DE163882C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

M 163882 KLASSE 2%.

Gewisse Schwefelmetalle, z. B. Halbschwefelkupfer, verhalten sich im festen Zustande wie Leiter zweiter Klasse. Leitet man durch einen Stab aus reinem Halbschwefelkupfer einen elektrischen Strom und legt nachträglich die Stabenden an einen Galvanometer, so zeigt die Nadel einen Ausschlag — ein Zeichen, daß das Durchleiten des Stromes eine elektromotorische Gegenkraft, eine Polarisation, hervorgerufen hat. Der Widerstand des Halbschwefelkupfers ändert sich je nach Richtung, Intensität und Dauer des Stromdurchgangs; beim Beginn desselben ist der Widerstand groß, vermindert sich aber bei längerem Durchleiten des Stromes sowie auch, und zwar in ganz bedeutendem Maße, bei Temperaturerhöhung (Wiedemann, Die Lehre von der Elektrizität, II. Auflage, I. Band, S. 548).

Die Eigenschaft des Halbschwefelkupfers, dem Strome je nach der Richtung desselben verschiedenen Widerstand entgegenzusetzen, sowie seine Eigenschaft, schon weit unterhalb seines Schmelzpunktes sich wie ein Elektrolyt zu verhalten, lassen diese Substanz geeignet erscheinen, zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet zu werden, also zur Konstruktion einer Gleichrichterzelle mit festem Elektrolyten, zum Unterschiede von den bisher bekannten Gleichrichterzellen mit einem in wässeriger Lösung oder in schmelzflüssigem Zustande befindlichen Elektrolyten, zu dienen.

Versuche mit Halbschwefelkupfer, welches auf die übliche Weise, nämlich durch Reduktion von Einfachschwefelkupfer in geschmolzenem Zustande und nachherigem Gießen in Stangenform, dargestellt war, lieferten

keine befriedigenden Ergebnisse, da sich das gegossene Halbschwefelkupfer schnell zersetzt. Es hat sich nun herausgestellt, daß ein brauchbarer fester Elektrolyt erhalten wird, wenn man bei der Darstellung des Halbschwefelkupfers das Umschmelzen vermeidet; demgemäß läßt man auf Kupferblech oder -draht von etwa 1 mm Dicke in einem Graphittiegel bei Rotglut unter Luftabschluß so lange Schwefel einwirken, als solcher noch aufgenommen wird.

Die bei der Verbindung des Schwefels mit dem Kupfer entwickelte Wärme . sichert den Fortgang der Reaktion, ohne aber das Reaktionsprodukt zum Schmelzen zu bringen, so daß man schließlich Platten oder Drähte aus Halbschwefelkupfer erhält. Diese weichen in ihrem Gefüge und ihren sonstigen Eigenschaften von dem von Wiedemann untersuchten Halbschwefelkupfer insofern völlig ab, als sie kristallinisch und in zwei Teile spaltbar sind und schon bei gewöhnlicher Temperatur den Strom ziemlich gut (etwa 50 mal besser als das Wiedemann'sehe Präparat) leiten, während andererseits bei Temperaturerhöhung die Leitfähigkeit auch nicht annähernd in solchem Maße wächst, wie dies für Halbschwefelkupfer festgestellt worden war. Alle diese Eigenschaften, welche den auf die angegebene Art dargestellten Körper als Elektrolyt für Gleichrichterzellen tauglich erscheinen lassen, gehen beim Umschmelzen desselben verloren.

Eine gemäß vorliegender Erfindung eingerichtete Gleichrichterzelle besteht aus einer Aluminiumplatte, welche die eine, aus einer beliebigen Metallplatte, welche die andere Elektrode abgibt, und aus einer zwischen den

Elektroden angeordneten und mit diesen in , inniger Berührung stehenden Platte aus nicht umgeschmolzenem Halbschwefelkupfer.

Eine solche Zelle zeigt die merkwürdige Eigenschaft, daß sie, wenn die Aluminiumplatte die positive Platte ist, in einen Stromkreis eingeschaltet, demselben einen großen Widerstand entgegensetzt, hingegen den Strom ohne nennenswerten Widerstand durchläßt, ίο wenn der positive Pol mit der Halbschwefelkupferplatte verbunden wird.

