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Elektrolytischer Zähler, insbesondere zur Uberwadiung von Kraftwagenbatterien
Die
Erfindung bezieht sich auf Elektrolytzähler, vorzugsweise für die Überwachung von
Kraftwagenbatterien. Sie hat die Aufgabe, einen möglichst kleinen und wohlfeile
Zähler zu schaffen, der einfach in der Herstellung ist und dem rauhen Fahrbetrieb
standhält.
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Es sind schon verschiedene Zähler zur Überwadinug des Lade- und Entladezustandes
von Batterien bekanntgeworden. Diese Zähler sind aber verhältnismäßilg groß und
verwickelt oder halten dem Fahrbetrieb nicht auf die Dauer stand.
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So ist z. B. ein Ladungs- bzw. Entladungsmesser für Batterien bekanntgeworden,
der aus zwei unter Zwischenschaltung eines Diaphragmas zusammengeschraubten Elektroden
und einen Elektrolyt enthaltenden Gefäß teilen besteht. Die Gas räumte der beiden
Gefäßteile sind durch einen eine Anzeigeflüssigkeit enthaltenden Rohrbogen miteinander
verbunden. Der Zähler arbeitet mit elektrischer Eudosmose. Abgesehen davon, daß
solche Zähler wegen Brüchigwerden des Diaphragmas nur kurze Lebensdauer haben, ist
der Aufbau solcher Geräte auch verwickelt und teuer, da das Zählergefäß aus mehreren
Teilen zusammengesetzt und für das Diaphragma eine besondere Einspannvorrichtung
verwendet werden muß. Die Fugen zwischen den einzelnen Gefäßteilen lassen sich gegen
den chemisch aktiven Elektrolyt nur sdiwer abdichten, außerdem besteht die Gefahr,
daß der nach der Außenwand des Zählergefäßes durch ges i ekerte Elektrolyt die Ausbildung
von Kriechstrompfaden zwischen den Elektroden begünstigt und dadurch die Messung
fälscht.
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Die Erfindung beseitigt die Mängel bekannter Zähler. Sie geht insbesondere
darauf aus durch Verkleinerun¢? der Abmessungen den Zähler nicht
nur
zu verbililgen, sondern auch durch die damit verbundene Verringerung der Massenkräfte
unempfindlicher gegen Fahrstöße zu machen.
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In bekannter Weise dient bei dem elektrolytischen Zähler, der den
Gegenstand der Erfindung bildet, ein durch eine Elelftrolytkammer transportiertes
Gas als Meßstoff. Auch wird bei ihm unter der Einwirkung der Elektrolyse eine Anzeigeflüssigkeit
in einem Rohrbogen verschoben. Erfindungsgemäß ist jedoch die Elektrolytkammer beiderseits
durch Gitterelektroden gegen die Kammern abgegrenzt, die das als Meßstoff dienende
Gas enthalten und in die je ein Ende des Rohrbogens mündet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Das Zellengefäß I des Elektrolytzählers besteht aus einem dickeren
Schenkel 2 und einem dünneren Schenkel 3, die durch Krümmer 4, 5 miteinander verbunden
sind. Im dickeren Schenkel befindet sich die Elektrolytkammer 6, die an beilden
Enden durch Gitterelektroden 7, g begrenzt ist. In dem Teil 3 des Rohrsystems befindet
sich eine Anzeigeflüssigkeit 9, die die gleiche sein kann wie der Elektrolyt. Sie
kann aber auch aus Quecksilber bestehen oder besonders gefärbt, sein. Bei Verwendung
einer klaren Anzeigeflüssigkeit wird in der bei Elektrolytzählern bekannten Weise
hinter dem Rohr ein schwarzer Strich auf weißem Grund, ein weißer Strich auf schwarzem
Grund oder auch ein farbiger Strich angebracht, der dann, soweit das Rohr mit Flüssigkeit
gefüllt ist, in entsprechender Verbreiterung erscheint. Der übrige Teil des Gefäßes
I, also die beiderseits an die Elektrolybkammern anschließew den Kammern, ist mit
Wasserstoffgas gefüllt. Als Elektrolyt wird die bei Wasserstoff-Elektrolytzählern
bekannte Flüssigkeit verwendet. Auch werden die Elektroden in der bei diesen Zählern
bekanten Weise hergestellt und behandelt. Längs des Rohres 3 kann eine Skala angebracht
werden, für die meist eine ganz grobe Teilung genügen dürfte.
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Es genügt aber auch eine einzige Marke an der der Entladung entsprechenden
Stelle. Unter Umständen kann das ganze Gefäß mit Ausnahme dieser Stelle abgedeckt
sein, damit man mit einem kleinen Fenster auskommt und die Zelle möglichst allseitig
kapseln kann.
