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Elektrolytische Zelle Die elektrolytische Zelle, die durch Patent
410772 geschützt ist, hat einen Trog aus Zement, in dessen Wand zwischen
den Gebieten, die von den Arbeitselektroden berührt werden, Metallschichten als
Zwischenelektroden eingebettet sind, die sich polarisieren und durch die elektromotorischen
Kräfte der Polarisation dem elektrischen. Strom die Bahn in der Trogwand sperren
-sollen. Diese Wirkung tritt auch tatsächlich in so hohem Maße ein, daß die Zelle
mit Reihenschaltung der Elektroden wie die nach dem Filterpres enprinzip gebauten
Zellen betrieben werden kann, wobei sie aber diesen Zellen gegenüber den Vorteil
der einfacheren Wartung bietet.
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Bei dieser Zelle wirkt der Zement des Troges mechanisch in doppeltem
Sinn auf den Elektrolyten. Er bildet als geformte Masse mit °Unterstützung der Metalleinlagen
eine festen Behälter für die arbeitende Elektrolytmasse, und er bildet als Masse
einen Träger für eine gewisse Menge des Elektrolyten, die in seine Poren eindringt.
Die Wirkung der Zwischenelektroden, die in den Zement eingebettet sind, hat offenbar
diese zweite Wirkungdes Zementes zur Vorbedingung-, die Behälterwirkung des Zementes
ist dafür ohne Bedeutung. Es ist eine Schaltung der Arbeitselektroden und Anordnung
der Zwischenelektroden gefunden worden,- die es möglich macht, auf die Ausnutzung
der Behälterwirkung des Zementes zu verzichten. Diese Erfindung erlaubt es aber
auch, die Verwendung des Zementes als Träger deseingesaugten Elektrolyten einzuschränken,
schließlich auch darauf noch zu verzichten und einen Trog mit einer für den elektrischen
Strom undurchlässige. Wand nur aus Metall und Elektrolyten aufzubauen.
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Die Erfindung besteht ihrem Grundgedanken nach darint, daß von den
Stromzuführungen einer Reihe von; Arbeitselektroden die eine an die Mitte, die andere
an beide Enden dieser Reihe angeschlossen wird und alle Paare von in der Trogwand
liegenden, vom Elektrolyten benetzten deren Glieder von der Mitte der Arbeitselektrodenreihe
gleichen Abstand haben, metallisch leitend miteinander verbunden werden.
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Der Verzicht auf die Behälterwirkung und schließlich auf die Verwendung
des Zementes überhaupt wird dadurch ermöglicht, daß die metallisch leitenden Verbindungen
zwischen den gleich weit von der Mitte der Arbeitselektrodenreihe abstehenden Zwischenelektroden
als Mulden aus Blech ausgeführt werden, und daß das ganze System der Zwischenelektrodmi
und
Mulden in einen Blechkessel gesetzt wird.
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Abb. i ist ein schematischer Querschnitt der Trogwand, der mit Abb.2
des Patents 4 i o 7 7 2 übereinstimmt.
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Abb. 2 ist ein gleichartiger Querschnitt, der aber die Arbeitselektroden
gemäß, der Erfindung geschaltet und die Zwischenelektrode gemäß der Erfindung metallisch
leitend verbunden zeigt.
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Abb.3 ist sein Vertikalschnitt seiner Zelle mit einem gemäß der Erfindung
aufgebauten Trog. Der unter der Geraden A-B liegende Teil der Abbildung kann auch
als Horizontalabschnitt der einen Hälfte,der Zelle aufgefaßt werden.
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Abb. 4 ist seine perspektivische Ansicht eines aus zwei Zwischenelektroden
und :einer sie verbindenden _ Blechmulde bestechenden Elementes des Troges der Zelle
von Abb. 3.
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Abb. 5 ist ein vergrößertes Profil der Führungen für Arbeitselektroden
und Diaphragmen der Zelle von Abb. 3.
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Abb. 6 ist seine p4#rspekdvis!che Ansicht einer als Abstandhalter
dienenden Winkelleiste .aus Isoliermaterial.
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Abb. 7 ist seine perspektivische Ansicht eines Teiles ,eines Muldenbleches
mit einem daran befestigten Abstandhalter .aus Isoliermaterial.
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Die Abb.8, 9 und io sind schematische Bilder verschiedener Verbindungen.,
von zwei gemäß der Erfindung gebauten Zellen:.
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In Abb. i sind ,2 Arbeitselektroden, d Diaphragmen. Die in den Zement
C der Trogwand t eingebetteten Zwisichenelektroden, z sind aus T-Eisen. hergestellt.
