DE96822C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In der Patentschrift Nr. 23980 ist ein Elektricitätszähler beschrieben, welcher auf der bekannten Erscheinung der elektrischen Endosmose beruht. Dieser Zähler benöthigt infolge seiner Construction eine beträchtliche Stärke des hindurchfliefsenden Stromes, um überhaupt in Gang zu kommen. Dieser Umstand ist auch anscheinend in der Beschreibung und Zeichnung dadurch berücksichtigt worden, dafs der Erfinder durch den Zähler den ganzen zu messenden Strom hindurchschickte. Hierdurch vermehrt er aber den Widerstand seines Stromkreises infolge des hohen Widerstandes im Diaphragma in beträchtlicher Weise und erleidet so einen bedeutenden Energieverlust.

Bei dem vorliegenden. Apparat wird oben genannter Uebelstand dadurch vermieden, dafs die Empfindlichkeit des Zählers eine sehr bedeutende ist. Infolge dessen benöthigt er zur Function sehr geringe durch ihn fliefsende Ströme, wie etwa Y₁₀₀ oder V₁₀₀₀ der zu messenden, und läfst sich daher parallel einem in der Hauptleitung liegenden Widerstand anordnen, welcher nur Y₁₀₀ bis Y₁₀₀₀ seines eigenen beträgt. Auf die Weise wird natürlich auch der Energieverlust auf Y₁₀₀ bis Y₁₀₀₀ reducirt.

Das Princip, auf welchem der Apparat beruht, ist folgendes;

Theilt man ein Gefäfs durch ein poröses Diaphragma in zwei Abtheilungen, füllt beide Theile mit einem beliebigen Elektrolyten, versieht jede der Abtheilungen mit je einer Elektrode und schickt einen elektrischen Strom hindurch, so dringt die Flüssigkeit durch das Diaphragma, und zwar wandert sie im Allgemeinen in der Richtung des Stromes, so dafs nach kurzer Zeit im Kathodenraum mehr, im Anodenraum weniger Flüssigkeit sich befindet, als vor dem Einschalten des Stromes. Unter sonst gleichen Umständen ist die Menge der übertragenen Flüssigkeit proportional der hindurchgeschickten Strommenge.
■ Der vorliegende Apparat besteht nun im wesentlichen aus einem solchen Gefäfs. Durch dasselbe wird, wie oben erwähnt, nur ein kleiner Theil des zu messenden Stromes geschickt.

Damit bei verschiedener Stärke des Hauptstromes immer derselbe Bruchtheil desselben durch den Apparat fliefst, mufs der Widerstand des letzteren von den Schwankungen des Hauptstromes unabhängig sein, d. h. die Polarisation im Zähler mufs vermieden werden. Dies wird in praktisch genügender Weise dadurch erreicht, dafs die Elektroden aus einem im Elektrolyt unter Strom löslichen und daraus durch den Strom leicht fällbaren Metall hergestellt werden, und zwar wird der Elektrolyt vortheilhaft eine schwach angesäuerte, ziemlich concentrirte Salzlösung desjenigen Metalles enthalten, aus welchem die Elektroden bestehen, z. B. Kupfer in Kupfersulfatlösung, amalgamirtes Zink in Zinksulfatlösung, Cadmium in Cadmiumsulfatlösung. Auch hierdurch unterscheidet sich der vorliegende Apparat von dem älteren, bei welchem zwei präparirte Bleiplatten oder andere Platten benutzt werden, welche ein Secundärelement bilden, also sich stark polarisiren.

Indem der Theilstrom den Apparat durchfliefst, wird, wie oben erwähnt, die Menge der Flüssigkeit in der einen Abtheilung zu-, in der anderen abnehmen.

