-
Selbsttätige Ladevorrichtung für Sammlerbatterien In der deutschen
Patentschrift rot 337
wird eine Vorrichtung zur selbsttätigen -Ladung von
Sammlerbatterien beschrieben. Diese Vorrichtung besteht' aus einer dem Sammler vorgeschalteten
Elektrolysierzelle, deren eine Elektrode eine Aluminiumelektrode ist. Die Wirkungsweise
soll die sein,,. daß während der Entladung des Sammlers in der Elektrolysierzelle
das Aluminium als Kathode geschaltet ist und entsprechend dem Stromdurchgang an
dem Aluminium Ferrisalz zu Ferrosalz reduziert oder auch metallisches Kupfer auf
dem Aluminium niedergeschlagen wird. Bei der Ladung des Sammlers dagegen ist die
Aluminiumelektrode der Elektrolysierzelle als Anode geschaltet. Die stromsperrende
Wirkung der Aluminiumanode soll sich aber der Patentschrift gemäß erst dann äußern,
wenn das Ferrosalz wieder zu Ferrisalz oxydiert bzw. der Kupferniederschlag abgelöst
ist. Dadurch, daß die Elektrolysierzelle die Ladestrommenge entsprechend der %-orhergehenden
Entladung des Sammlers begrenzt, wird der letztere vor Überladung geschützt.
-
Diese- elektrochemischen Vorgänge treten aber tatsächlich nicht ein.
Bekanntlich ist es unmöglich, an einer mit einer Aluminiumoxydhaut überzogenen Aluminiumkathode
den Elektrolyten in nennenswerten Mengen zu reduzieren. Auch gelang es bis heute
nicht, auf -einer oxydierten Aluminiumelektrode einen kompakten Kupferniederschlag
zu erzeugen. Fernerhin ist durch die deutsche Patentschrift 27 291 ein Coulometer
bekanntgeworden, bei welchem die eine Elektrode an einem Wippbalken befestigt ist.
Beim Stromdurchgang verändert sich andauernd das Gewicht dieser Elektrode, so äaß
der Wippbalken schließlich ausschwingt und dabei den Stromkreis öffnet oder schließt.
Dieser Vorrichtung haftet jedoch der übelstand an, daß der Kontaktdruck sehr gering
ist, weil er nur durch ein kleines übergewicht der einen Waagebalkenhälfte- erzeugt
wird und daher Quecksilberkontakte verwendet werden müssen.
-
Durch vorliegende Erfindung wird nun ein Weg angegeben, wie das Coulometerprinzip
auf andere Weise zu einer selbsttätigen Ladevorrichtung verwendet werden kann. Es
wird dabei von den gewöhnlichen Polarisationserscheinungen bei elektrolytischen
Vorgängen oder auch von der Sperreigenschaft edler Ventilmetalle, wie z. B. Antimon
und Wismut, Gebrauch gemacht. Am zweckmäßigsten ist ein Kupfercoulometer, dessen
eine Elektrode aus Gold oder Platin besteht. Von einer solchen Elektrode läßt sich
der Kupfer-. niederschlag elektrolytisch wieder vollständig ablösen, und die - auftretende
Polarisationsspannung bei der Sauerstoffentmcklung ist eine für vorliegenden Zweck
genügend große.
-
Abb. r zeigt ein Beispiel eines Schaltschemas.
-
a ist eine Stromquelle, mit welcher die Batterie b geladen werden
soll. c ist ein Vorschaltwiderstand. Die drei Klemmkontakte
bei
d sind während des Ladens durch einen Schalter miteinander verbunden.. Der Strom
verteilt sich nun auf das Coulometere und den Widerstand f. Durch die Zelle g, in
welcher sich Elektroden aus geeignetem Material, z. B. aus Graphit oder Bleiblech,
in einem jeweils geeigneten Elektrolyten befinden, geht während der Ladung und Entladung
der Batterie kein Strom, weil diese Zelle eine kräftige Polarisationsspannung liefert.
Die Strommenge, welche durch der. Widerstand f fließt, muß von solcher Größenordnung
sein, daß der Strommengenverlust beim Laden der Batterie entsprechend dem Nutzeffekt
berücksichtigt wird und die Aufladung eine vollständige ist. In der Stromverzweigung
mit dem Coulometer e =liegt außerdem eine Magnetspule k, welche ,den Schalter d
betätigt. Beim Ende der Ladung ist im Coulometer alles Kupfer von der Gold- oder
Platinanode abgelöst, und es wirkt dem Stromdurchfluß im Coulometer eine kräftige
Polarisationsspannung entgegen. Diese Polarisationsspannung ist wesentlich j größer
als die der Zelle g, und es geht dann Strom durch die Zelle und nicht mehr durch
das Coulometer. Dadurch wird der magnetische Schalter bei d ausgelöst und der gesamte
Ladestrom unterbrochen. Soll nun die geladene Batterie Strom liefern, so wird der
Schalter h im Entladestromkreis geschlossen. Der Batteriestrom fließt aber jetzt
nur durch das Coulometer, wobei die Gold- oder Platinelektrode wieder mit Kupfer
überzogen wird. Durch die Zelle g geht ebensowenig wie während der Ladung Strom
hindurch, da die Polarisationsspannung entgegenwirkt. i stellt in der Abb. i :eine
Lampe dar, welche durch die Batterie betrieben wird. Die Zelle g soll verhindern,
daß der am Coulometer auftretende Spannungsabfall so groß wird, daß das Coulometer
nicht mehr zu sperren vermag, und kann in Wegfall kommen, wenn parallel zu dem Coulometer
samt Relais ein Widerstand geschaltet wird, welcher von so geringer Größe ist, daß
der Hauptteil des Stromes durch diesen Wider-. stand fließt und nur ein geringer
Bruchteil des Stromes den Weg durch das Coulometer nimmt. Ist der an diesem Widerstand
herrschende Spannungsunterschied- klein, so braucht auch die am Coulometer auftretende
Polarisationsspannung nicht sehr groß zu sein, um das Coulometer stromlos zu machen.
