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Voltametrischer Ladungsanzeiger für elektrische Sammler.
Als Mittel zur Überwachung des Ladungszustandes eines elektrischen Sammlers sind Voltameter bekannt, die in den Stromkreis des Sammlers eingeschaltet, einen Zeiger bei der Ladung des Sammlers in dem einen Sinne, bei der Entladung im entgegengesetzten Sinne längs einel Skala bewegen. Es sind elektrochemisch umkehrbare Voltameter ; wird die Polarität der Elektroden vertauscht, so wandert die vorher zwischen den Elektroden elektrolytisch aus- getauschte Stoffmenge auf dem umgekehrten Wege wieder zurück. Ein solches Voltameter, z.
B. ein Kupfervoltameter mit zwei Kupferelektroden in Kupfersulfatlösung, von denen eine an einer Federwage aufgehängt ist, in den Stromkreis eines verlustlosen (idealen) Sammlers eingeschaltet, würde durch den Zeiger der Federwage ohne weiteres den jeweiligen Ladungs-
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jedoch würde diese Angabe noch fehlerhaft sein wegen des Ladungsverlustes im Sammler. Der Sammler gibt nur einen Teil der Amperestunden wieder heraus, die vorher in ihn hineingeladen worden sind. Dieser Fehler lässt sich aber durch bekannte Mittel beseitigen. Man sorgt dafür, dass bei der Entladung des Sammlers ein grösserer Bruchteil des Sammlerstromes durch das Voltameter geht wie bei der Ladung und stimmt die dafür verwendeten Nebenschlüsse bzw.
Vorschaltwiderstände des Voltameters so ab, dass bei voller Ladung und bei voller Entladung des Sammlers dieselbe Elektrizitätsmenge durch das Voltameter fliesst.
Durch die Erfindung wird ein solches Voltameter in einer Richtung verbessert, auf die man bisher nicht geachtet hat, was zui Folge hatte, dass die bisher vorgeschlagenen Voltameter dieser Art nicht praktisch brauchbar waren.
Die älteren Voltameter sind noch mangelhaft aus folgendem Grunde : Nach Erreichung der vollen Ladung des Sammlers muss noch eine Zeitlang Strom in der Richtung des Ladestromes durch den Sammler geschickt werden. Diese an die Ladung anschliessende sogenannte "Überladung", die von einer lebhaften Gasentwicklung im Sammler begleitet ist, erhöht den Amperestundengehalt des Sammlers nicht mehr. Die zur Überladung erforderliche Elektrizitätsmenge
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Zahl der Betriebsperioden entsprechend grösser und damit wird die Angabe des Gerätes ganz unbrauchbar.
Um diesem Übelstande vorzubeugen, wird gemäss der Erfindung durch Abschaltung des Voltameters während der Überladung oder durch Sonderung der während der Überladung
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Voltameters ausgeschieden.
Das an zweiter Stelle genannte Mittel ist sehr einfach anzuwenden bei einem Voltameter bei dem eine Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, oder ein Gas, z. B. Wasserstoff, an der Kathode aus dem Elektrolyten heraus, an der Anode in ihn eintritt. Bei einem solchen Voltameter kann die
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während der Überladung an der Kathode ausgeschiedene Stoffmenge zur Anode zurückgeleitet werden.
Ein Wasserstoffvoltameter mit einer solchen Einrichtung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. i der Zeichnung veranschaulicht. 10 und 11 sind die gitterförmigen Elektroden. 10 ist bei der Ladung Kathode, 11 Anode. An die Ladungskathode schliesst sich ein enges Messrohr 12 an, an die Ladungsanode 11 ein weiteres Rohr 13. Das Ende des Messrohres 12 befindet sich unter dem Ende des Rohres 13, so dass aus dem Messrohrende austretendes Gas durch das Rohr 13 zum Sammelraum an der Ladungsanode 11 zurückkehren kann. Die Elektroden 10, 11
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untergebracht.
Bei diesem Voltameter wird durch den Wasserstoff, der bei der Ladung des Sammlers an der Elektrode 10 ausgeschieden wird, der Flüssigkeitsspiegel in dem Messrohr 12, von der Elektrode aus gesehen, zurückgeschoben, schliesslich bis zum Ende des Messrohres. Ist dieser Zustand erreicht, so wird in dem Mass, als an der Elektrode 10 Wasserstoff ausgeschieden ist, Wasserstoff aus dem Ende des Messrohres 12 austreten und zur Anode 11 zurückkehren. Die Grössen, die die Stromstärke im Voltameter bestimmen, sind in Beziehung zum Rauminhalt des Messrohres 12 und zum Amperestundengehalt des vollgeladenen Sammlers so gewählt, dass bei Volladung des Sammlers das Messrohr sich gerade bis zum Ende mit Wasserstoff füllt.