Schliefst man beide Abtheilungen vollkommen und verbindet sie nur durch ein mit Luft oder mit irgend einer anderen nicht leitenden FlüssigKeit gefülltes Rohr, ih welchem ein Tropfen einer leitenden Flüssigkeit liegt, so wird dieser Tropfen verschoben, sobald der Elektrolyt durch das Diaphragma von der einen Abtheilung in die andere tritt. Durch die Anordnung dieses Rohres unterscheidet sich nun dieser Apparat hauptsächlich von dem früher beschriebenen, und gerade hierdurch wird die in der Einleitung angeführte Verbesserung erzielt. Es ist nämlich ohne Weiteres klar, dafs, gleiche Menge der von dem Strom durch das Diaphragma übergeführten Flüssigkeit vorausgesetzt, die Bewegung des Rohrinhalts und damit des leitenden Tropfens bei einem engen Rohr eine viel raschere sein wird, als bei einem weiteren Rohr. Durch Verengerung des Rohres läfst sich daher die Empfindlichkeit des Apparates beliebig steigern. Nach Zurücklegung eines bestimmten Weges schliefst der Tropfen einen elektrischen Contact. Hierdurch wird in bekannter Weise ein Zählwerk betrieben und so die durchgegangene ElektricitStsmenge festgestellt. Zugleich wird mittelst irgend eines Umschalters die Richtung des Theilstromes selbstthätig umgekehrt.

Nun spielt sich der vorhin geschilderte Vorgang in umgekehrter Richtung ab; der Tropfen bewegt sich nach der anderen Seite, schliefst dort einen zweiten Contact, das Zählwerk wird wieder in Gang gesetzt und der Theilstrom umgekehrt u. s. w. Die Anzahl der durch das Zählwerk angezeigten Umschaltungen giebt direct den Stromverbrauch an.

In dieser Anordnung, wie die Bewegung der Flüssigkeit registrirt wird, liegt ein weiterer Vortheil gegenüber dem älteren Apparat, indem hier der leitende Tropfen zu seiner Fortbewegung ein Minimum von Kraft benöthigt, während die zum Betrieb des Zählwerks nöthige Energie entweder einigen galvanischen Elementen entnommen oder von dem zu messenden Strom geliefert wird. Bei dem älteren Apparat mufste hingegen die bewegte Flüssigkeit die ganze Arbeit leisten. Die Füllung des Rohres mit einem Nichtleiter hat aufser dem nahe liegenden Zweck, die Contacte bis zur Berührung mit dem leitenden Tropfen geöffnet zu halten, auch noch die Wirkung, die beiden Hälften des Elektrolyts von einander zu isoliren, so dafs dem der einen Elektrode zugeführten elektrischen Strom der Weg durch das Rohr versperrt ist, der Strom also vollständig durch das Diaphragma gehen mufs. Bei der älteren Construction ist dieser Umstand nicht berücksichtigt.

Fig. ι zeigt eine Ausführungsform des Gefäfses mit Diaphragma und Verbindungsrohr nebst Contacten. Das Gefäfs besteht aus zwei gleichen Theilen A¹ und A^ aus den elektrischen Strom nicht leitendem Material in der Form von cylindrischen Büchsen mit Flantschen B¹ B², zwischen welchen die ringförmigen Dichtungen G¹ G² und das scheibenförmige Diaphragma D mittelst der Schrauben S eingeklemmt werden.

Parallel zum Diaphragma sind die beiden scheibenförmigen Elektroden E¹E^ angeordnet, welche von den durch die Aufsenwand hindurchreichenden Schrauben K¹ IC² festgehalten werden. Diese Schrauben vermitteln gleichzeitig die Stromzuführung zu den Elektroden.

Der obere Theil der Gefäfshälften ist mit je einem röhrenförmigen Ansatz R¹R'² versehen, welcher durch einen Pfropfen mit zwei Durchbohrungen verschlossen ist. Durch die eine Bohrung ist ein Schenkel der heberförmigen Rohre U¹ U² hindurchgeführt, während der andere· Schenkel bis nahe an die Unterseite des Pfropfens reicht. Durch die andere Bohrung geht das Ende des Rohres M, welches als Verbindungsrohr zwischen den beiden Abtheilungen I und II dient. An dem horizontalen unteren Theile des Rohres M sind zwei Paar Platindrähte C¹ und C² eingeschmolzen. Zur Füllung der beiden Gefäfshälften dient eine der oben angeführten Lösungen, welche etwa bis zur Linie O reicht. Der untere Theil der Röhren U wird mit Quecksilber gefüllt. In den unteren Theil des Rohres M wird ebenfalls ein Tropfen Quecksilber gebracht. Der übrige Theil der Röhre M und der noch in den oberen Ansätzen R¹ und R'² vorhandene Raum wird mit OeI oder irgend einer anderen isolirenden Flüssigkeit gefüllt, die specifisch leichter als die angewendete Salzlösung ist.

