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Elektrolytischer Spannungsteiler zum Betriebe von Schwachstromeinrichtungen
aus Starkstromnetzen. Um aus einem Stromnetz höherer Spannung einen Strom geringerer
Spannung abzugreifen, also z. B. aus einem Lichtstromnetz elektrische Wecker oder
andere Schwachstromanlagen speisen zu können, hat man schon die Verwen-
dung
von Akkumulatoren vorgeschlagen. Bei derartigen bekannten -Einrichtungen wird gewöhnlich
eine Akkümulatörenbatterie unter Vorschaltung von Widerständen von der Starkstromquelle
aus geladen, dann bei Betätigung des Schwachstromapparates durch Relais o. dgl.
von der Starkstromquelle ab- und an den zu betreibenden Apparat geschaltet.
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Derartige Einrichtungen haben den Nachteil, daB Schaltvorrichtungen
verwickelter Bauart erforderlich sind, welche die- Anschaffung verteuern- und den
Betrieb unzuverlässig gestalten.
Um derartige Umschaltvorrichtungen
zu vermeiden, kann man auch so vorgehen, daß man Akkumulatoren dauernd über einen
hohen Widerstand an die Starkstromquelle angeschaltet läßt und die zum Betriebe
der Schwachstromeinrichtungen erforderliche Spannung an den Polen der Akkumulatoren
abnimmt, ohne dabei den Ladestrom zu unterbrechen. Hierbei tritt aber folgender
Nachteil auf: Um stets die Gewähr zu haben, daß die Ladung der Akkumulatoren in
jedem Falle den Verbrauch der Schwachstromapparate an Strom deckt, muß man den Ladestrom
in seiner Stärke so bemessen, daß mit Sicherheit dem Akkumulator eine größere elektrische
Energie zugeführt wird, als aus ihm entnommen wird. Der Akkumulator muß also dauernd
überladen werden. Eine dauernde Überladung der Akkumulatoren hat aber bekanntlich
ein Abfallen der Masse von den Platten und infolge der dauernden Massezersetzung
eine schädliche Änderung in der Zusammensetzung der Füllsäure zur Folge, wodurch
die Akkumulatoren bald zugrunde gehen.
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Diese Nachteile werden nun gemäß der Erfindung dadurch beseitigt,
daß für derartige Gleichstromtransformatoren nicht Akkumulatoren normaler Bauart
verwendet werden, sondern Zellen, in denen durch den zugeführten Strom eine elektrolytische
Zersetzung eines Elektrolyten aus Metallsalzen oder ähnlich wirkenden Stoffen stattfindet
und wobei die entstehende elektromotorische Gegenkraft der Polarisation zum Betriebe
der Schwachstromapparate nutzbar gemacht wird. Die Schaltung ist dabei erfindungsgemäß
so, daß den Elektrolyten über einen Widerstand dauernd Strom aus einer Starkstromquelle
zugeführt wird und der Polarisationsstrom an den Polen der Zellen abgegriffen und
den Schwachstromapparaten übermittelt wird. Dieser Polarisationsstrom derartiger
Zellen dauert allerdings nur verhältnismäßig kurze Zeit an, was aber bei den in
Betracht kommenden Schwachstromapparaten, z. B. elektrischen Weckern oder Fernsprechapparaten,
nicht schadet.
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Als besonders vorteilhaft hat sich als Elektrolyt Magnesiumsulfat
mit Zusatz geringer Mengen von Schwefelsäure erwiesen. Als Elektroden werden mit
besonderem Vorteil gemäß der Erfindung Bleielektroden verwandt, denen man durch
entsprechende Gestaltung möglichst große Oberflächen gibt.
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Es scheint nämlich bei Verwendung von Bleiplatten und dem angegebenen
Magnesiumsulfat noch dadurch eine erhöhte Wirkung einzutreten, daß sich neben der
normalen, elektrolytischen Zersetzung, bei der das Magnesiumsulfat gespalten wird
und das metallische Magnesium sich auf der Kathode absetzt, noch ein normaler »Akkumulatorladevorgang«
abspielt, indem die Oberfläche der positiven Bleiplatte sich mit Bleisuperoxyd überzieht.
Hierdurch wird der Polarisationsstrom naturgemäß verstärkt und die »Kapazität" der
Zellen erheblich vergrößert.
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Bei derartigen Zellen schadet eine dauernde' Überladung nicht, da
es in diesem Falle nicht zur Massenzersetzung kommt, sondern der Strom nur zur Spaltung
des Magnesiumsulfats verwandt wird. Es ist nur nötig, nach verhältnismäßig langen
Zeiträumen die Pole der Zellen zu wechseln, worauf das auf der einen Platte abgeschiedene
Magnesium bzw. Blei zur anderen Platte wandert. Statt des Magnesiumsulfats können
natürlich auch andere ähnlich wirkende Stoffe als Elektrolyt gewählt werden, z.
B. Kupfervitriol, Silbernitrat u. dgl.
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Die Schaltung erfolgt je nachdem, ob es sich um ein Starkstromleitungsnetz
mit geerdetem oder nicht geerdetem Leiter handelt, derart, daß ein hoher Widerstand
(in Form von Draht oder Widerstandsstäben) so zu einer Seite oder von beiden Seiten
in Reihe mit den Elektrolytzellen geschaltet wird, daß der Strom dauernd über den
Widerstand und die Zellen fließt. Die zu betreibenden Schwachstromeinrichtungen
werden dann je nach der gewünschten Spannung an die Klemmen einer Zelle oder Zellengruppe
geschaltet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i die Vorderansicht eines aus mehreren Elektrolytzellen bestehenden,
elektrolytischen Spannungsteilers, Abb. 2 den Querschnitt nach der Linie A-B der
Abb. i, Abb. 3 den Längsschnitt nach der Linie C-D der Abb.2.
