen etwa 90*5 und 100°.

Im leitfähigen Medium ist im allgemeinen eine Kenrzanl von lnodej.iflügeln eingebettet oder auf andere '.ieise "befestigt. Je nach der speziellen Zellenbauart liegen etwa gleich viele Änodenflitgel vor als Kathodenfinger voriianden sind. Diese ^aIiI, welche der iialil der Anodenflügelreihen entspricht, liarm weitgehend schwanken zwinsehen etwa 2; und 100 oder noch mehr» In den meisten fällen liegt die Zahl zwischen etwa 10 und 50.

Die 3teilung der inodenflügel hinsichtlich der Hichtung der im leitfähigen Medium eingebetteten Sammelschiene kann entweder parallel oder senkrecht dazu sein, Die nachteiligen ViTirkungen von Bewegungen des leitfähigen I'iediuni3 si ad am stärksten ausgeprägt» wenn die inodenf lüge! senireciit zur Bichtung der Sammelschiene verlaufen, Durch die Erfindung wird jedoch unabhängig von der Stellung der Jtfio4enflügel in Bezug auf die Sammelschiene eine prafc-

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tisch vollständige Beseitigung nachteiliger Bewegungen der flügel bewirkt.

Das leitfänige Medium 20 ist vorzugsweise ein ketal! großer Leitfähigkeit wie- Blei, Kupfer oder Legierungen, davon mit einem. verhältnismäßig niedrigen »schmelzpunkt, so daß es leicht um die Anodenflügel gegossen werden karm, ohne daß die Anoden durch die Hitze des geschmolzenen Metalls zerstört werden. Besonders bevorzugt v.drd Blei» Las leitfähige Medium. 20, in dem :iie Aiioäenfl'igel 18 zusanmen mit der Sammelschiene 12 eingebettet sind, -,;ird normaler-" weise außerhalb des Zellenbodens 10 gegossen* Auf diese Weise !tonnen die Anodenflüger. und das leitfähige Iledium im Zellenboden ersetzt werden, wenn die Anodenflügel durch, den ölektrolytisehen Prozeß zersetzt wurden.Diese bevorzugte Möglichkeit zur Entfernung des leitfähigen Mediums aus dem Zellenboden ohne Zerstörung öes Zeilenbodens bringt die Bohwierigkeit bei der Befestigung des leitfähigeii Mediums in solcher Weise, daß es gegen Bewegungen durch StoiS, Wärmeausdehnung und dergl. absolut beständig ist, mit sich, 1/enn das leitfähige Medium in uen Zellenbodeii gebracht wird» bringt man ein thermoplastisches Dichtungsmittel 22 auer über die freiliegenden Oberfläche des leitfähigeji ^; Mediums an.

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Sie SciL'Uuftlsciiieiie "12 ist im leitfähigen Hedium auf Bolche *feise eingebettet_s daß sie sich Tor zugsweise in einer Verti ef 11.*^ des gellerfxx-ens 1Q befindet, ¥ahlveise kann die SaumelseMerte aber auch nicht in der Vertiefung azigeordiiet ö.eis. oder die -Vertiefung kanii weggelassen «ui·* üurch öi;ien Yorspruiig oder eine andere Ujarp_;gelniäßifokeit ersetzt werden., die sich in allgemeinen parallel z.ur HiciitiLUji der - SatBaelsciiiene erstreckt... In. vielen fällen v/ird nur eine einsige Sa^J>&lsc£ii-exie iai 2ellenboden verv/endet. iJeixauso gute Jirgebnisse" werden auch mit einer einzigen i3ar.iiiel0Ciiie.rie erlialT;eit, bei der eine gekreuzte Torsprung-Uiid/oder Vertiefuiigsaiiorcinuiig im uellenboden- vorgesehen ist, ctie eiuem. entsprecliendeii, passeiiden Vorsprung und/ oder einer Vertiefuug ia leixfäiiigen wedium entspricht.

