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Galvanische Kippbatterie von der Eombination PbOs-HzSO-Zn.
Bekanntlich besitzt die galvanische Kette Pb02-Zn (Bleisuperoxyd-verdünnte SchwefelsäureZink) grosse grundsätzliche Vorzüge. Ihre E. M. K. von 2. 45 bis 2. 5 Volt ist mit die höchste aller bekannten Elemente, die hohe depolarisierende Kraft des Bleisuperoxydes ergibt eine ebenso grosse Gleichmässigkeit von Spannung und Strom wie beim Bleiakkumulator. Die Kosten des durch diese Kombination erzeugten Stromes sind sehr gering, weil man einmal für eine gegebene Arbeitsmenge infolge der hohen E. M. K. entsprechend'weniger Zink verbraucht, und da ferner die entladenen positiven Platten in grosser Menge sehr billig aufgeladen werden können. Infolge der hohen E. M.
K. und dem geringen Gewichte der Zinkplatten besitzt die Zelle schliesslich eine verhältnismässig hohe Kapazität, d. h. sie liefert bei gegebenem Gewicht eine grosse Wattstundenzahl, die höchste aller bekannten galvanischen Kombinationen.
Trotz dieser grossen Vorzüge ist jedoch die praktische Anwendung der Zelle wegen der mit der Verwendung von Zink verbundenen Schwierigkeiten gescheitert. Das Zink löst sich in den Ruhepausen des Betriebes mehr oder weniger nutzlos auf, so sorgfältig man es auch amalgamieren mag. Weiterhin ist die Bleisuperoxydplatte nach ihrer Erschöpfung während der Entladung nicht in dem Batteriegefässe selbst regenerierbar, sie muss vielmehr in einem besonderen Gefässe, einer gewöhnlichen Bleiplatte gegenübergestellt, aufgeladen werden.
Aus diesen Schwierigkeiten ergibt sich eine Reihe von Bedingungen, die erfüllt sein müssen, wenn man die galvanische Kombination Pb O-Hz S04-Zn für praktische technische Zwecke nutzbar machen will : Die Lösung dieser Aufgabe bildet den Gegenstand der Erfindung.
Um die Lösung des Zinkes während der Ruhepausen zu verhüten, muss die Batterie entweder als Tauchbatterie ausgeführt werden, oder auch als sogenannte Kippbatterie. Wegen der Raumersparnis kann nur die Kippbatterie praktische Bedeutung beanspruchen, wobei sich eine besondere Form des Kippgefässes als besonders zweckmässig erwiesen hat.
Der Zwang, das während der Arbeitsdauer in der Batterie gelöste Zink erneuern zu müssen, ebenso die entladenen Bleisuperoxydplatten gegen frisch aufgeladene zu ersetzen und die gebildete Zinksulfatlösung gegen neue Schwefelsäure auszutauschen, bedingt die Anordnung eines leicht auswechselbaren Schutzdeckels für die Batterie und ebenso eine besondere Ausgestaltung der Elektroden und ihrer Befestigung, um rasch die Elektroden auswechseln zu können.
Die einzelnen Bedingungen für die Form des Kippgefässes, die Ausgestaltung des Schutzdeokels und die Elektrodenbefestigung stehen untereinander in einem solchen gegenseitigen Zusammenhange, dass sie gleichzeitig erfüllt sein müssen, um eine technisch brauchbare Lösung zu ergeben.
Was nun zunächst die Form des Batteriegefässes anbelangt, so ist bereits erwähnt, dass wegen Raumersparnis nur sogenannte Kippgefässe in Betracht kommen können. Damit das Ein-und Ausschalten durch Kippen-was ein absolut funkenloses Schalten gestattet-rasch und zuverlässig erfolgen kann, muss der Aufnahmebehälter für den Elektrolyten bei Ruhestellung der Batterie annähernd so gross sein,
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Diese sämtlichen Bedingungen werden von einem Gefäss erfüllt, wie es auf der Zeichnung in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, während Fig. 1 und 2 die äussere Form der Lampe in einer Seiten-und einer Vorder-
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die Elektroden eintauchen (vgl. Fig. 3-9) und das bis zu der gestrichelten Linie X-X mit Elektrolyt gefüllt ist (Fig. 3). An dieses Gefäss 1 schliesst sich unmittelbar, und zwar seitlich oberhalb der geräumige Behälter la an, in den der gesamte Elektrolyt durch Kippen des Gefässes um 900 eintritt (Fig. 4). Der
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mit dem eigentlichen Batteriegefässe verbunden ist.
