DE1558735A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aktivieren einer elektrolytischen Zelle - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstrawe

Anlage

zur Eingabe vom ^ c 4 <■ 1 9 C 7 ~K'&

Aktenzeichen

Name d. Anm. I^AA'J IC^T OliJj U

oo Park Avenue

iavi?:n.ven und Torriet:tun-5 sum Aktivieren einer elektrolytisches Zelle =

In einer älteren Anrnelduaj ist bereits Descnrierjan voraei, dass ein elektrisches isld, v/oicnes eine ausreichende ^cn^ellsvertkraft und Energiemenge aufweist, die n.Der unter einem ^aziüium lie^'t und ei':3ii Spitzen-i^rt aat, der den Durchurucnsrert dar ycnmelzhöhe nicat ^:ioerst3X;3t, una ν clones eine kurze Ans tie ^s zeit hat, einen ;/33cniri0lzeaen Elektrolyten aktivieren kann, der in Lösung eine vies entliehe I.^nge Aluinini'Uiiioxyd enthält, so dass die 'Schmelze mit wesentlich niedrigeren Span^un^en elektrolysiert werden kann, mit '•■■eni^er iner'iie pro Ausbeute und mit wesentlich höheren ierti^ungs gescirinoigKeitene Ein restiicner kristalliner "ustaad in der jcn."!^lz3 yird aorcri aone elektrische Felder 2'^9:--türt uad es wird ein jiin^rjiezustand ^escjnvffen, der zur 3iidun >; von zus^:itzlichen loae·. f'iiirt, zur Biiauav von Oji.y-'iadik'-j.len und au einer K^tten-

uin 'j.i-3 ii'fekte der el i/A.v'v.-'ia^a ^'.lder .'ieusrnoit '-.vz/L^Liü zu .-iünne^c, uiese ^iT-üite de:^ Hi^^hrlz^win beides L'dnrea 'iu -jineru ai'jrkoar^n Anstieg des produktiven ijtro.iaes pro riiei'troi./uler-

55I υ 52/1

I liegt in der /· roer'.erun-- u<bü fjiiS und der '/orrion t>xn-i zum Anti/ioreo 'l'-,'r ο::ϊΐ/ίΐ^1ζβ.

00Ö830/038S _BAD

uie ■JMuptg.af.i'abe der Wrfi

Insossondere betrifft aie ürfindun^ eine Aktivisruu"· aer ocmnel/.i aurch Anlege.ι von eieKuri^cnen Impulsen mit aoaer ij:< .:-gie, vi 9? De reit:-· vor"^-e^c cnla^en "".'urde, haarend vergleich?; ^iee ei:ie hönere Ini-ulsfolj/e-i're-iaenz, Impaieo <rit vergleicnsviise kürzerer D-juer oder Impulse mit Verbleiensweise hüherer ifan verwandt '-.'erden, ale dies vorgehe α lage η ^a

Die Erfinaun^: betrifft '-eiter eine 7sroesserim^; dee ^/iriiLui^ vraaes beim Anleger, der ünpalt-e uaa zwar nur cn die ^'orm und die Anordnung der Elektroden.

Die Erfind äug, öetrifft /eiter dij An-iennu-i- von ^!i^r^is iu von elektromagnetischer ^trsnlun^· zur AKtivierua^, uer Schi;;el^

Zusätzlich betrifft die ürfin^uny aie Wieder^ewitmuu^; von v'.^;ru,eenergie aus der Schmelze v/ia auch aiks elei-ctrischen LoertrHgun^everlusten in Sezu^ auf die Schiuelze und die Anwendung der wiedergewonnenen iner^'ie zur '!irzeugun^ von zus^rit^lionur el.¹» triti.'.ier Energie,

JJie Erfindung betrifft .oiter eitie Verbesserung der o-iviti- vorgeüchla.^onen Impft-jennik duren -Zubereitung von siktivterten¹ l·. terial bei normalen Um^ebun^stemperatciren aurch die Atrvpadung von Strahiunv;, niecti miTcher Durch brechung und der,-;le iotiep., und die anpchlieoüende V> r-endun·'; des akLivlerten ^ tf rials ..um Impfen einer Schmelze·