-
Die Ladevorrichtung läßt sich auch dahin verlollkommnen, daß gegen
Ende der Ladung selbsttätig mit geringerer Stromstärke geladen wird. Es wird dabei
von der Verschiebung des Gewichtsverhältnisses der Coulometerplatten während des
Stromdurchganges Gebrauch gemacht. Die Verschiebung des Gewichtsverhältnisses findet
bekanntlich so statt, daß das Gewicht der Anode abnimmt und das der Kathode um denselben
Betrag Zunimmt. Sind nun die beiden Coulometerplatten an einem Waageballen aufgehängt,
so kann man es so einrichten, daß derselbe zu der gewünschten Zeit zum Kippen kommt
und dabei durch irgendeine Kontaktauslösung einen Zusatzstromkreis schaltet, der
den Gesamtwiderstand des Ladestromkreises erhöht.
-
Um eine solche Vorrichtung herzustellen, könnte man z. B. die Kontaktgebung
mit Quecksilber bewerkstelligen; jedoch hat die Benutzung von Quecksilberkontakten
aus Gründen, auf welche hier nicht näher eingegangen werden soll, Unannehmlichkeiten
und Betriebsstörungen im Gefolge. In Abb. a und 3 ist nun ein Ausführungsbeispiel
schematisch angegeben, wie obige Aufgabe auf. andere einfache Weise gelöst werden
kann.
-
l sei ein Waagebalken, der an seinen beiden Enden Ansätze m und n
aus Metall oder Kohle besitzt. Unter dem Waagebalken ist ein Metall- oder Kohlestab
o aufgehängt, welcher in der Mitte durch einen Blechring oder etwas Ähnliches beschwert
ist. Die Länge des Stabes ist so bemessen, daß in der horizontalen Lage des Waagebalkens
die Ansätzen. und rt von dem Stab nicht berührt werden. Normalerweise ist im .entladenen
Zustand der Batterie die eine Coulometerelektrode bedeutend schwerer als die andere.
Der Waagebalken hängt dann schief wie in Abb.3, und der Stab o berührt den einen
Ansatz m. Durch diese elektrische Kontaktgebung ist ein Zusatzwiderstand eingeschaltet,
was der übersicht halber nicht dargestellt ist. Während der Ladung wird nun das
Gewichtsverhältnis der Coulometerplatten dauernd verschoben, so daß gegen Ende der
Ladung zu dem gewünschten und vorher eingestellten Zeitpunkt der Waagebalken nach
der anderen Seite hin zum Kippen kommt. Dadurch wird der Kontakt zwischen Ansatz
m und Stab o gelöst und der Zusatzwiderstand ausgeschaltet.
-
Durch die Beschwerung des Stabes o in der Mitte ist der Kontaktdruck
ein besonders großer, und trotzdem wird durch die geringe Verschiebung des Stabes
beim Kippen des Waagebalkens der Schwerpunkt des ganzen Waagebalkens kaum verschoben.
Außerdem macht diese Beschwerung die ganze Anordnung gegen Erschütterungen unempfindlicher.
-
Das im vorhergehenden beschriebene Prinzip, durch Messung der Strommengen
den Ladevorgang bei Volladung der Batterie selbsttätig zu unterbrechen, läßt sich
auch auf andere elektrochemische oder rein elektrische Prozesse anwenden.
Bestehen-
beide Coulometerplatten aus unangreifbaren Elektroden, wie z. B. aus Platin, und
ist auf der einen Elektrode z. B. eine ganz bestimmte Menge Kupfer niedergeschlagen,
so kann, wenn diese Elektrode als Anode geschaltet wird, ohne Polarisation eine
der Kupfermenge vollkommen entsprechende Strommenge durch das Coulometer fließen,
bis der Stromfluß infolge der Polarisation aufhört. Auf der als Kathode geschalteten
Elektrode hat sich dann genau dieselbe Kupfermenge niedergeschlagen, welche vorher
auf der Anode war. Die Kathode kann inan nun wieder als Anode schalten und die Anode
wieder als Kathode, und es läßt sich so der ganze Vorgang beliebig oft wiederholen.
Wird parallel zu dem Coulometer ein variabler Widerstand geschaltet, so läßt sich
mit Hilfe dieses Widerstandes in der Stromverzweigung jede beliebige Strommenge
selbsttätig abmessen.