Die Wirkungsweise des Apparates ist aus dem bisher Gesagten in Vergleich mit Fig. 2, welche das Schaltungsschema und eine schematische Darstellung des Zählwerks und des Umschalters giebt, leicht verständlich.

Von den Enden W und V (Fig. 2) eines in der Hauptleitung liegenden kleinen Widerstandes, durch welchen der zu messende Strom in der Pfeilrichtung fliefst, führen Drähte zu vier Contacten eines doppelpoligen Umschalters, welche zu je zwei parallel geschaltet sind, und zwar ist W mit α und δ, V mit β und γ verbunden. Bei der gezeichneten Stellung des Umschalters geht der Zweigstrom von Wonach α durch den einen Schalthebel p¹ und wird durch K¹ der Anode E¹ zugeführt, passirt das Diaphragma zur Kathode E"² und geht durch Κ^,ρ'² und γ an das andere Ende V des Widerstandes, wobei er eine gewisse Menge Flüssigkeit aus Abtheilung I in Abtheilung II führt. Die so entstehende Volumendifferenz gleicht sich durch die Röhre M aus, indem allmälig

der Quecksilberfaden F gegen C¹ zu verschoben wird. Wenn durch" das Diaphragma eine Flüssigkeitsmenge passirt ist, welche dem Rauminhalt der Röhre von C¹ bis C² minus dem Volumen des Fadens gleich ist, wird letzterer die Contacte C¹ berühren. Hierdurch wird der eine der beiden von der Batterie E ausgehenden Stromkreise geschlossen. Der Elektromagnet bei Z wird erregt, zieht seinen Anker an und dreht das Zahnrad R¹ um einen Zahn weiter. Gleichzeitig zieht auch der Elektromagnet H¹ den Anker A¹ an und dreht den doppelpoligen Umschalter so weit, dafs nun p¹ mit β und p² mit d in Verbindung steht. Nun fliefst der Zweigstrom in einer der vorherigen entgegengesetzten Richtung durch den Apparat, so dafs auch der Tropfen F nun in der Richtung gegen C² verschoben wird und bald den Contact C¹ öffnet. Sobald dies geschehen ist, lassen die Elektromagnete ihre Anker los, wobei derjenige des Elektromagneten \ durch eine kleine Feder in seine frühere Stellung zurückgezogen wird, während der Anker des Elektromagneten H¹ unverrückt stehen bleibt. Sobald der Tropfen dann die Contacte bei C² berührt, wiederholt sich dasselbe Spiel, nur mit dem Unterschied, dafs dieses Mal der Elektromagnet i/² erregt wird und durch Anziehen des Ankers Ĺ den Zweigstrom wieder umkehrt.

Durch Anordnung einer Anzahl Zahnräder B? u. s. w. kann das Zählungsvermögen des Zählwerks in bekannter Weise erweitert werden. Statt den Strom für Umschaltung und Zählung der Batterie E zu entnehmen, kann natürlich hierzu auch die Hauptleitung verwendet werden. In. diesem Falle ist die Verbindung so zu legen, wie die punktirten Linien bei E andeuten. Die Röhren U¹ und U'² haben den Zweck, der Flüssigkeit im Innern des Apparates eine· Ausdehnung infolge von Temperj^munahme zu gestatten. Da die' Erwärmung in beiden Hälften des Apparates - cfiesetKeTTst, wird der Sian9aes~QuecKsflbers in den correspondirenden Schenkeln auch bei den verschiedenen Temperaturen, ohne dafs durch dieselben die Lage des Fadens F beeinflufst wird, gleich hoch bleiben.

Als Material für die Gefäfshälften läfst sich auch an Stelle von nicht leitenden Stoffen ein Metall wählen, welches vom Elektrolyten weniger leicht unter Strom angegriffen wird als die Elektroden, z. B. Hartblei. In diesem Falle müssen natürlich die Schrauben 5 von dem Gefäfs isolirt werden, dagegen können die Elektroden in leitender Verbindung mit demselben sein und der Strom wird dann an beliebiger Stelle der Aufsenwand derselben zugeführt.