Die Wrfindun^; betrifft weiter eitie Very ro^serutv:; dej H /,wL^üneii dem unto run ochwellwert und dein Maximum, um damit bei

BAD O«GINA|. _;

aer AnitivieravVi eiaeii .grösseren Spielraum ζλ rr-ieiten«

Γ... -sirier eriindua.;jⁱ; gelassen Aua führungshorn: aer Vorrichtung Uii-ΐί des 7er-.anrens '.-.'ird eine Ak. t !Vierung unter l·^ c-ewyau^ von '/■•-\\?l9iciiG".-.'eiss non-en Impulsen aus Sasryie -aelleia erzielt, crJe eine veröleicne^ei3e niedrige Speicnerisapa^ixit aab=·.!» -iusHtsj.icn laso-en sich fir ο ie Impulse eriidiite 'i^ennLmgeri verwenden, die aie des Tor^onlT-res oei •'■/eixen¹ über;i:ei je.:, ^ähre-ic die livvulsäaaer ^ieicaieitig stark geicürst .-irdo /«aiter lassen ;icn kurze Aüicnnitte der jferioö.e eines Ii.--.palsas durcn "iehslter oder dergleichen i'J.r aie iktivieru-ig eini^tiieiis

lii einer ;-?niex'en Aus führ an ssf orm der Erfindung veräeii riiliseL's^troden. ^um iiÄtivieren der a^ihiuelze ir., vor_:.swebens^ iformen ■-. t^eLi±d?t, 'lii- jie .. inr^an-binlicnneio rsaa^ieren, α·;ε& aie i-^r^iegrerisen De im Aitiivieren aer "iann >rlz3 Uoei'3 anritten ■-■r-raen* iuskitzlicn lässt sicn ale Konstru^iion aer eriindungsr-s:ii^:^3en Tor richtung; in oestinurtea i^ilien vereiniv-ü-ieü, inde:-. .:-^!j.n lilxH^.o^eleA.¹.roaen d/.u^rnaft in der ^eIIe einoaao una

ie ώ·.-1ΐν·^ηί j

I:j ίί'ί'ϊΓ ii, ^'^; Lalic.e-'a. JUif inr in^oform der erii i; .a T.^K^s /orric.--.tun^{i;i ;}wm de-> «x'iiauu-i ■s'fe'r/'v ΐ-'ο /-L".:-; λ reu-' ^vix"'"i si .-L λ \vo^rh--x ΐύ/ίΧ,ϊ:. ο.Ίβ Otrar: Lui /, -.Le :ö_o ;„ ei-e -.itri.mltWk· Dei /re i'a-^nzeij, 'j ie ev.-zy 1·ΐ· l-jii ro · u Leni'"ivi^r"i de.·- ^lt.-vt LOiia-^x ¹ ι. -o.'i^n ^trsnLa^y ^vei;tr"j.u'3 lj e---.»·'!, ^ < ».· .;',f. livi ^u j¹· tier o 7 ; r"·':?.'. J Ό t ''.J ·: 1.''.,I. !.'j-i ,i --■■- '.Si" ,U¹I, , .1. -i.ii:: ti'¹ i"r^ Liont ,..;^r:·,', :;ii¹, j'-·.·;!¹ α.π!,'-.·, i. t'■ t, ·, ·. ^,'if.-lj-.- , 1-r .. „ τ·· ■-.. . ■ ■ 1-xü

BAD

009B30/03GS

vorrichtungen, optischen Masern, Lasern und dergleichen verwandt werden« Zur Aktivierung der Schmelze kann auch Strahlung aus Neutronenquellen, Grammastrahlung und Röntgenstrahlung verwandt werden_e

In einer anderen erfindungsgemässen Ausfunrungsform werden 7/arme tauscher zur Wiedergewinnung von ■ λ ärnie energie aus der Schmelze und den elektrischen Übertragungsleitungen verwandt, die der Zelle zugeordnet sind, und die V/armeenergie wird anschliessend auf die thermische Energiequelle zurückgef'dnrt, die die Elektroenergie für die Zelle erzeugt.