Es
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Wasserstoffmenge zur Anode zurückkehren und somit aus der Angabe des Gerätes ausgeschaltet sein.
Der Gebrauch des Gerätes gestaltet sich wie folgt : Vor Beginn der ersten Ladung des Sammlers wird der Flüssigkeitsspiegel im Messrohr an den in der Zeichnung mit 0 bezeichneten Endpunkt der Messskala gebracht. Bei der nun folgenden Ladung weicht der Flüssigkeitsspiegel zurück, um, wie vorher angegeben ist, bei voller Ladung. des Sammlers gerade bis an das Ende
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vertauschen die Elektroden ihre Rollen, 10 wird Anode, 11 wird-Kathode ; die mit 10 in Verbindung stehende Wasserstoffmenge im Messrohr 12 nimmt entsprechend der fortschreitenden Entladung des Sammlers ab. Dabei berücksichtigt man den Wirkungsgrad des Sammlers in bekannter Weise dadurch, dass man bei der Entladung durch das Voltameter einen im Verhältnis zur Sammlerstromstärke grösseren Strom fliessen lässt, wie bei der Ladung.
In der Zeichnung ist dafür ein Schalter 1-5 zum Kurzschliessen eines Teiles 16, eines Vorschaltwiderstandes vor dem Voltameter angenommen. Dieser Schalter ist durch eine, durch den Richtungwechsel des Stromes im Sammler zu betätigenden Vorrichtung beim Beginn der Entladung zu schliessen.
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von vorn,
Diese Erscheinung ist unerwünscht, weil sie das Messrohrvolumen unbestimmt macht.
Es kann vorkommen, dass die Entladung in einem Augenblick kurz vor der Ablösung der Gas-
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gehen, um die Blase zurückzubilden und den als Messmarke dienenden Flüssigkeitsmeniskus an das Ende des Rohres und somit an den Anfangspunkt der Entladungsskala zu bringen. Eine an dieser Skala abgelesene Restladung des Sammlers wird deshalb immer grösser sein, als die wirkliche Restladung, und zwar um die Elektrizitätsmenge, die während der Rückbildung der Gasblase aus dem Sammler entnommen worden ist. Ebenso gut kann es vorkommen, dass die Entladung in einem Augenblick kurz nach Ablösung einer Gasblase beginnt mit einem Zustand
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die Ungenauigkeit auf bequemere Weise vermieden.
Erstens durch eine besondere Gestaltung der Öffnung am Messrohrende, die nur kleine Gasblasen austreten lässt, ohne doch für die Hinausbeförderung der Gasblase einen unzulässig hohen Gasüberdruck im Messrohr zu erfordern.
Zweitens durch eine Gestaltung des Voltameters, die es möglich macht, ein langes Messrohr auf kleinem Raum unterzubringen. Durch die erste Massnahme wird die Unsicherheit des Messrohrvolumens ihrem absoluten Betrage nach herabgedrückt ; durch die zweite Massnahme wird ihr Wert im Verhältnis zum Messrohrvolumen verkleinert. Beide Massnahmen wirken also zusammen auf die Erhöhung der relativen Genauigkeit des Gerätes hin.
'Nach der Erfindung erhält die Austrittsöffnung am Messrohrende die Gestalt eines Schlitzes mit (bei Arbeitsstellung des Gerätes) ungefähr lotrecht stehender Längsrichtung. Um ein langes Messrohr auf kleinem Raum unterzubringen, wird das Messrohr schleifenförmig oder wellenförmig ausgeführt.
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meter. Das Voltametergefäss-M hat die Gestalt eines gekrümmten an beiden Enden verschlossenen Rohres. Am einen Ende ist mit einem Krümmer 14'ein Behälter 14"angesetzt, dessen Inneres durch den Krümmer mit dem Inneren des Gefässes 14 in Verbindung steht.
Der Behälter 14" dient dazu, im Innern des Voltametergefässes einen gaserfüllten Raum zu schaffen, der der Grössenordnung nach mit dem vom Elektrolyten erfüllten Raum übereinstimmt oder besser sogar noch grösser ist. Eine solche Verteilung von Gasraum und Flüssigkeitsraum ist ein einfaches Mittel, um den Einfluss herabzudrücken, den Schwankungen der Raumtemperatur auf die Angaben des Gerätes ausüben. 10 und 11 sind die gitterförmigen Elektroden ; die Elektrode 10 überspannt eine Schale 12', in deren Boden das mit der Wand des Gefässes 14 verschmolzen Messrohr 12 einmündet. Die Elektrode 11 überspannt ein gekrümmtes weiteres Rohr 13, das im Innern des Gefässes 14 untergebracht und unten offen ist.
