DE225944C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 225944 KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Januar 1909 ab.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Messung des elektrischen Stromes eine elektrolytische Vorrichtung in Verbindung mit einer Registriervorrichtung zu verwenden. Durch die elektrolytische Vorrichtung wird der zu messende Strom gesandt, so daß er die Zersetzung einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, und die Entwicklung von Gasen, ζ. B. Sauerstoff und Wasserstoff, bewirkt, die in einem geschlossenen

ίο Raum aufgefangen und zur Bewegung eines Körpers, beispielsweise einer Quecksilbersäule, benutzt werden. Diese dient dazu, nach der Entwicklung eines vorher bestimmten Gasvolumens, das von dem Durchgange einer bestimmten Elektrizitätsmenge durch die Meß vorrichtung abhängig ist, einen Erhitzer oder einen Funkengeber in Tätigkeit zu setzen, welcher die Entzündung und Wiedervereinigung der Gase veranlaßt, so daß der zersetzte Elektrolyt wieder hergestellt wird. Gleichzeitig wird eine Registriervorrichtung in Tätigkeit gesetzt. Die verschiedenen Vorgänge werden von Zeit zu Zeit wiederholt, solange wie die Meßvorrichtung in Gebrauch ist.

Derartige Vorrichtungen haben sich aber bisher in der Praxis nicht bewährt.

Dies hat seinen Grund zunächst darin, daß bei einer solchen elektrolytischen Vorrichtung, die gewöhnlich ein gebogenes Rohr ο. dgl. enthält (hierin stets als Rohr bezeichnet), keine Vorsorge getroffen ist, um zu verhindern, daß die entwickelten Gase oder der Elektrolyt von dem Sammelraum an dem* einen Ende des Rohres zu dem anderen Ende durch die Flüssigkeitssäule hindurch gelangen, oder daß Luft in umgekehrter Richtung in den Gassammelraum gelangt, je nachdem, welches Ende des Rohres die größere Flüssigkeitssäule enthält. Es waren ferner keine Mittel vorgesehen, um die Gasentwicklung an der Oberfläche der Flüssigkeitssäule, nahe am Elektrolyten, oder die Bildung schädlicher Körper oder die Absorption von Gas an dieser Oberfläche zu verhindern. Überdies waren diese elektrolytischen Vorrichtungen derart beschaffen, daß ihre Arbeitsweise sich mit den Schwankungen der Außentemperatur änderte.

Die Erfindung bezweckt, die oben erwähnten' Nachteile zu vermeiden und eine elektrolytische Vorrichtung zu schaffen, die insbesondere für den Bau von Elektrizitätsmessern, aber auch für andere Zwecke geeignet ist..

Um zu verhindern, daß sämtliche der durch die Elektrolyse erzeugten und in dem Elektrolyten an dem einen Ende des Rohres in Lösung gehaltenen Gase wo anders hin als in den Gassammelbehälter gelangen, ist der von der elektrolytischen Zelle sich erstreckende Rohrteil durch einen Kolben oder eine Membran (später der Kürze halber stets Kolben genannt) abgeschlossen, welche die Gase nicht oder nur zu geringem Teil absorbieren. Dieser Kolben gleitet gasdicht im Innern des Rohres, so daß ein Entweichen von Gas oder des Elektrolyten zwischen Kolben und Rohrwand verhindert wird. Zu letzterem Zwecke kann, wenn der Kolben von einer Quecksilbersäule gebildet wird, eine Abdichtung zwischen dem Rohr und dem Quecksilber dadurch gebildet werden, daß man in die Wand des Rohres einen oder mehrere Ringe oder Rohrstücke aus Metall, beispielsweise Platin, einschmilzt, mit dem das Quecksilber eine

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gute Abdichtung ergibt, ohne damit ein Amalgam zu bilden. Um eine Oxydation des Kolbens oder die Absorption von Wasserstoff durch den Kolben zu verhindern, wenn dieser aus Quecksilber besteht, ist das Quecksilber mit dem negativen Pol einer Elektrizitätsquelle verbunden. Um die Gasentwicklung an der Oberfläche des Quecksilberkolbens zu verhindern, ist zwischen dem Quecksilber und der Anode ein hoher

ίο Widerstand angeordnet, der keinen merkbaren Strom zwischen den beiden Teilen entstehen läßt, und der zweckmäßig als dünne Säule oder dünner Faden vom Elektrolyten gebildet wird, der in einem Kapillarröhrchen gehalten wird, das zwischen dem die elektrolytische Zelle bildenden Teile des Rohres und dem die Quecksilbersäule enthaltenden Teile angeordnet ist. Um die Wirkungsweise der elektrolytischen Vorrichtung von Temperaturschwankungen der

Äußenluft unabhängig zu machen, wird in Fällen, wo dies nötig, ist, z. B. bei elektrischen

. Meßvorrichtungen, das Rohr aus starrem Material, z. B. vollkommen aus Glas, hergestellt und ist an seinen Enden hermetisch abgeschlossen.