Ihre Köpfe liegen an .der vom Elektrolyten bespülten inneren Seite: il der
Trogwand und bilden eine @e7ehrung für den Zement, die nur zwischen jedem Paar der
Zwischenelektroden feine Rille zur Aufnahme einer Arbeitselektrode oder eines Diaphragmarahmens
frei läßt. Die Arbeitselektroden sind so geschaltet zu denken; daß im Betrieb das
Potential in einer Richtung, z. B. von links nach rechts, von einer Arbeitselektrode
zur anderen fällt etwa wm 2,4 Volt; somit: jede Arbeitselektrode auf ihrer linken
Seite Kathode, auf ihrer rechten Seite Anode ist. In der nach praktischer Erfahrungen
angenommenen Spannung von 2,4 Volt zwischen benachbarten Elektroden ist die Zersetzungsspannung
von etwa 1,7 Volt und ',ein Spannungsabfall von 0,7 Volt im Elektrolyten
.enthalten.
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In Abb.2 ist eine Reihe von z. B. fünf Arbeitselektroden Ea, El, E2,
@el, e2 und vier Diaphragmen Dz, D2, dl, ,eh dargestellt. Der Strom wird der mittleren
Elektrode, E, zugeführt. Er fließt in zwei Zweigen nach entgegengesetzten, durch
die Pfeile P und p angedeuteten Richtungen nach den letzten Elek- i troden ,E;,,
bzw. e2 der Reihe. Von ihnen wird er, was die Pfeile Q und g andeuten sollen:, abgenommen,
entweder durch metallische Leiter, die dann außerhalb der Zelle miteinander verbunden
werden, oder durch die Elektrolytmassten, die die Elektroden E2 bzw. _e@ benetzen,
wenn sich an die gezeichnete Reihe der Arbeitselektroden rechts und links noch weitere
Glieder anschließen.
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Unter diesen Voraussetzungen nehmen irr Betrieb die Elektrodes E1
und e1 das Potential K- 2,4 Volt, die Elektroden E;; und e,, das Potential l( -
4,8 Volt an, wenn die mittlere Elektrode Eo auf dem Potential l( gehalten und ein
Potentialabfall von 2,4 Volt von Elektrode zu .Elektrode :eingestellt wird.
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Dabei nehmen .die im Zement C der Trogwand t liegenden Zwischenelektroden,
die gleich weit von der mittleren Arbeitselektrode Eo entfernt sind, gleiche Potentiale
an. Sie können darum ohne Störung des elektrischen Zustandes des Systems metallisch
miteinander verbunden werden. Beispielsweise, können also die Zwischenelektroden
Z1 und z1, die neben der mittleren Arbeitselektrode Ep liegen, durch den Leiter
Ml, die nächsten Zwischenelektroden Z2 und z2 durch den Leiter M2, die anschließenden.
Paare von Zwischenelektroden fortschreitend durch die Leiter M3, M4, M5 mteinander
verbunden werden.
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Auch diese Verbindungen können in Zement :eingebettet werden, wie
es in Abb. 2 angedeutet ist. -Bei -der ausgeführten Zelle sind die Zwischenelektroden
oben offene Spanten. Denkt man sich die Verbindungen: Ml-, M2 usw. als oben offene
Mulden aus Blech ausgeführt und jede an die beiden zugehörigen Zwischenelektroden
dicht angeschlossen, nimmt man ferner an, daß @ die letzten Spanten Z5 und z5 der
Reihe durch Bleche B und b ver-
schlossen werden, so erkennt man, daß
dem Zement seine Aufgabe, Behälter für die arbeitende Elektrolytmasse zu sein, abgenommen
worden ist, weil nun die äußerste Mulde M5 zusammen mit den Spanten Z5 und z;, und
den Blechen, B und b einen. geschlossenen Behälter bildet.
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Der 'Zeinent hat jetzt nur noch die Wirkung, Träger :des eingesaugten
Elektrolyten zu sein rund dadurch die Polarisation der Zwischenelektroden, zu denen.
nun in -elektrischer Hinsicht die Blechmulden Ml, M2, M3 usw. gehören, zu exmöglichen.
Diese Wirkung ist aber ausschließlich durch die Anwesenheit des Elektrolyten bedingt.
Der Zem,ent als solcher ist dabei' unbeteiligt. Man ,wird darum diese Wirkuni auch
erreiclhen, wenn man dein, 'Zement durch einen Elektrolytkörper ersetzt und nur
durch Anordnung von Abstandhaltern- aus festem Isöhermate1-ial,beispielsweise Asbestzement,
dafür sorgt,
daß die Metallteile ihre richtigen gegenseitigen Lagen
behalten.
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Die in Abb.3 dargestellte Zelle ist nach. diesen überlegungen -entworfen.
Die spantenförTnigen 'Zwischenelektroden Z, bis Z, z, bis z, sind aus Rohren zusammengesetzt.