Die an dem Säurebehälter la anschliessende Wand b c kann parallel zu der Stirnwand zweckmässig jedoch etwas nach aussen geneigt verlaufen, was den Einund Austritt des Elektrolyten erleichtert. Dar Querschnitt des Behälters la kann ganz beliebig sein.
Wird das Batteriegefäss so gelagert, dass es um eine durch die wagrechte Schwerlinie gehende Achse gedreht werden kann, so kann es ohne Anstrengung gekippt und durch einfaches Drehen um 90 aus der Arbeitsstellung in die Ruhestellung und umgekehrt übergeführt werden. Eine Batterie von der gezeichneten Form kann in jeder Stellung getragen und bewegt werden. Trägt man die Batterie in Arbeitsstellung (vgl. Fig. 1 und 3), so sind die Schwankungen des Elektrolyten so gering, dass keine Widerstandsänderungen und demgemäss auch keine Lichtschwankungen eintreten, wenn die Batterie zur Speisung einer Glühlampe benutzt wird. Trägt man dagegen die Batterie in der Ruhestellung (vgl.
Fig. 4), so kann kein Stromschluss eintreten, also auch kein unerwünschter Zinkverbrauch erfolgen, man müsste die Kippbatterie schon sehr energisch hin und her schwenken, ehe die Elektrodenplatten gleichzeitig von dem Elektrolyten benetzt werden. Vor allem kommt der Elektrolyt bei seinem Übertritt aus dem Elektrodenraume in den Sammelbehälter oder umgekehrt mit keinerlei Fugen, weder des eigentlichen Batteriegefässes noch mit den Trennfugen zwischen Abschlussdeckel und dem Batteriegefäss in Berührung. Ein Austreten des Elektrolyten aus dem Elektrodenraume ist also selbst bei kleinen Undichtigkeiten des Deckelversehlusses nicht zu fürchten und damit ist eine einfache und sichere Handhabung der Batterie bzw. der Kipplampe gewährleistet.
Um eine Kippbatterie völlig säuredicht abschliessen und die Platten trotzdem leicht auswechseln zu können, was bei der Kombination Pb02-Zn unbedingt erforderlich ist, ist eine besondere Deekelkonstruktion und Befestigung der Elektroden erforderlich, wie bereits eingangs hervorgehoben wurde.
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positiven Pb O2-Elektroden angeordnet. Enthält ein Element für Abgabe stärkerer Ströme mehrere Plattenpaare, z. B. zwei Zinkplatten 5a, so werden diese gemäss Fig. 9 zwischen drei positiven Platten 4a angeordent.
Diese Anordnung hat den Zweck, die dem Säureangriffe ausgesetzte Zinkoberfläehe so klein wie möglich zu gestalten, damit sich in Verbindung mit einer sorgfältigen Amalgamierung möglichst wenig Zink nutzlos löst, d. h. um den Zinkverbrauch dem durch das elektrochemische Äquivalent gegebenen Mindestverbrauche möglichst anzunähein.
Um nun eine gute elektrische Verbindung der positiven Elektroden 4 untereinander und mit der Ableitungsklemme 8 zu erzielen und trotzdem eine einfache und sichere Ausweehselbarkeit zu ermöglichen, sind die einzelnen positiven Platten an mehreren Stellen ihres Umfanges durch Stege oder Brücken 6 aus Blei mechanisch miteinander verbunden. So sind zunächst die oberen der Stromableitung dienenden
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mit ihr durch eine die Armatur 8 durchsetzande Schraube 10 fest mechanisch und elektrisch verbunden.
Die Armatur 8 erhält hiebei noch durch den in den Deckel ? eingeschraubten Ring 9b eine besondere Stütze. Die weitere mechanische Vereinigung der positiven Platten miteinander zu einem ganzen positiven Systeme besorgen die Stege, die z. B. nach den Fig. 3, 4 und 8 an der Unterseite der Platten angebracht sind, aber sich auch an den Seitenkanten befinden können. Sie können aus Haltblei, aber auch Isoliermaterial, Gummi, Zelluloid oder ähnlichen geeigneten Stoffen bestehen.