' Infolgedessen werden die an einem Rohrende entwickelten Gase und die Luft oder anderes Gas bzw. Gase am anderen Rohrende gleichzeitig der gleichen Änderung der Außentemperatur unterworfen und üben gleichen und entgegengesetzten Druck auf die beiden Enden der Flüssigkeitssäule o. dgl. im Zwischenteile des Rohres aus,, so daß keine Bewegung der Flüssigkeitssäule und daher auch keine Ungenauigkeit der Meßvorrichtung hervorgerufen wird. Das Rohr kann gebogen und an beiden Enden fest verschlossen oder an einem Ende verschlossen und am anderen offen und in einem luftdichten Behälter eingeschlossen sein, der eine geschlossene Erweiterung des offenen Rohrendes bildet. Beide Ausführungsformen sind gleichwertig.

Elektrolytische Vorrichtungen, die mit den oben beschriebenen Verbesserungen versehen sind, können in verschiedenen Ausführungsformen hergestellt werden und sind für Schalter, Registrierinstrumente, Meß vorrichtungen und andere Apparate geeignet.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. ι schematisch in Ansicht eine Bauart der elektrolytischen Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die

Fig. 2 und 3 zeigen die Vorrichtung in Verbindung mit einem elektrischen Leitungssystem, wo sie als Meßvorrichtung dient.

Fig. 4 zeigt einen Einzelteil.

Die in Fig. 1 dargestellte elektrolytische Vorrichtung enthält ein gebogenes Rohr a, al· aus starrem Material, z. B. Glas, dessen beide Endteile «² und a^A abgedichtet sind, so daß ein vollkommen abgeschlossenes Rohr entsteht. Das Ende a² des Schenkels α bildet gleichzeitig eine elektrolytische Zelle, einen Gassammelraum und eine Entzündungskammer, zu welchem. Zweck das Schenkelende mit einem Paar Elektroden b, b¹ und mit einer Zündvorrichtung c versehen ist. Die Zündvorrichtung c ist als eine Strecke dünnen Drahtes dargestellt, welcher ebenso wie die Elektroden b, b¹ aus Metall, z. B. Platin, besteht,-welches dem Einfluß des Elektrolyten und der aus diesem entwickelten Gase widersteht und in die Wandung des Rohres eingeschmolzen werden kann. Der genannte Teil a² des Rohres (hier der Kürze halber »elektrolytische Zelle« genannt) ist beim Beginn mit einem Elektrolyten d, z. B. angesäuertem Wasser oder einer Ätzkalilösung, gefüllt, aus dem hur solche Gase, z. B. Sauerstoff und Wasserstoff im Falle der erwähnten Elektrolyten, durch die elektrolytische Wirkung eines zwischen den Elektroden fließenden Stromes entwickelt werden können, die mit Hilfe der Zündvorrichtung vollständig wieder vereinigt werden können, um den Elektrolyten wieder herzustellen. Der untere Teil des Rohres a, al· ist mit einer Flüssigkeit f, z. B. Quecksilber, angefüllt, auf dem der Elektrolyt d ruht. Der Endteil a³ des Rohres ist mit einer Erweiterung versehen, die ebenso wie der Schenkelteil al· über dem Quecksilber / (hier gemeinsam der Kürze halber »Gaskammer« genannt) mit Gas, z. B. Luft, Stickstoff oder Kohlensäure, angefüllt ist. In dem gebogenen Rohre befinden sich feine Bohrungen al· und α⁵, die erstere «⁴ ist mit dem Elektrolyten gefüllt, der dazu dient, einen hohen Widerstand zwischen den Elektroden b, b¹ und dem Quecksilber f zu einem oben auseinandergesetzten Zweck zu bilden. Die beiden feinen Bohrungen zusammen dienen zum Einschließen des Quecksilbers f in dem unteren gebogenen Rohrteil und dazu, ein Durcheinanderschütteln des Quecksilbers zu verhindern, wenn das Instrument an einen anderen Platz gebracht wird. g ist ein Platinkontakt, der in die Wand des unteren gebogenen Rohrteiles eingeschmolzen ist und stets in Berührung mit dem Quecksilber steht; h ist ein zweiter Platinkontakt, der in die Wand des Rohrschenkels al· eingeschmolzen ist und gewöhnlich oberhalb des Quecksilberniveaus in diesem Schenkel sich befindet. e, e¹ sind zwei geschlossene Platindrahtringe, die in die innere Oberfläche der. beiden Schenkel a, al· des gebogenen Rohres eingeschmolzen sind und stets in Berührung mit dem Quecksilber f stehen, um eine gasdichte Berührung zwischen dem Quecksilber und dem Rohr herzustellen, so daß ein Durchdringen des Gases von einem der beiden Enden des gebogenen Rohres zu dem anderen oder ein Durchsickern des Elektrolyten auf demselben Wege verhindert wird.
Wenn die elektrolytische Vorrichtung ge-