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Die Gitterelektrode 7 ist über den Vorwiderstand I0, zu dem in bekannter
Weise zwecks Beriicksichtigung des Wirkungsgrades der Batterie ein Gleichrichter
ii mit Vorwiderstand I2 parallel geschaltet ist, an das eine Ende des Nebenwiderstands
I3 angeschlossen, während das andere Ende dieses Widerstands I3 mit der Elektrode
8 verbunden ist.
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Ist der Nebenwiderstand I3 getrennt vom Zähler, z. B. in unmittelbarer
Nähe der Batterie untergebracht, während sich der Zähler am Schaltbrett befindet,
dann wird man zweckmäßig, wie gestrichelt angedeutet, dem Zähler selbst noch einen
besonderen, vorzugsweise einstellbaren Nebenwiderstand 14 geben.
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Der Zähler arbeitet folgendermaßen: Die dargestellte Lage nimmt die
Anteigeflüssigkeit bei vollkommen entladener Batterie ein. Wird die Batterie geladen,
dann fließt in der Zelle I ein Strom von der Elektrode 7 nach der Elektrode 8. Dadurch
wird der Wasserstoff von der linken Seite nach der rechten Seite geschafft und die
Anzeigeflüssigkeit 9 mehr und mehr aus dem Schenkel 3 nach links gedrängt. Da der
Gleichrichter II bei dieser Stromrichtung sperrt, wird der Vorwijderstand I0 voll
wirksam.
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Bei der Entladung der Batterie fließt in der Zelle I der Strom von
der Elektrode 8 nach der Elektrode 7, und der Wasserstoff wird jetzt von rechts
nach links geschafft, mit der Folge, daß sich das Rohr 3 mehr und mehr mit der Anzeigeflüssigkeit
g füllt. Da der Gleichrichter 11 in dieser Richtung den Strom durchläßt, fließt
auch noch durch den Widerstand 12 Strom. Der Rücktransport des Wasserstoffs findet
deshalb schon nach einem kleineren Stromumsatz - statt als der Wasserstofftransport
bei der Ladung. Durch entsprechende Einstellung der Widerstände kann demgemäß leicht
der Wirkungsgrad der Batterie berücksichtigt werden.
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Die Gitter 7 und 8 lassen sich ohne weiteres so engmaschig machen,
daß die Flüssigkeitsmen1isken auch bei starken Fahrstößen ein Austreten des Elektrolyts
verhüten. Auch nehmen diese Flüssigkeitsmenisken ohne weiteres die durch Temperaturschwankungen
hervorgerufenen Volumenänderungen des Elektrolyts auf, insbesondere weil der Ausdehnungskoeffizient
des Elektrolyts verhältnismäßig klein ist. Schwierigkeiten würden sich nur dann
ergeben, wenn von Anfang an im Elektrolytraum eine gewisse Gasmenge vorhanden wäre.
Das Gas würde sich aber leicht durch entsprechendes Kippen, Schütteln od. dgl. der
Zelle austreiben lassen. Auch könnte man es durch elektrolytischen Transport aus
der Elektrolytkammer entfernen.
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Wenn einmal nach der Anfangseinstellung die Elektrolytkämmer von Gas
frei ist, bleibt sie es auch während des Fahrbetriebes.
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Um auf die Entladung der Batterie aufmerksam zu machen, können an
dem Schenkel 3 mit einem Signalstromkreis verbundene Kontakte 15, I6 angebracht
werden, von denen sich oder Kontakt I6 an einer Stelle des Schenkels 3 befindet,
die die Anzeigflüssibokeit g nach der Entladung der Batterie oder kurz vorher erreicht.
Der Signalstromkreis kann ein optisches oder akustisches Signal betätigen. Unter
Umständen können mehrere Signalkontakte, z. B. ein Vor- und ein Hauptkontakt, verzvendet
werden, die je nach dem Entladungsgrad verschiedene Signale betätigen.
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In Fig. 2 und 3 hat die Elektrolytkammer 6 einen Überlauf 17. Der
Überlauf erleichtert wesentlich das Entleeren des Gases aus der Elektrolytkammer.
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Auch kann man Zähler mit derartigem Überlauf verwenden, um nur die
Entladung bzw. nur die Ladung der Batterie zu überwachen, indem man jeweils nach
der Entladung der Batterie und dem Einsetzen einer geladenen Batterie bzw. jeweils
nach dem Aufladen einer Batterie durch Kippen den Zähler in den Anfangszustand zurückbringt.