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Abb. 4 bzw. g zeigen das Schaltungsschema bei geerdetem bzw. bei nicht
geerdetem Leiter.
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In den Abbildungen bedeuten a1, a2, a3 drei Elektrolytzellen eines
Spannungsteilers, die aus Zellengefäßen bi, b2, b3 bestehen, in denen eine gerade
Anzahl von Bleiplatten cl, cl', c2, c2', c3, 031 mit großer Oberfläche untergebracht
sind. Die Gefäße b1, b2, b3 sind mit einer zweckmäßig etwa 18prozentigen Magnesiumsulfatlösung
gefüllt, welcher etwas Schwefelsäure beigefügt werden kann. Über den Zellengefäßen
ist eine Schutzkappe d angeordnet, welche mit Ventilationsöffnungen e versehen ist
und an ihrer Vorderfläche mehrere Längsschnitte f trägt, durch welche der Wasserstand
in den Zellengefäßen b kontrolliert werden kann. Ferner sind an der Oberseite der
Kappe d die Einfüllöffnungen g vorgesehen, unter denen sich die durch Pfropfen h
verschließbaren Einfüllöffnungen der Zellengefäße b befinden.
Vor
die Elektrolytzellen a ist ein Widerstand i geschaltet, welcher bei nicht geerdetem
Leiter in zwei Teile il, i2 zerlegt ist, von denen der eine hinter den Zellen
a eingeschaltet ist (vgl. Abb. q. und 5). Die Starkstromleitung ist von den Klemmen
k1, k2 über die Widerstände i bzw. il, i2 zu den Elektrolytzellen a geführt.
Die Widerstände i sind auf einer Grundplatte e befestigt und von dieser sowie
von der Kappe d durch geeignete Isolierungen in getrennt. Jeder Widerstand kann
entweder aus hochohmigen Widerstandsstäben oder Widerstandsdrähten bestehen, deren
Abmessungen so gewählt sind, daß die Elektrolytzellen a einen Strom von geringer
Spannung erhalten.
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Klemmen k3, k4, k5 dienen zur Abnahme des Schwachstromes; sie
sind mit den Elektrolytztllen a so verbunden, daß von den Klemmen k3, k4 ein Strom
mit der Spannung einer Elektrolytzelle, von den Klemmen k4, k5 bzw. k3, k5 ein Strom
mit der Spannung von zwei bzw. drei Elektrolytzellen abgenommen werden kann (vgl.
Abb. q. und 5).
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Die Wirkungsweise des Spannungsteilers ist die folgende: Werden die
Starkstromklemmen k1, k2 mit einem Gleichstromnetz von etwa 6o bis 250 Volt
Spannung verbunden, so wird den Elektrolytzellen a unter Vorschaltung des
Widerstandes i
bei geerdetem Leiter (vgl. Abb. q), der Widerstände il, i2
bei nicht geerdetem Leiter (vgl. Abb. 5) ein Strom von etwa 0,005 bis o,or
Amp. zugeführt. Dieser Strom genügt, um die mit dem positiven Pol verbundenen Platten
cl, c2, c3 bzw. cl', c2', c3' mit einer Schicht von Magnesium bzw. Bleisuperoxyd
zu überziehen, wodurch die Zellen a befähigt werden, einen gleichmäßigen Strom größerer
Stärke während einer gewissen, kurzbemessenen Zeit abzugeben.
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Da die positiven und die negativen Platten der Elektrolytzellen anfangs
einander gleich sind, ist es ohne Bedeutung, in welcher Richtung die Zellen von
Starkstrom durchflossen werden.
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Es ist jedoch erforderlich, daß bei geerdetem Leiter der Nulleiter
an die mit der Schwachstromseite in Verbindung stehende Klemme angeschlossen wird,
damit kein hochgespannter Strom in die Schwachstromleitung übertreten kann.
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Die Bleiplatten c besitzen keine Füllung, welche sich bei ihrer Überladungiockern
könnte; viehmehr wird die erforderliche Kapazität durch eine gleichartige Oberfläche
erhalten. Wird dem Apparat während längerer Zeit kein Schwachstrom entnommen, so
tritt nach der Ladung der Zellen eine Zersetzung der Flüssigkeit ohne irgendwelche
schädliche Nebenwirkung ein. Die Zersetzung ist jedoch so gering, daß der Spiegel
der Flüssigkeit innerhalb eines Jahres nur um wenige Zentimeter sinkt. Die verlorengegangene
Flüssigkeit kann durch die Einfüllöffnungen g, 1a leicht ersetzt werden; eine weitere
Wartung des Spannungsteilers ist nicht erforderlich.
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Die Vorzüge des Spannungsteilers bestehen darin, daß er fast keiner
Wartung erfordert, daß er äußerst betriebssicher arbeitet und einen Sehr geringen
Stromverbrauch hat.
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Als Verwendungsgebiet kommen alle Arten Schwachstromanlagen, wie Signal-
und Telephonanlagen, in Frage.