braucht werden soll, so wird der Kontakt g durch die Zündvorrichtung c mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden, die durch eine Batterie k gebildet wird, so daß,das Quecksilben zu dem oben genannten Zweck negativ elektrisch wird. Der Kontakt h wird mit dem positiven Pol der Batterie verbunden.

Die Wirkungsweise der elektrolytischen Vorrichtung ist folgende:

ίο Von dem durch den Elektrolyten d zwischen den Elektroden b, b¹ fließenden Strom werden Gase entwickelt, die emporsteigen, sich im oberen Teile der Zelle a² sammeln und mit Hilfe des Elektrolyten das Quecksilber f im Schenkel a des Rohres abwärts und im Schenkel .a¹ aufwärts treiben, bis es den Kontakt h berührt, wodurch der Batteriestrom durch die Zündvorrichtung c geschlossen wird, welche hierbei das Gasgemisch zur Entzündung und so zur chemischen Verbindung und Wiederherstellung des Elektrolyten bringt, aus dem es entwickelt wurde. Das auf diese Weise in der Zelle a² erzeugte Vakuum veranlaßt sowohl das Quecksilber f als auch den Elektrolyten d, zu ihrer Anfangsstellung im Rohre zurückzukehren, so daß der Vorgang wiederholt werden kann. Es ist zu ersehen, daß die elektrolytische Vorrich-. tung einen selbsttätigen Schalter bildet, der für

. verschiedene Zwecke Verwendung finden kann.

In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist der elektrische Stromkreis, der durch das mit dem Kontakt h in Berührung kommende Quecksilber f geschlossen wird, an einen positiven und einen negativen Stromleiter k¹ bzw. k² angeschlossen und zu einem Elektromagneten geführt, der im gezeichneten Beispiel die Windung m enthält. Der Anker η dieses Elektromagneten setzt mittels eines Hebels n¹ eine Registriervorrichtung jedesmal in Bewegung, wenn der Strom geschlossen wird. Gleichzeitig schließt der Hebel n¹ einen Schalter -p, q und stellt dadurch einen durch die Zündvorrichtung c und einen Widerstand r fließenden Strom her, wobei die Teile c und r parallel mit dem Elektromagneten m, η geschaltet sind. Die ganze Vorrichtung bildet eine elektrolytische Meßvorrichtung. Die Elektroden b, b¹ sind, wie dies bei elektrolytischen Meßvorrichtungen üblich ist, in einem Nebenschluß angeordnet, der über den gewöhnlichen Nebenschlußwiderstand t führt. Infolge der elektromotorischen Gegenkraft des Wassers ist es nötig, in Fällen, wo angesäuertes Wasser, eine Alkalilösung oder eine neutrale Lösung als Elektrolyt verwendet wird, eine Nebenschlußanordnung vorzusehen, die einem an einem Ende s¹ mit der positiven . Hauptleitung k¹ auf der den Lampen zugewendeten Seite des Nebenschlußwiderstandes t und am anderen Ende s² mit einem dritten Widerstände s^s und der negativen Hauptleitung k² verbundenen Widerstand s umfaßt.