Eine solche Zelle ist in Fig. ι dargestellt, wo zwischen zwei Holzbrettchen ι drei Platten unmittelbar aufeinander liegen, deren unterste 2 beispielsweise eine amalgamierte Bleiplatte ist, die mittlere 3 aus Halbschwefelkupfer (etwas größer gehalten), die oberste 4 aus Aluminium besteht. Dieselbe setzt dem Strome bei Verbindung des positiven Poles mit Aluminium von allem Anfange einen sehr großen Widerstand entgegen, welcher binnen kurzem fast zur Nichtleitung anwächst und mehrere solche in derselben Reihenfolge aufeinander gebaute Zellen sind für den in derselben Richtung führenden Gleichstrom ein vollkommener Nichtleiter, während beim Stromwechsel der Widerstand sehr gering ist. Wie die Versuche zeigten, ist die Dicke der Platten ohne Bedeutung für die Wirksamkeit der Zelle, nur die Größe und innige (druckfreie) Berührung der Plattenoberflächen kommt in Betracht.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die Anordnung der

genannten Substanzen statt in Platten auch in konzentrischen Röhren erfolgen. Hier ist wieder 1 der Isolator, 4 das Aluminium, 3 das Schwefelkupferpräparat, 5 eine Füllung von pulverisiertem Schwefelkupfer, gemischt mit Bleiamalgam und 2 ein Bleirohr, dessen Hohlraum zur Anbringung des Kontaktes dient.

Von dem erhaltenen Halbschwefelkupfer waren jene Stücke die besten, welche eine von den beiden Seiten gegen das Innere fortschreitende kristallinische Struktur und eine bläuliche Anlauf farbe zeigten, welche auf einen Überschuß an Schwefel schließen läßt. Die Verwertung des geschilderten Verhaltens der Zelle Fig. 1 zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom erfolgt nach dem in Fig. 3 gezeichneten Schema auf folgende Weise: Die Anordnung besteht aus vier Zellen der in Fig. 1 beschriebenen Art, bei welchen jedoch die obersten zwei Aluminiumplatten 4 und die untersten zwei Bleiamalgamplatten 2 zu je einer größeren Platte verbunden sind, während die mittleren linksliegenden vier Platten aus Halbschwefelkupfer 3, Bleiamalgam 2, Aluminium 4 und wieder Halbschwefelkupfer 3 von den ihnen rechts gegenüberstehenden Platten gleicher Substanz durch eine Schicht 6 isoliert sind.

An zwei Stellen wird der von der Wechselstrommaschine 7 kommende Wechselstrom zugeleitet und an anderen zwei Stellen gleichgerichteter Strom abgenommen.

Um Wechselströme höherer Spannung gleichzurichten, müssen die übereinander liegenden Zellen vermehrt und mit separaten, untereinander verbundenen Einlagen aus dünnem Kupferblech versehen werden, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen, welche durch die an den Berührungsflächen zwischen Aluminium und Halbschwefelkupfer sich bildenden Funken entwickelt wird. 7;

Diese Funkenbildung tritt meistens im Anfangsstadium auf und nimmt bei Belastung zu. Je nach der Stärke der Funkenbildung zeigen sich Spannungsverluste von 20 bis 35 Prozent. 8t

Obwohl der hier beschriebene Prozeß nach dem heutigen Stande der Theorie als elektrolytischer aufgefaßt werden soll, zeigt sich dennoch bei den bisherigen Versuchen keine nachweisbare Kupferausscheidung (weder auf der Aluminium- noch auf der Bleiberührungsseite der Halbschwefelkupferplatte), was eventuell auch auf einen elektrolytischen Prozeß nur zwischen Aluminium und Halbschwefelkupfer schließen ließe. Wenn letzteres der Fall ist, dann würden Aluminium und Halbschwefelkupfer wechselseitig Anode und Kathode und die äußerst dünn dazwischenliegende Luftschicht oder wahrscheinlicher die durch den anfänglichen starken Funkengang sich an dieser Stelle bildende Staubschicht der Elektrolyt sein. Diese Annahme steht in Übereinstimmung mit der Beobachtung, daß der Nutzeffekt des Apparates ungefähr im gleichen Grade steigt, als die fragliche Staubschicht ιοί allmählig zur Entwicklung kommt, Während gleichzeitig der dem Funktionieren nachteilige Funkengang sich abschwächt und fast aufhört.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Gleichrichterzelle, gekennzeichnet durch die Anordnung eines festen Elektrolyten, wie unter Umgehung des Umschmelzens dargestellten Halbschwefelkupfers. IK

2. Ausführungsform der Gleichrichterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbschwefelkupferplatte zwischen zwei Elektrodenplatten, von welchen eine eine Aluminiumplatte ist, 11; angeordnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.