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Elektrolytischer Gleichrichter.
Die Erfindung betrifft elektrolytische Gleichrichter und besonders deren Verwendung als Batterielader.
Im besonderen handelt es sich um einen Batterielader bzw. Gleichrichter mit einer Gleichrichterzelle entsprechend dem Patente Nr. 107777. Diese Zelle verwendet eine Tantalkathode und einen sauren Elektrolyten. Der Hauptzweck der Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, um mit Vorteil eine solche Gleichrichterzelle so zu betreiben, dass die Tantalelektrode äusserst lange bzw. sogar dauernd haltbar ist. Bisher waren elektrolytische Gleichnchterzellen mit Tantalkathode und saurem Elektrolyten praktisch nicht brauchbar, weil die Tantalelektrode so rasch zerstört wurde, dass ihre praktische Verwendung sich verbot.
Die Erfindern hat durch ausgedehnte Versuche, bei denen sich auch die Verwendung einer metallisehen Verunreinigung im Elektrolyten als vorteilhaft gezeigt hat, gefunden, dass die Zerstörung der Tantalkathode aufhört oder doch vernachlässigbar klein ist, wenn man ein Ansteigen der angelegten Spannung über einen bestimmten kritischen Wert verhindert.
Die Erfinderin hat festgestellt, dass im Betriebe einer elektrolytischen Gleichrichterzelle mit einer Tantalkathode, u. zw. besonders in einem sauren Elektrolyten mit metallischer Verunreinigung das an der Oberfläche der Tantalkathode gebildete nichtleitende Häutchen nicht aus Material von der Kathode, sondern aus im Elektrolyten enthaltenen Stoffen entsteht. Auch wurde festgestellt, dass, solange dieses
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dem Häutchen nicht angegriffen wird. Bisher aber wurde stets übermässige Spannung an die Zelle angelegt, das Häutchen wurde zerrissen und die Tantalelektrode so rasch angegriffen, dass die Verwendung von Tantal in einem elektrolytischen Gleichrichter für unpraktisch gehalten wurde.
Sollte bisher eine elektrolytische Gleichrichterzelle zum Laden einer Sammlerbatterie aus einer Wechselstromquelle, z. B. einer Hausbeleuchtungsanlage verwendet werden, was den häufigsten, wenn nicht sogar den einzigen praktischen Anwendungsfall darstellt, so war es üblich, die Batterie und eine einzige Gleichrichterzelle in Reihe direkt zwischen die beiden Hauptleitungen zu schalten. Die Spannungen von Wechselstrombeleuchtungsanlagen sind regelmässig viel zu hoch zum Laden von Batterien durch eine elektrolytische Gleichrichterzelle, wenn man nicht eine Vorrichtung verwendet, welche die Stromaufnahme begrenzt. Hiezu dient meist die Lampenanlage oder ein sonstiger fester oder einstellbarer Widerstand, der in Reihe mit der Gleichrichterzelle und der Batterie geschaltet wird.
Fertig hergestellte Lader mit elektrolytischen Zellen verwenden gewöhnlich einen Widerstand aus Nichrom oder sonstigem Widerstandsdraht. Dadurch wird die Stromaufnahme begrenzt. Während jener Halbperioden nämlich, in denen die Gleichrichterzelle freien Stromdurchfluss gestattet, ist der Spannungsabfall im Widerstand genügend, um den Ladestrom auf den gewünschten Wert zu beschränken. Beim Umkehr der Polarität der Stromquelle wird der Widerstand der Gleichriehterzelle sehr hoch und der Strom wird daher, in der Theorie, unterbrochen. Fliesst kein Strom durch die Widerstandsvorrichtung, so ist der
Spannungsabfall in ihr natürlich gleich Null.
Es ist leicht ersichtlich, dass bei Umkehr der Polarität die volle Netzspannung dann direkt an die Gleichrichterzelle angelegt wird und dann tritt eine Lichtbogenbildung zwischen dem Elektrolyten und der Kathode durch das gebildete dielektrische Häutchen hin-
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Es wurde nun von der Erfindern gefunden, dass, wenn die an die Gleichrichterzelle mit Tantalkathode angelegte Spannung am Anstieg über einen bestimmten kritischen Wert während derjenigen Halbperiode verhindert wird, bei welcher die Zelle den Stromdurehgang zu verhindern sucht, zwar die Funkenbildung an der Kathodenoberfläche manchmal fortdauert, eine Lichtbogenbildung und Zerreissung des Häatehens aber nicht eintritt und die Tantalkathode nicht merklich angegriffen wird und tatsächlich praktisch unbegrenzt dauerhaft bleibt.
