DE251018C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die bekannten elektrolytischen Zähler be-■ ruhen auf dem Prinzip, die durch den Stromdurchgang entstehende Gewichtsdifferenz, wie z. B. bei dem Kupfervoltameter, oder Volumdifferenz, wie z. B. bei dem Quecksilbervoltameter, festzustellen. Bei vorliegender Erfindung soll ein neues Prinzip verwendet werden, indem ein durch zwei unangreifbare Elektroden gebildeter elektrolytischer Kondensator von bestimmter Coulombkapazität als Maßstab für die durchgehende Elektrizitätsmenge benutzt wird und die bei dem Ende der Ladung und Entladung infolge der Eigenart des Voltameters auftretenden plötzlichen

Änderungen der Klemmenspannung zur Stromumkehr innerhalb des Kondensators und zur Registrierung verwendet werden.

In Fig. ι sei α ein Gefäß mit Kupfervitriollösung, b und c seien zwei Platinbleche, wo-

ao von das eine, b, vorher mit einem Kupferniederschläg von genau bestimmtem Gewicht, d. i. genau definierter Coulombkapazität, versehen wurde, d sei ein Voltmeter bzw. ein Elektromagnet mit vielen dünnen Windungen.

Bei Stromdurchgang, wobei der positive Pol bei b sei, scheidet sich Kupfer auf c ab, und die Kupferschicht auf b löst sich auf. Während dieses Prozesses ist die Klemmenspannung an dem Voltameter sehr klein (praktisch einige Zehiitel Volt), die im wesentlichen gegeben ist durch das Produkt ix.w = Stromstärke mal innerer Widerstand des Voltameters. In dem Moment jedoch, wo die auf b befindliche Kupferschicht sich völlig aufgelöst und sich genau soviel Kupfer auf c niedergeschla-.' /' gen hat, tritt plötzlich eine Spannungserhöhung auf etwa 1,5 Volt ein, indem an der Elektrode b das Sauerstoffpotential auftritt. Da das auf b ursprünglich niedergeschlagene Kupfer eine bestimmte Kapazität hatte, zeigt das plötzliehe Ansteigen der Klemmenspannung des Voltameters den Zeitpunkt an, nach welchem eine bestimmte Elektrizitätsmenge (Coulombs) durch das Voltameter gegangen ist. Kehrt man in diesem Moment die Stromrichtung um,, so vollzieht sich nunmehr mit der Elektrode c genau dasselbe wie vorher mit der Elektrode b, indem das Kupfer wieder auf die Elektrode b zurückwandert, worauf wieder die Spannung in dem Voltameter — die nach der Umschaltung sofort auf den geringeren Wert ix w zurückgegangen war — plötzlich . ansteigt. Kehrt man abermals die Stromrichtung um, so vollzieht sich der Vorgang wie eingangs beschrieben.

Die jeweilige Umschaltung vollzieht sich nach dem Schema Fig. 2, wobei die Schleiffedern e f, die sich auf den Kontakten g g' befinden, die Stromumkehr herbeiführen. Mechanisch besorgt dies der Voltmetermagnet d, der bei niederer Klemmenspannung des Voltameters seinen Anker nicht anzieht,' sondern erst bei erhöhter Spannung, wie sie durch das Auftreten des Sauerstoffpotentials herbeigeführt wird. Es ist gleichgültig, ob der Voltmetermagnet an die Punkte χ y oder x' y' angeschlossen ist und ob der Voltmetermagnet direkt die Kontakte g g' bzw. Schleiffedern e f verschiebt oder nur als Relais eines nicht gezeichneten Hilfsmagneten dient.

Die mechanische Ausführung des ganzen Apparates ist durch Fig. 3 gegeben.

Der Hauptteil des Zählers, das Voltameter mit der genau definierten Kapazität, oder bessei* gesagt, der elektrolytische Kondensator, stellt eine hermetisch verschlossene Büchse dar, die aus einer äußeren Elektrode h, einer Innenelektrode i, dem Elektrolyt, z. B. Kupfervitriollösung, und einem isolierenden Deckel k besteht, der völlig luftdicht abschließt. Ein Verdunsten des Elektrolyten, ein Hauptübelstand der gebräuchlichen elektrolytischen Zähler, ist also völlig ausgeschlossen.

Die Elektroden h und i bestehen praktisch aus Graphit, wenn nötig, mit dünnem Überzug von Platin oder Gold versehen. Wählt man statt des Kupfervoltameters ein Zinkvoltameter, etwa mit Chlorzinklösung, so können die Elektroden h und i aus versilbertem Metall bestehen. Die bei Entladung auftretende Klemmenspannung: Chlorsilber — Chlorzink — Zink ist ebenfalls wesentlich höher (etwa 1,4VoIt) als die normale Klemmen

+ Pol
Platin plus Silberpulver

Spannung. Die Art des Voltameters, ob Kupfer-, Zink- oder Kadmiumvoltameter ist für das Erfindungsprinzip belanglos. Es ist nur notwendig, daß bei Entladung eine genügende Potenlialerhöhung gegenüber der normal auftretenden durch ixw gegebenen Spannung auftritt. .