Die bevorzugte Höiie oder i⁵iefe der Unregelmäßigkeiten und inre Breite siad Faktoren* die von der spe-2iellen Bauart des üellenbödeiis abilängen. In₁ Abhängigkeit von der Festigkeit des lextfäiiigeja Kediuais bei der Zellenbe-criebstetiperatur xmä. Öeu darauf einwirkenden Beansprucliaxi^en '»/ird aie !iiefe wtd Breite der jiinsenkung vorzugsv/eise so gewäült, dai eine Deformation-'"des leitfälligen Metalle unä/oder eier Ifiiregeliaäßigjceit im Zelleiiboden, wo

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beide nach Art von l^rut und !EWer verbunden sind, ausreichend -vermieden v/ird. ¥orzu;;swei se scnvankt die vorspringende und/oder ve:"tiefte Unrep-^lmäiiigÄ^it z\;:i sch-^n etwa 10 und etwa βΟ',ό d^r mixtlpre'ji ^ri^liei> des 1°.;'·^ϊβ.ρΛ^·ι 1-Iedi.ums. Die Breite dar Uii.rp^eiraäiBi^A'.-'J.t ic:^:nn rb-^jifalls je nacii inrcr ZaJiI, ihrer Län^e und naca den A'briessu/.gen des leitf:-^:J.iijen üediuras £CJ'xv;a,iJ.ken. Is allreiaein^n iainn die Breite zvisciien *etv;a 0,5 ui^a et^T,₍a 20>& der iireite des leitfäiii^en Ilediuras betriigen. Die b^sondf-rs bevorzugten Ab-■Liessungen lassen sich - empiriscii durch den Pacrjuarui leiC.it bestinmen.

Das erfänti.air'sgemäße Anodpnveranlcru.-^ssysteu ist zur Y"=rv/enduri,_ in vieleu verschiedenen Arten von Jjlelcfcrolysezellen geeignet. Besonders ^eei/net ist es für IJ el lon, die Kohlenstoff- odor -j-rapliitaleiit-voclen als Aj,ode ver\:eadf'ji. Hierzu gehören jjlelccrol,) Liezellen v/in ühloralicaliwellen, Alkalimetallohloi'atzellen, b;..li.;d^::.aregellen χνιά zahlreiche andere ä/inliche JiJlelvtiOlya

Vie vorstehend erwähnt, ist das erfindan, ^jemäße 7.-irankeru;.gs sy stew besonders für die Vc-rv.-endun^; in Qhloralkalizellen coei^r^et, die Ghlor, ll'^tronl-u^·"¹ und 1,'asser-

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stoff efu^'Ageiii ii-rartige 'Zellen -weTv ^•.,iaeixe.^ d-en Anoaeüfilb;sl.,x tm.i deiu Eatliodeiifirigeru; M^i!s L/ih.plirar:iae:. Bl^d ala a'bveucMeäer.e od^r aufgebräciite Dia ■ρΙιτΆ^-ιιβιι bi-XB... it. J)UB Vsi'v/Bj^dRte JJiapxiragiaa iat flüssig- _':■■=:ί csrLtrciiliIcisig ttml beabeht aus Matefialisii *„-ie Asbest u ^a 3yii-tjL.eoef it&'erjijf bej.Dpi jlöveise aus iiaciioiilöriertem Pöi/vi^,/ldiilorid,·

Ie;. und -:Iergl;. "Auöirdeii icöimeii i

AUcaliüietallciiloricie wie liatriumchlorid elekti-olysieren, aucii au«!ere ÄlkalLaetaiiciiloride ohne v/eiteres felektro- lysierv \iavdeiLi Zu di^seix a/tCit.-reri ikllcalimtiüalloiiloriden gehör ext Kaliumclilorid, Litoiuiachlorid, Eubidiüiachlörid