Erfindungsgemäss kennzeichnet sieh daher das Verfahren der Verwendung einer elektrolytischen Gleichrichterzelle mit Tantalkathode und saurem Elektrolyten dadurch, dass die an die Zelle angelegte Spannung während derjenigen Halbperioden, bei denen die Zelle den Stromdurchgang zu verhindern strebt, am Ansteigen über die kritische Spannung der Zelle verhindert wird, wodurch eine Zerstörung der Tantalkathode wesentlich verhütet wird.
Ein elektrolytischer Halbwellengleichrichter mit einer Gleichrichterzelle, die eine Tantalkathode in einem sauren Elektrolyten enthält und zum Gebrauch für eine Stromquelle von einer die kritische
Spannung der Zelle übersteigenden Spannung geeignet ist, zeichnet sich durch eine Einrichtung aus, die das Ansteigen der an die Zelle angelegten Spannung über die kritische Spannung hinaus während der Intervalle verhindert, in denen der Stromfluss durch die Zelle verhindert wird, sowie während der Intervalle, während deren die Zelle den Stromdurchgang erlaubt. Dadurch wird eine Beschädigung der Tantalkathode wesentlich verhindert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schema-tisch dargestellt :
Fig. 1 zeigt die Schaltung einer gewöhnlichen Batterieladereinrichtung mit Gleichrichterzelle, Fig. 2 die Schaltung nach der Erfindung.
Die Lichtleitungen 1 und 2 dienen zum Laden der Batterie 3 mittels der Gleichrichterzelle 4. Ein Widerstand in Form einer Patrone od. dgl. mit Widerstandsdraht z. B. aus Nichrom, der auf Porzellan oder sonstige Isoliermasse gewickelt ist, ist bei 5 angedeutet. Vielfach ist statt dessen nur eine Lampenfassung angeordnet, in die man eine Lampe von geeignetem Stromverbrauch einzuschalten hat. Auch sind Schmelzsicherungen 6 und 7 vorgesehen.
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verbunden, dessen Sekundärwicklung 14 mit einem Stromkreise verbunden ist, in welchem die Gleichriehterzelle 15 und die zu ladende Batterie 16 in Reihe liegen. Eine Schmelzsicherung kann z. B. an der angekreuzten Stelle vorgesehen werden, ist aber lmnötig.
Die Sekundärwicklung. Mist so bemessen, dass die an ihren Klemmen verfügbare Spannung kleiner als die kritische Spannung der Gleichrichterzelle und vorzugsweise gleich oder kleiner als die Differenz zwischen der kritischen Spannung der Zelle und der Spannung der zu ladenden Batterie ist. Dies gewährleistet, dass die kritische Spannung der Zelle nie überschritten wird.
Eine Zelle mit einer Tantalkathode in einem Elektrolyten aus Schwefelsäure, die ein spezifisches Gewicht von 1'25 hat und etwas Ferrosulfat z. B. 1 g je 100 em3 enthält, hat eine kritische Spannung von etwa 27-5 Volt. Bei einem Batterielader für das Laden der Batterien von 6 Volt und 12 Volt, die gewöhnlich für die Beleuchtung und Zündung von Kraftwagen und für die Fadenheizung von Vakuum- röhren für Radiozwecke verwendet werden, kann der Transformator vorteilhaft so bemessen werden, dass er eine Sekundärspannung von etwa 18 Volt ergibt.
Aus obigem kann die richtige Spannung für Gleichrichter für andere Zwecke leicht bestimmt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verwendung einer elektrolytischen Gleichrichterzelle mit Tantalkathode und saurem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Zelle angelegte Spannung während der Halbperiode, in der die Zelle den Stromdurchgang hemmt, am Ansteigen über die kritische Spannung der Zelle verhindert und dadurch eine Beschädigung der Tantalkathode wesentlich verhütet wird.
2. Elektrolytischer Halbwellengleichrichter mit einer Gleichrichterzelle, die eine Tantalelektrode in einem sauren Elektrolyten enthält und zur Benutzung für eine Stromquelle von einer die kritische
Spannung der Zelle übersteigenden Spannung geeignet ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Verhinderung des Ansteigens der an der Zelle liegenden Spannung über die kritische Spannung der Zelle während derjenigen Intervalle, in denen der Stromdurchgang durch die Zelle gehemmt wird, sowie während derjenigen Intervalle, in denen die Zelle den Stromdurehgang erlaubt, derart, dass eine Verschlechterung der Tantalelektrode wesentlich verhindert wird.