Ferner ist es für das Prinzip der Erfindung belanglos, ob das Voltameter bzw. der elektrolytische Kondensator nach dem Prinzip der umkehrbaren Elektroden erster Art oder zweiter Art konstruiert ist. Verwendet man, Wie angegeben, ein Kupfer-, Zink- oder Kadmiumvoltameter, so wandert hierbei das Kation (Cu, Zn oder Cd) von einer Elektrode zur anderen. Es ist nicht ausgeschlossen, ein Voltameter nach dem Prinzip der umkehrbaren Elektroden zweiter Art zu verwenden, wobei dann das Anion wandern würde. ,

Ein solches Voltameter wäre beispielsweise gegeben durch die Kombination:

— Pol

(Jhlorzink — Platin plus Chlorsilber,

wobei das Silberpulver dem Chlorsilber von vornherein äquivalent gemacht wird und eine genau definierte Menge darstellt. Bei Stromdurchgang geht das Silberpulver durch Wanderung des Anions Cl in Chlorsilber über und das Chlorsilber in Silberpulver. Nach

Platin plus Quecksilberpulver —> Chlorzink — Platin plus Quecksilberchlorür

oder z. B. Platin plus Bleischwamm — Zinksulfat — Platin plus Bleisulfat.

Durchgang der bestimmten Elektrizitätsmenge tritt an der einen Seite freies Chlor und an der anderen Zink auf, wodurch der Potentialsprung erfolgt. go

Eine ähnliche Kombination wäre:

Derartige Kombinationen ließen sich noch viele ausdenken.

Der Nachteil derartiger Voltameter bzw. elektrolytischen Kondensatoren nach dem Prinzip der umkehrbaren Elektroden zweiter Art besteht darin, daß sie für kleine Kapazitäten nicht genügend genau sind, und daß der Potentialsprung nicht so plötzlich eintritt wie bei den Elektroden erster Art und demnach auch die Stromumkehr nicht korrekt erfolgt.

Es ist auch nicht ausgeschlossen, ein , Voltameter zu schaffen, bei dem nach Hin- ioo durchgang einer bestimmten Elektrizitätsmenge nicht der entstehende Potentialsprung, sondern andere Erscheinungen, z. B. auftretende Gase, und der hierdurch gegebene Druck benutzt werden, um eine Umschaltung der Stromrichtung herbeizuführen. Ein solches Voltameter wäre beispielsweise die Kombinanation:

+ Pol — Pol

Platin plus Quecksilberpulver — Kalilauge — Platin plus Quecksilberoxyd.

Nach Entladung dieses würde auf der einen Seite Sauerstoff, auf der anderen Wasserstoff auftreten. Diese Gase könnten z. B. auf einen Kolben wirken, der mechanisch die Umkehrung der Stromrichtung herbeiführen würde. Die Gase müßten dann nachträglich, z.B. durch Entzündung oder etwa langsame Vereinigung mit Hilfe von Platinmohr, wieder vereinigt werden.

Derartige Voltameter kommen praktisch ebenfalls kaum in Betracht, da sie nicht genügend genau sind, der Endpunkt der Entladung nicht plötzlich auftritt und die Wiedervereinigung von Gasen sich kompliziert gestaltet.

Es ließen sich noch andere Methoden ausdenken, um bei einem Voltameter mit konstanter Kapazität den Endpunkt der Ent- iao ladung anzuzeigen und dadurch mechanisch die Stromumkehr herbeizuführen. ν

Wichtig ist für das Wesen der Erfindung die Verwendung eines Voltameters bzw. elek-.'.■;■■ trolytischen Kondensators von genau definierter Kapazität, der praktisch die Eigenschaft hat, seine Entladung möglichst plötzlich in irgend einer Form anzuzeigen, wonach die ' Stromumkehr ebenfalls plötzlich auf mechanischem Wege erfolgen kann.

Praktisch dürfte nur ein Voltameter mit ίο Elektroden erster Art in Betracht kommen und als Anzeige für die Entladung der plötzliche Potentialsprung, der sich technisch leicht / zur Stromumkehr verwenden läßt.