Die Beeteutiiiiji der Erfindung v/ird besonders bei

eri -:nit· holier .elektrischer Kapazität augenfällig. Bei grolaeii Oliloralkalizellexi beispielöv;eise mit Kapazitäten vox. 60 000 A und mehr wird die länge der AnodeniTtigel im allgeiaeiiien v/esentlicii gegenüber Üektrolyaezellen mit ^erixi^erer Kapazität, "beispielsweise solchen von ^O 000 A oder weniger, vergrößert. Greringe Bewegungen cies Anodenvorankerungsmediumö v/erden vergrößert, so dai3

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die vorspringe.ide;. jji.doi. ar τ üiioa

ι:ζ'-_Λτί: ν- ^a c^].ο ο ^n

g diener xiusviczm^. ::Ahr^i.d ues xiptri-οε der_ iiftlle» der gewcihxilicii bei eii.or !'eiiperax·^",, «.ie \.^reüeij.t-Iicn iiöiier lie^t als die arspr-L^l¹'c.ie At10ric.ittu.ijijt&rroüraturj vor sich geht, ist fir aii^en wirtucixaftliciieri ->etriet) d->r Zelle voi. ^

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Claims

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iiS für pi^e Üleirtrolyse zelle, üie ^i.i'xHiu Zellboaei. rait ''!.Ij.er darin vorgefori.iten Unregelmäßig keit, ei.i leitfälliges Medium, in dem eine Vielzahl von Ano-ieni'lä^eli. "befestigt ist, and eiup ÜaLirael schiene auf- ~.;eict, daaurc: ^lennzeicli'iet, aaio das leit-fühige I-Iedium e¹"..- vbt-rflMciie aufueisx, di« ao jeforax isx, daß sie mit aen ,.cllei^oodei^ und α er u^ia-s^elaä^i^keit aarin überein— üti:n::it, "..obv.T ei'. J .regeliaäiüi^keit im 2iell^i%:i".joaeri und im 1- . xi':üiijeii nediuu aus eiuPin Vors-pru^ig ui^d ei^er dazu ^aS cv A^i. V'-rtipfiüi^. b-'sLent unü aie "Ji.regeluäiii£koit ^uer £ur Riciituu^ aer S-.niiaelsciLiciifc in leitfilm!gen lleaium ange orciuex i:?t.

2. Vorriciit,Ui.- n'acix Airsprueli 1, dadurch gekeimzeiciax

daß aip Sanuelschiene miirclr-otens teilweise iLi· leitfälligen ilediu?ü eingebettet ist, das leitfäiiige Medium einen Yorspru3j._t: aufweist, u«r" άντ Sani£:elscriiHne eixtsprieht,und der ^ell^bodeii ein·? Vsrti-rf^Ui.^ '.-.uxweist, die dem Vorsprung deu leitfäni.reii i-Iediuüis. vd. η der um entsOriclit.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2j dadurch gekennzeichnet, daß .de.r Zellenboden aus Beton besteht und die Unregelmäßigkeit darin einen Vorsprung darstellt und das leitfähige Medium aus Blei besteht und eine Vertiefung aufweist, die dem Vorsprung im Zellboden entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vertiefung im Zellenbodeii aus Beton befindet und der Vorsprung im leitfähigen Medium.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenflügel parallel zur liichtung der Sammelschiene in leitfähigon Iledium angeordnet sind.

6. Vorricntung nach■ Anspruch 1, dadurch ge net, daß die Anodenflügel im wesentlichen quer -zur Richtung der Sammelschiene im leitfähigen Medium angeordnet sind.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß die Seitenwäiide des Vorsprungs und der Vertiefung nahezu vertikal sind und dadurch eine verhältnismäßig schxirfe Kante mit einem Winkel von 90 -bis 120° zur Horizontalen bilden.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 90,5 "bis 100° zur Horizontalen beträgt*

9. Torrichtung nach Aiisprucli 1, dadurcli gekennzeichnet, daß die Unregelmäßigkeit im Zellenboden aus einer Mehrzahl von Torsprüngen "besteht»

10. Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiohne t, daß die Unregelmäßigkeit im Zellenboden nut- und federartig mit Torsprung und Vertiefung ausgebildet ist und durch den Schwerpunkt des leitfähigen Mediums verläuft.

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