Die Weite des Rohrprofils, in der Spantenebene gemessen, nimmt von der Mitte der
Zelle nach den beiden Enden hin zu. Die Blechmulden M, bis M, sind aus ebenen Blechen
gebogen oder zusammengesetzt und so, wie Abb. 4. es zeigt, mit den beiden zugehörigen
Rohrspanten in metallischer Berührung einfach zusammengefügt oder durch Schweißung
zusammengeheftet. Die so gebildeten Elemente der 'Zelle, die je aus zwei Rohrspanten
und einer Blechmulde bestehen, werden durch: Winkelleisten w aus Zementasbest oder
einem anderen Isoliermaterial, beispielsweise Hartg urnmi, in ihren richtigen gegenseitigen
Lagen festgehalten. Gegenseitige Berührung der Muldenbleche wird durch flache Leisten
1 aus --festem Isöliermaterial verhütet. Das ganz-System von Zwischenelektroden
und Mulden ist in den Blechkessel F mit den Stirnwänden F, und F. und dem Boden,
F., :eingesetzt. Das äußerste Element der Zelle, das aus den 'Zwischenelektroden
Z, und z-, und der Mulde M, besteht, ist ebenfalls durch Winkelleisten w und Leisten
1 gegen den Kessel F abgestützt.
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An die Schenkel der Rohrspanten sind Winkeleisenstücke g angeschweißt,
die einer Dichtungsplatteh aus Asbestgewebe an den Seitenwänden der Zelle als Lager
dienen. An den Stirnwänden F, und F= des Kessels sind für den gleichen Zweck die
Winkeleisengesimse i angebracht. Im freien Raum stützt sich die Dichtungsplatte
auf die - Gesinnse n an den oberen Rändern der Arbeitselektroden und o an. den oberen
Rändern der Diaphragmarahmen, wie es in der linken; Seite der Abb. 3 gezeichnet
ist. Die Teile n, o, i und g tragen auch die Gassammelglocken r.
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Der Strom wird der mittleren Arbeitselektrode Eo, die auf beiden Seiten
Anode ist, zugeführt und vom Kessel F, dessen Stirnwände F, und F. die letzten-
den Elektroden Er, e_ von Abb. z entsprechenden Kathoden sind, wieder abgenommen.
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Die hohlen Zwischenelektroden sind zur Aufnahme und Führung eines
Kühlmittels bestimmt. Sie können aber auch der Zirkulation des Elektrolyten dienstbar
gemacht werden, indem, wie in Abb. .l an der 'Zwischenelektrode z.1, gezeigt ist,
in den Schenkeln. unter den Winkeleisen g und im Bodenteil, Öffnungen s angebracht
werden, die dem Elektrolyten oben den Eintritt und unten den Wiederaustritt ermöglichen.
Die Rohre müssen dann oben bei ra verschlossen sein. Für die Abdichtung der- Arbeitselektroden
und I>iaphragmen gegen die Zwischenelektroden sind die inneren Ecken der Rohrprofile
ahges@,lirägt, so daß zwischen benachbarten Zwischenelektroden, z. B. Z, und
Z., (Abb. 5).
-ine keilförmige Rille entsteht. Der `Rälnn:en des Diaphragmas
Dl, das zwischen den Zwischenelektroden Zn und Z1 sitzt, ist so geformt, daß er
außen ebenfalls eine keilföhnige Rillte bildet. In die beiden Rillen wird ein, Dichtungskörper
eingeführt, der aus der 8-förmig gebogenen Stahlblecheinlage v und dem darübergeschobenen
Schlauch x aus Asbestgewebe besteht. In gleicher Weise werden alle Arbeitselektroden
und Diaphragmen gegen die Zwischenelektroden abgedichtet.
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Die Winkeleisen iv sind stellenweise bei w' (Abb.6) ausgenommen. AusnehmungenL'
zeigen auch die Leisten1 (Abb.7). Diese Ausnehmungen haben den Zweck, dem Elektrolyten
eine gewisse Zirkulation zwischen den Muldenblechen M1, M. zu ermöglichen.
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Die Winkelleisten iv werden durch dein Druck der benachbarten Metallkörper
in ihren Lagen erhalten. Die Leisten l hingegen müssen gesichert- werden. Dies kann
mit Hilfe von Blechlappen y (Abb. 5 und 7) geschehen, die an die Muldenblcche
angeschweißt, mit ihren freien Enden durch Löcherli der Leisten 1 gesteckt und schließlich
umgebogen werden.
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Beim Aufbau einer Batterie aus solchen Zellen kann die mittlere Elektrode
EO jeder folgenden Zelle an. den Kessel F der vorhergehenden Zelle anb schlosseng
werden. Dann ist in allen Zellen der Kessel Kathode und darum gegen Zerstörung mehr
gesichert, als wenn er Anode wäre. ES ist aber auch möglich, zwei Zellen, wie in
Abb. 8, so zusammenzuschalten, daß bei der zweiten der Kessel Anode, die mittlere
Elektrode Kathode ist. Das System der Zwischenelektroden und Mulden ist in dieser
und den, folgenden Abbildungen sinnbildlich durch die zu den Elektroden senkrecht
verlaufenden drei Striche von nach außen zunehmender Länge wiedergegeben. Bei der
Anordnung nach Abb.9 sind die beiden Kessel= der Anordnung von Abb. 8 miteinander
vereinigt. Hierdurch wird eine der Kesselwände erspart. Bei der An- i ordnung nach
Abb. io ist die Vereinigung in anderer Weise ausgeführt. In diesen; Fällen ist der
Kessel teilweise Anode und teilweise Kathode.