Der vorliegende Apparat läfst sich in veränderter Schaltung auch dazu benutzen, um die beendigte Ladung und Entladung einer Secundärbatterie anzuzeigen.

Erfahrungsgemäfs ist eine Secundärbatterie dann vollgeladen, wenn ihr ca. 105 pCt. der Strommenge wieder zugeführt worden sind, welche man ihr vorher entnommen hatte. Fig. 3 zeigt die für diesen Zweck bestimmte Schaltung. In einem Theil der Leitung, welcher sowohl bei Ladung als auch bei Entladung vom ganzen Strom durchflossen wird, liegen in Hintereinanderschaltung die beiden Widerstände W Fund VN, die sich wie 95 : 5 verhalten, W ist mit der einen Elektrode (E¹ in Fig. 1) verbunden, während die andere Elektrode mittelst eines Umschalters mit F oder N zu verbinden ist.

Der Apparat 'arbeitet nun folgendermafsen: Angenommen, der Faden F stehe bei geladener Batterie gerade am Contact C². Während der Entladung liegt die osmotische Zelle an den Enden des Gesammtwiderstandes WFund FiV und der Faden wird sich eine bestimmte Strecke nach links verschieben, und zwar um so weiter, je gröfser die der Batterie entnommene Strommenge ist. Erreicht diese Menge eine vorher bestimmte Grenze, so berührt der Faden die Contacte C¹ und zeigt so die Entladung bis zu dieser Grenze an.

Bei der Ladung wird durch Umschaltung die Zelle an den Widerstand WV gelegt, der 95 pCt. des ganzen Widerstandes ist. Infolge dessen geht nun ein um 5 pCt. kleinerer Bruchtheil des Ladestromes durch dieselbe. Da dieser in umgekehrter Richtung fliefst, wie vorher, wird er den Faden F wieder an den Contact C² bringen. Hierzu ist nöthig, dafs durch die Zelle genau dieselbe Strommenge fliefst, wie vorher; durch die Hauptleitung ist dagegen eine um 5 pCt. gröfsere Strommenge gegangen.

Sobald der Faden die Contacte berührt, schliefst er den Strom eines elektrischen Läutewerkes oder giebt irgend ein anderes Signal oder bewirkt mittelst eines Relais die Ausoder Einschaltung des Hauptstromes. Die Umschaltung der Zelle auf die beiden Widerstände kann entweder mechanisch .oder selbsttätig in bekannter Weise erfolgen.

An Stelle der beiden hinter einander geschalteten Widerstände WV und VN lassen sich auch zwei parallel geschaltete verwenden, in der Art, dafs der Widerstand der beiden 95 pCt. des einen beträgt. Der Zweigstrom liegt dann bei Entladung an den Enden des einen Widerstandes, während der andere ausgeschaltet ist, bei Ladung an den Enden der beiden parallelen Widerstände. Das Verhältnifs von Lade- zu Entladewiderstand ist natürlich nicht an den Werth 95 : 100 gebunden, sondern läfst sich beliebig variiren und jeder Batterie genau anpassen.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:
   Ein auf dem Princip der elektrischen Endosmose beruhender Elektricitätszähler, gekennzeichnet durch einen in dem die beiden Abtheilungen des Apparates verbindenden Rohre befindlichen Tropfen oder Faden aus leitendem Material, welcher durch die in den beiden Abtheilungen entstehende Volumendifferenz so verschoben wird, dafs er je nach seiner Lage das eine oder das andere von zwei in das Innere des Rohres ragenden Contactpaaren schliefst, zum Zweck, ein Zählwerk in Gang zu setzen und die Richtung des durch die osmotische Zelle fliefsenden Stromes selbsttätig periodisch umzukehren.
2. 2. Eine Ausführungsform des Apparates nach Anspruch ι zum Zwecke der Verwendung als Lade- und Entlademelder von Sammelbatterien, wobei durch den Flüssigkeitstropfen irgend welche Signale in bekannter Weise ausgelöst werden, sobald eines der in Anspruch ι erwähnten Contactpaare geschlossen wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.