Die
Gitterwand beim Überlauf I7 kann ohne Schwierigkeiten derart
hochgezogen werden, daß auch bei Fahrstößen der Elektrolyt nicht überläuft. Ein
gelegentliches geringfügiges überlaufen ist aber unschädlich, weil dadurch die Messung
nicht beeinträchtigt wird, denn der Meßmeniskus liegt auf der nicht mit Überlauf
versehenen Elektrolytkammer-Seite. Auch Temperaturschwankungen und die dadurch bedingten
Volumenänderungen des Elektrolyts sind bei Vorbandensein eines Überlaufs ohne Einfluß
auf das Arbeiten der Zelle, und zwar auch dann, wenn in dem Elektrolytraum etwas
Gas vorhanden sein sollte. Die Zellen nach Fig. I bis 3 sind so ausgeführt, daß
auch dann, wenn die Batterie voll aufgeladen ist und noch weiter mit Ladestrom beschickt
wird, Fehlanzeigen vermieden werden.
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Denn nach der Vollaufladung ist die Anzeigeflüssigkeit 9 aus dem Schenkel
3 nach links gewandert, und wenn nun von der Elektrode 8 weiter Gas nachgeschoben
wird, dann kann dieses in Blasenform in dem Krümmer 4 hochsteigen. Der Meßmeniskus
bleibt dabei an der gleichen Stelle.
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Es wird sich empfehlen, ,den Zähler so anzuordnen, daß er bei jeder
Entladung und Ladung der Batterie zwangsläufig eingeschaltet bleibt. Er kann also
z. B. für die Fälle, in denen die Batterien zwecks Ladung aus dem Wagen herausgenommen
werden, im Batteriekasten eingebaut sein, und man kann dann durch Signalkontakte
den Entladezustand anzeigen lassen oder den Zähler so anordnen, daß sein Meßmeniskus
von außen sichtbar bleibt. Ist der Zähler nicht im Batteriekasten eingebaut und
bei der Ladung nicht mit eingeschaltet, wird also beispielsweise die Batterie außerhalb
des Wagens geladen oder jeweils nach der Entladung durch eine neue ersetzt, dann
kann man den Zähler mit einem Steckeranschluß versehen und sein Anzeigemittel jeweils
nach dem Einsatz einer neuen Batterie in die Ausgangslage zurückbringen. Um ganz
harte Stöße fernzuhalten, kann man die Zelle oder ihr Gehäuse auf Puffer, z. B.
auf Gummi, setzen. Um das Ausfließen des Elektrolyts durch die Gitterwände der Kammer
bei heftigen Stößen zu unterdrücken, wird - erflndungsgemäß die Elektrolytkammer
mit Glas- oder Ouarzwolle, Glas-, Quarzsplittern gefüllt, oder die Kammer wird durch
mehrere Zwischengitter unterteilt, wie z. B. in Fig. 2 und 3 (Zwischengitter 78),
oder in anderer Weise ein-oder mehrfach kapillar eingeschnürt. Dadurch wird dem
Elektrolyt großenteils die Bewegungsfreiheit genommen. Die Stöße werden mehr oder
weniger gleichzeitig dem ganzen Elektrolyt an allen Stellen übertragen, so daß also
der Elektrolyt auch raschen Bewegungen des Gefäßes folgen kann, ohne auszufließen.
Auch wird dadurch das Flüssigkeitsvolumen der Elektrolytkammer verringert, so daß
die durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen Volumen änderungen des Elektrolyts
nicht ins Gewicht fallen. Unter Umständen kann auch der die Anzeigeflüssigkeit enthaltende
Schenkel mit Dämpfungsvorrichtungen versehen sein.
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Die Erfindung bietet unter anderem folgende Vorteile: Der überaus
kleine Zähler läßt sich auch bei beschränktem Raum leicht an der Batterie, am Schaltbrett
und an anderen Stellen des Fahrzeugs unterbringen. Er ist wegen seiner kleinen Massen
und wegen seiner kleinen Hebel arme viel wi;derstandsfähiger gegen die Fahrstöße
als andere bekannte Batteriezähler, arbeitet aber trotzdem sehr genau. Obwohl die
Seitenwände der Elektrolytkammelr durchbrochen sind, weil sie aus Gitterelektroden
bestehen, wird ein Auslaufen oder Verdrängen des Elektrolyts durch Fahrstöße, Temperaturschwankungen
usw. zuverlässig verhütet, weilvdie den Kammerinhalt abgrenzenden Menisken wie elastische
Häutchen federn, sich ausbauchen und zusammenziehen können. Der Zähler ist einfach
und billig in der Herstellung. Er kann durch Abgleichen der Widerstände bequem den
verschiedenen Batteriearten angepaßt werden. Da bewegliche Teile fehlen, ist er
auch nicht dem Verschleiß unterworten. Er ist auch unempfindlich gegen Schrägstellen,
z. B. bei Berg- und Talfahrt des Wagens oder bei ungeschickter Montage.