Die Öffnung befindet sich über
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Die Mündungsstelle ist in vergrössertem Massstabe in Fig. 6 im Schnitt entsprechend Fig. 5 und in Fig. 7 in Ansicht, vom Innern des Ansatzes 14'"aus gesehen, dargestellt. Eine Öffnung in der Wand des Ansatzes, mit deren Rand das Messrohrende verschmolzen ist, ist durch ein eingeschmolzenes Platin blech 17 verschlossen. In dem Blech befindet sich ein Schlitz 18.
Seine Längsrichtung fällt in die Zeichnungsebene von Fig. 5. Die entsprechende Ebene an dem Gerät ist lotrecht, wenn es sich in seiner Arbeitslage befindet. Ein Schlitz von etwa 5 m1n Höhe und etwa i mm Breite hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Der scharfe Rand, der durch die Anbringung des Schlitzes in einem Blech erreicht wird, trägt zur günstigen Wirkung des Schlitzes bei.
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Neben ihm sind zwei Skalen angeordnet, eine Ladungsskala und eine Entladungsskala. Die Ladungsskala besteht aus den beiden Teilen L und L', die Entladungsskala aus den beiden Teilen E und E'. An der Biegungsstelle des Messrohres sind die beiden Skalen auf ein Stück ihrer Länge unterbrochen. Dies kann ohne erheblichen Nachteil im Interesse der einfacheren Herstellung der Skalen mit in Kauf genommen werden.
Es besteht übrigens kein Hindernis, die Skalen im Bogen um das Messrohrknie bzw. innerhalb des Messrohrknies herumzuführen.
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er ist mit einer geeigneten Ausgussmasse, z. B. Gips, gefüllt, in die der Glaskörper des Volta- meters eingebettet ist. Spangen 20, die beispielsweise um das Gefäss 14 und den Behälter 14" herumgelegt und durch die Ausgussmasse hindurch mit dem Boden des Kastens 19 verbunden sind, halten das Voltameter fest. Der Kasten 19 ist mit Federn 21 in einem weiteren Kasten 22 aufgehängt. Dieser Kasten kann durch einen Deckel mit einem Fenster über dem Messrohr und
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den Skalen verschlossen werden und bildet das eigentliche Gehäuse des Voltameters. An dem Kasten 19 befindet sich auch ein Klemmenbrett 23, von dessen Klemmen die Leitungen 24, 25 zu den Elektroden führen.
Von den Klemmen führen durch Öffnungen in der Wand des Kastens 22 Leitungen, die in der Zeichnung nicht angedeutet sind, nach aussen. Sie dienen zum Anschluss des Voltameters.
Es muss hervorgehoben werden, dass die beiden oben erwähnten Massnahmen nicht notwendig zusammen verwendet werden müssen ; jede für sich allein ergibt schon eine Verbesserung in dem eingangs ausgeführten Sinne. Das eigentliche Messrohr brauchte man dabei nicht wie in dem beschriebenen Beispiel als einen einfachen Bügel auszubilden. Es könnte auch wellenförmig, z. B. in der Gestalt eines Rechteckmäanders mit der Wellenzahl entsprechend mehrfach geteilten Skalen ausgeführt werden. Dabei müsste allerdings darauf geachtet werden, dass die mit dem Messrohr verbundene Elektrode 10 nicht zu hoch über das Messrohrende mit der Austritts- öffnung 18 zu liegen kommt, damit der Gasüberdruck hinter der Elektrode, der nötig ist, um die Flüssigkeit ganz aus dem Messrohr herauszudrücken, nicht zu gross wird.
Andernfalls kann es nämlich besonders bei Stössen und starker seitlicher Neigung des Gerätes vorkommen, dass durch die Gitterelektrode hindurch Gas aus dem Messrohr austritt, wodurch natürlich die Angabe des Gerätes von Grund aus gefälscht wird. Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung mit dem bügelförmigen wagrecht liegenden Messrohr und dem gewissermassen gegen das Messrohr hin niedergebeugten Gefäss 14 ist auch in dieser Hinsicht sehr vorteilhaft. Vor anderen möglichen Konstruktionen ist sie dabei noch durch ihre Übersichtlichkeit und ihre verhältnismässig leichte Herstellbarkeit durch den Glasbläser ausgezeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Voltametrischer Ladungsanzeiger für elektrische Sammler, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abschaltung des Voltameters während der an die Ladung anschliessenden, den Amperestundengehalt des Sammlers nicht mehr erhöhenden Überladung oder durch Sonderung der während der Überladung zwischen den Elektroden ausgetauschten Stoffmenge vor der während der Ladung ausgetauschten Stoffmenge die zur Überladung des Sammlers verbrauchte Elektrizitätsmenge aus der Angabe des Voltameters ausgeschieden wird.