Die Elektroden b, b¹ sind zwischen dem Punkte s⁴ an dem positiven Leiter auf der der Dynamomaschine zugekehrten Seite des Nebenschlußwiderstandes und dem Punkt s² des Widerstandes s eingeschaltet. Der letztere Widerstand ist so bemessen, daß, wenn keine Belastung vorhanden ist, der Spannungsabfall zwischen den. beiden Punkten s¹ und s² etwas höher als die elektromotorische Gegenkraft des verwendeten Elektrolyten ist. Da der Spannungsabfall sich gleichzeitig mit dem durch den Widerstand t zu den Lampen fließenden Strom ändert, so ist ein Zusatzwiderstand s⁵ unmittelbar zwischen den Punkten s² und s^l angeordnet. Dieser Widerstand ist ebenfalls so bemessen, daß der Spannungsabfall zwischen seinen Enden etwas höher als die elektromotorische Gegenkraft des verwendeten Elektrolyten ist. Da dieser Widerstand in Serie mit dem Widerstand s³ zwischen die Hauptleitungen k¹, k² auf der der Dynamomaschine zugekehrten Seite des Nebenschlußwiderstandes t geschaltet ist, so wird sein Spannungsabfall durch denjenigen im Widerstand t nicht beeinflußt und ist praktisch konstant, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Hauptleitungen konstant ist. u ist ein zweckmäßig aus Kupfer bestehender Widerstand, der in Serie mit den Elektroden b, b¹ geschaltet ist, um den Einfluß der Temperaturschwankungen auszuschalten.

Der Widerstand t kann einen Eisenkern υ haben, der zum Anziehen eines Ankers w dient, wenn der durch den genannten Widerstand fließende Strom beispielsweise ein Zehntel Ampere erreicht. Wenn der Anker w angezogen wird, so stellt er eine Verbindung zwischen dem Widerstand u und dem Hauptleiter k¹ mittels des Kontaktes χ her, so daß der die Elektroden b, b¹ und den Widerstand u durchfließende Strom geschlossen wird und die Elektroden zur Wirkung kommen. Der Elektrolyt wird nun in seine Gasbestandteile im Verhältnis zu dem Stromverbrauch zersetzt infolge der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden, welche dem Spannungsabfall im Nebenschlußwiderstandt proportional ist. Die entwickelten Gase können entzündet oder vereinigt werden, nachdem eine festgesetzte Anzahl Stromeinheiten verbraucht worden ist. Wenn z. B- die Gase vereinigt werden, nachdem zehn Elektrizitätseinheiten dem Abnehmer geliefert worden sind, so kann irgendein geeigneter Teil des gebogenen Rohres a, a¹, zweckmäßig der Schenkel a¹, mit einer Skala o¹ zum Anzeigen von 10 Einheiten versehen werden, so daß durch Ablesen des Quecksilberstandes in dem Schenkel a¹ festgestellt werden kann, wieviele Einheiten seit der letzten Bewegung der Registriervorrichtung geliefert worden sind.

Wenn die Meßvorrichtung so eingestellt ist, daß der Spannungsabfall. des Widerstandes s⁵

gleich der elektromotorischen Gegenkraft des Elektrolyten ist, wie oben beschrieben, so kann der Widerstand u mit dem Widerstand s⁵ in Serie zwischen den Punkt s² und die Elektrode b¹ geschaltet und der Kern ν, Anker w und Kontakt χ fortgelassen werden. Die Elektroden b, b¹ können natürlich auch in der beschriebenen Weise mit dem negativen Hauptleiter k² anstatt mit dem positiven, k¹ verbunden werden.

ίο Die Abmessungen der elektrolytischen Zelle a² können je nach Bedarf abgeändert werden. Im Falle, daß nach je zehn dem Abnehmer gelieferten Stromeinheiten die entwickelten Gase entzündet werden sollen und die Registriervorrichtung in Tätigkeit gesetzt werden soll, kann das Rohr α zweckmäßig etwa 50 mm Länge und etwa 5 mm lichte Weite haben. In diesem Falle wird die für eine jede Bewegung der Meß vorrichtung nötige Menge des Elektrolyten weniger als einen Tropfen betragen. Es muß Sorge dafür getragen werden, daß der. Elektrolyt keine Unreinigkeiten enthält, welche die Bildung von Gasen verursachen, die durch die Zündvorrichtung nicht wieder vereinigt werden.