Das positive System erhält daher im wesentlichen seinen mechanischen Halt am Deckel durch Brücke 7 und Armatur 8 in Verbindung mit der Schraube 10. Um es aberin seiner Stellung noch mehr zu sichern, namentlich damit es in der Ruhestellung des Batteriegefässes naeh Fig. 4 nicht nur von der Armatur 8 getragen wird und in ihr hängt, ist unten in dem Gefäss ein Steg oder Träger 11 (siehe Fig. 3 und 4) angebracht. Dieser bildet namentlich in der Stellung des Batteliegefässes nach Fig. 4 für das positive System eine Stütze oder Unterlage, durch die die Armatur 8 von dem grössten Teil des Gesamtgewichtes des positiven Systems entlastet wird.
Die aus den Fig. ? und 4 ersichtliche gebogene Form des - Trägers 11 erleichtert beim Einsetzen des positiven Systems seine Überführung in die richtige Stellung.
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Zapfen 5b aus Zink, der mit Gewinde versehen ist. Dieser Zapfen wird nach Fig. 7 von unten in eine ihn eng umfassende Hartbleiarmatur 12 eingeführt, die ebenso wie 8 fest in den durch das Isolierstück 9a verstärkten Deekel 9b aus Isoliermaterial eingelassen ist und ebenfalls von einer Schraube 13 durchsetzt wird. Diese dient gleichzeitig als negative Klemme. Durch Anziehen von Schraube 13 wird daher die
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Zinkelektrode 5 bzw. ihr Ansatz 5b fest in die Höhlung der Armatur 12 eingezogen und durch mit dem
Deckel mechanisch und elektrisch verbunden.
Um der Zinkelektrode nun die richtige Stellung parallel zu den positiven Elektroden zu sichern, trägt die negative Armatur 12 an der Innenseite des Deckels zwei kurze Zapfen 12a, 12a, deren Lage aus
Fig. 6 zu ersehen ist. Gegen diese Zapfen legt sich die Zinkplatte fest an, sobald sie durch die Deckelschraube 13 angezogen wird und daher das Bestreben hat, an dieser Drehung teilzunehmen. Hiedurch wird sie mechanisch gesichert und gleichzeitig in die richtige Stellung zu den positiven Platten gebracht.
Ebenso einfach gestaltet sich die Lösung der Zinkelektrode durch Drehen der Schraube 13 in entgegengesetzter Richtung. In diesem Falle löst sich die Zinkelektrode ohne weiteres von der Armatur 12 ab und ist leicht, nachdem die Schraube 13 vollends aus dem Gewinde herausgedreht ist, heraus zu nehmen.
Während in Fig. 8 und 9 das obere Ende der positiven Platten schwalbenschwanzförmig ausgestaltet ist, kann auch eine andere Ausgestaltung zur Befestigung der Platten an dem Deckel ausgebildet werden. Solche Abänderungen sind in Fig. 11 und 12 dargestellt. In Fig. 11 ist der Teil Ta, der mit dem Brückenteil 6d der Platten 4c zusammenhängt von quadratischem Querschnitt, gleichzeitig ist er mit einer eingegossenen Schraube 9e versehen, die vermittels einer Schraubenmutter angesetzt wird, so dass sich der Kopf 7a der Platten 4c in eine entsprechende Anparung des Deckels 9c einpresst, wodurch die Platten unverrückbar festgehalten werden. In Fig. 12 ist der Teil 7b keilförmig ausgestaltet, der sich in eine entsprechend gestaltete Vertiefung des Deckels einfügt.
Werden positive Elektroden von dieser Ausgestaltung benutzt, so werden zweckmässig auch die negativen Zinkelektroden mit gleichartig ausgestalteten Köpfen versehen, die sich in entsprechende Vertiefungen des Deckels einfügen, wodurch die positiven und negativen Platten gegenseitig parallel gehalten werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Galvanische Kette oder Batterie von der Kombination PbO-Hz SO-Zn, in der die Elektroden und der Elektrolyt in einem Kippgefäss untergebracht sind, um durch Entfernen des Elektrolyten von den Elektroden während der Ruhepausen einen Zinkverbrauch auszuschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich oberhalb des Batteriegefässes ein mit weitem Hohlraum anschliessender Flüssigkeitsbehälter angebracht ist, der den Elektrolyten bei Drehung des Gefässes um 900 vollständig aufnimmt, wobei die an den Flüssigkeitsbehälter angrenzende Seitenwand b c (Fig 3 und 4) zur Erleichterung der Bewegung des Elektrolyten beim Kippen des Gefässes zweckmässig nach aussen geneigt ausgeführt wird.