Dies letztere erreicht man nach Fig. 3 mit dem zweiten Hauptteil des Zählers, dem VoIt-• metermagnet q, dessen aus dünnem Draht bestehende Spule f im Nebenschluß zu dem Voltameter liegt. Steigt bei Entladung die Spannung des Voltameters plötzlich an, so zieht der Magnet den Anker s an sich, und mit Hilfe der Schaltklinke t wird das Steigrad u um einen Zahn vorwärts geschoben und ebenso die mit dem Steigrad starr verbundene Isolierscheibe ζ, auf welcher entsprechend dem Schema in Fig. 2 die Kontaktstücke g g' angeordnet sind. Bei jeweiliger Vorwärtsbewe-' j. ·· gung der Isolierscheibe ζ erfolgt ein Stromrichtungswechsel in den Schleiffedern e f, die an das Voltameter bei 0 und f angeschlossen sind (in Fig. 3 nicht gezeichnet). Die Stromzufuhr erfolgt durch die Lager ν und w und die Achsen zu den Kontakten der Isolierscheibe.

Es braucht kaum erwähnt zu werden, daß die Achse mit einem Zählwerk gekuppelt ist.

Hat man die Kapazität des Voltameters mit Berücksichtigung der Spannung der Netzleitung entsprechend gewählt, so kann das Zählwerk direkt die Hektowattstunden bzw. Kilowatt angeben.

Für die Voltameter mit konstanter Kapazität ist noch folgendes zu beachten. Würde man ein Voltameter nach dem Schema Fig. 1 verwenden, also lediglich zwei sich gegenüberstehende Platten, so würde man nach öfterer Stromumkehr bemerken, daß die Kapazität, die ursprünglich eine bestimmte Größe hatte, allmählich immer kleiner wird. Dies kommt daher, daß kurz vor jeder Entladung' (d. i. kurz vor Auftreten des Potentialsprunges) winzig kleine Partikelchen von der Elektrode abfallen,- die natürlich nicht mehr in den Bereich des Stromkreises gelangen. Man vermeidet dies in einfacher Weise dadurch, daß man auch die Bodenfläche als Elektrode ausbildet (Fig. 3), wodurch abfallende Partikelchen stets wieder in den Stromkreis zurückgelangen, also die Kapazität konstant bleibt.

Praktisch ist dann die Kapazität der Innenelektrode stets etwas kleiner, die der Außenelektrode stets etwas größer, als der normalen Kapazität entspricht. Auf die Genauigkeit des Zählers ist dies ohne Einfluß.

Der vollständige Apparat, der den elektrolytischen Kondensator darstellt, wird zweck- mäßig zwischen Metallkappen / m (Fig. 3) eingesetzt, die zu den Anschlußstücken 0 und p führen. Die. obere Ableitung von / ist noch zweckmäßig als Feder η ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß die Voltameterbüchse bequem behufs Kontrolle entfernt und durch eine vorgeaichte ersetzt werden kann.

Es erübrigt noch, zu bemerken, daß bei kleinen Strömen der Gesamtstrom durch das Voltameter gehen kann; bei größeren benutzt man, wie üblich, einen Nebenschluß. Hierbei ist zu beachten, daß bei geringem Widerstand des Nebenschlusses die Potentialerhöhung innerhalb des elektrolytischen Kondensators sich in der Weise geltend macht, daß derselbe stromlos wird. Die Stromumkehr wird dann zweckmäßig mittels eines Differentialrelais bewirkt, dessen eine Spule im Stromkreise des Shunt, dessen andere Spule im Stromkreise des Voltameters liegt.

Ferner sei noch bemerkt, daß an Stelle der durch die Schleifkontakte g g' und Schleif- ,.■ federn e f gegebenen Umschaltung jede andere bekannte Umschaltevorriclitung, z. B. auch eine Quecksilberwippe verwendet werden könnte, die durch den Voltmetermagnet bewegt wird. Auch kann der Erfindungsgegenstand als Automat für die gebräuchlichen Münzsorten ausgebildet werden, indem die Kapazität dem Münzwert entsprechend gewählt und die Umschaltung der Stromrichtung nach Wirkung des Magneten durch die herabfallende Münze herbeigeführt wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Elektrolytischer Zälüer, dadurch gekennzeichnet, daß als Maßstab für die durchgegangene Elektrizitätsmenge ein mittels zweier unangreifbarer Elektroden, von denen die eine einen Niederschlag eines Metalls oder Salzes trägt, hergestelltes Voltameter von genau bestimmter Coulombkapazität — elektrolytischer Kondensator — verwendet und die nach Durchgang der ' "von vornherein gewählten Coulombsinfolge 110, der Unangreifbarkeit der Elektroden auftretende Polarisation bzw. Änderung der Klemmenspannung zum Stromrichtungswechsel innerhalb des elektrolytischen Kondensators und zur Registrierung benutzt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.