In der abgeänderten,, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform werden die entwickelten Gase durch einen elektrischen Funken zur Entzündung gebracht, der durch Induktion von einer Spule m¹ erzeugt wird. Diese Spule m¹ hat einen feststehenden hohlen Kern 1, der mit Öl gefüllt ist, um mit einem Eisenkolben 2, der mit einem Hebel n² verbunden ist, als Bremse zu wirken. 3 ist ein Eisenkern, der zur Verhinderung der Oxydation in Glas oder ein anderes geeignetes Material eingeschlossen ist. Er ist in einem oberen Fortsatz α⁶ der Zelle a² angeordnet, der sich in die Spule erstreckt und an seinem oberen Ende geschlossen ist. Sein unteres Ende steht durch eine kurze feine Bohrung α^Ί mit der genannten Zelle «^a in Verbindung. Mit dem Kern 3 ist eine Stange 4, z. B. aus Platin, verbunden, die sich durch das Rohr a? erstreckt und ein verstärktes unteres Ende 4« besitzt, welches gewöhnlich zwischen den PIatinspitzen 5 in der Zelle «² ruht und einen Kontakt herstellt. Wenn das Quecksilber den Kontakt h berührt, wird der Stromkreis der Spule m¹ geschlossen, der Kolben 2 wird niedergezogen, so daß der Hebel n² die Registrier- Vorrichtung 0 bewegt wie oben. Gleichzeitig wird der Eisenkern 3 durch die Spule angehoben, so daß der Spulenstrom an den Platinspitzen 5 unterbrochen wird, wobei der hierbei erzeugte Funken das entwickelte Gasgemisch in der Zelle a^% zur Entzündung bringt, worauf das Quecksilber f zu seiner Anfangsstellung zurückkehrt und der Hebel w² und der Kolben 2 pnter dem Einfluß der Feder n³ langsam ihre ursprüngliche Lage wieder einnehmen.

Anstatt den Stromschluß zwischen dem Quecksilber und dem Kontakt h zu bewirken, wie in Fig. 1, 2 und 3, kann dies, wie in Fig. 4 dargestellt ist, zwischen federnden Blattkontakten h¹ und h² erfolgen, die in der Gaskammer a³ angeordnet und durch eine Vorrichtung, beispielsweise einen Schwimmer h³, einander genähert werden, der durch das Quecksilber f bewegt wird, so daß eine Funkenbildung an der Quecksilberoberfläche vermieden wird. Dies kann auch dadurch verhindert werden, daß man den Anker des Magneten m oder m¹ veranlaßt, den Strom zu unterbrechen, nachdem er an der Quecksilberoberfläche zu Stande gekommen ist.

Der Druck der auf elektrolytischem Wege und in der beschriebenen Weise entwickelten Gase kann dazu benutzt werden, auch einen anderen Körper als eine Quecksilbersäule f zu bewegen; z. B. eine biegsame Platte, die an ihrem Umfange gasdicht zwischen den Enden zweier Rohrstücke befestigt und in solcher Lage angeordnet ist, daß die von ihr eingeschlossenen Gase zum höchsten Punkt der Zelle gelangen können, um dort zur Entzündung gebracht zu werden. Die Biegeplatte schließt bei ihrer Bewegung einen elektrischen Stromkreis zu dem oben beschriebenen Zweck.

Elektrizitätsverkäufer bekannter oder ähnlicher Art können in Verbindung mit elektro-. lytischen Meßvorrichtüngen der beschriebenen Art verwendet werden. .

Die Einzelheiten der Konstruktion des Erfindungsgegenstandes können in verschiedener Weise abgeändert werden.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Elektrolytische Vorrichtung für Registrierung, Schaltung und ähnliche Zwecke, bei der ein Elektrolyt in einem Ende eines Rohres durch einen elektrischen Strom zersetzt wird und die sich dabei entwickelnden Gase durch Verschiebung eines zwischen dem Elektrolyten und dem anderen Rohrende angeordneten Kolbens die Registrierung oder eine ähnliche Tätigkeit der Vorrichtung herbeiführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (Membran, Quecksilbersäule) einen vollkommen gasdichten Abschluß mit der Innenoberfläche des Rohres no bildet, um einen Übertritt des Gases oder des Elektrolyten von einem Rohrende zum anderen und ein dadurch bedingtes ungenaues Arbeiten der Vorrichtung zu verhindern. ,

2. Elektrolytische Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine als beweglicher Kolben dienende Queck- , silbersäule mit der Innenwand des Rohres einen gasdichten Abschluß mittels eines oder mehrerer Ringe oder Rohrstücke (e, e¹) aus Metall (Platin) bildet, welche in das

Rohr eingeschmolzen sind und ständig mit dem Quecksilber in Berührung stehen.

3. Elektrolytische Vorrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilbersäule durch Verbindung mit dem negativen Pol einer elektrischen Stromquelle oder mit der negativen Elektrode der elektrolytischen Vorrichtung negativ elektrisch gemacht ist.

4. Elektrolytische Vorrichtung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein hoher elektrischer Widerstand zwischen dem Quecksilberkolben und den Elektroden der elektrolytischen Vorrichtung angeordnet -ist. ; '

5. Elektroly'tische Vorrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohe elektrische Widerstand durch einen dünnen Faden des Elektrolyten gebildet wird, der sich in einem Kapillarröhrchen zwischen dem die Elektroden und dem das Quecksilber enthaltenden Rohrteile befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Bedruckt in der REicnsbRUdKEREi;