In einer weiteren erfindungsgemässen Aasfünrungeform wird Material, das bei Umgebungstemperatur aurch mechanischen jruch, durch strahlung una dergl« aktiviert v/ord^n ist, als i: te rial zur A&tivierumr einer Scnzrelze verwaaat, ν/ο τα das aktivierte !■■ '-teri'?.I ia diese ein-e;euer: ^T-ircu

In ei μ ir sMerer. z^f i^lun y -^enaäoaen Au-3f 'inraa^siOE ^: ira ^e:¹ ^chveil. ert uurcn Zae'itze fir den .iiluiitro^yt, di" dessen λχ~ elektrische ii.a^vi2ta„te emönen, a-3re.O~_e:^tzt, orw·? '^r.-:. oie I'sxima dacei eniijirecnena rierocgeaetit -.-^L^en.

Am Jeiöjiisl der in der .,eicnnuag y;ei.ei ~ien A^t^:-£".l·.: ¹J^-Ji..-;3Γοι-^.eii wird die .airfinduu«· uau waiter ceschri^L-ca. In aer .ieic.i.ua^ ist:

figur 1 eine schema ti;? ehe ΰ ^jr« tellur -;· eine t¹ /-.irricituu^: zum

.i'a oinar '.*c.i.riol;je iti -'i ?r ^.L^.t-'olyti -.M^ ι -Lie, fiOfiflStWAa*« BAD ORIGINAL

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Hilfszündelektrode zum Aktivieren einer in einer eleKtrolytisciisn Zelle befindlichen Schmelze _s

Figur 3 ein Schnitt durch eine 'Ausfdhrungsform einer Hilfselekti"ode_?· die zum Aktivieren einer Schmelze aus geschmolze nem Balz verwandt i^i

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Vorricntung zum ■ . Aktivieren einer Schmelze mit einer .öinricntung zum herausziehen von VJariaeenergie aus der Vorrichtung,

- Figur 5 eine schematische .Darstellung einer Vorrichtung gemäss der iürfindung mit mehreren Hilfselektroden und mit einer in Begmente unterteilten Elektrode, "

Figur 6 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Aktivieren einer Schmelze mit einer Hochfrequenzenergiequelle,

Figur 7 eine senematiscne Darstellung der Vorrichtung zum Aktivieren einer Schmelze mit einer Str,ahlungsenergiequelle,

Figur 8 eine graphische Darstellung der Auswirkung eines Impulses auf die LeitfahigKeit der Schmelze während der wenigen Sekunden, die dem' Anlegen des Impulses unmittelbar folgen und unter weiterer Darstellung des optimalen Zündzeitpunktes f^:ir den näen^ten Impuls,

Figur 9 ein teilweiser Horizontalschnitt unter Darstellung von zwei Z^;indelektroden_? von denen beide praktisch recntyinklig sind und aufeinander zugerichtet sind,

figur 10 ein teilweiser Vertikalschnitt einer eleictroly tischen ■ Zelle unter Darstellung der ZlindeleKtroden aus Figo 9 im "Verhältnis zu der Schmelze und der Zelle,

figur 11 ein Vertikalscrräitt durch eine Zelle unter Darstellung der für iimner eingebauten Eilfszündelektrod'en,

figur 12 ein Vertikalschnitt durch die Hilfszündelektroden aus fig. .11,

figur 15 eine Seitenansicht auf eine zusätzliche Ausfünrungsform einer Hilfszündelektrode und

figur 14 eine graphische Darstellung der Höhe der relativen Aktiviert rung in Bezug auf den Wert der Kernbildungskraft»

Gemäss dem bereits erwähnten Vorschlag kann eine Schmelze unter Verwendung der in fig. 1 gezeigten Vorrichtung aktiviert werden.

In fig» 1 wird die elektrolytische Zelle schematisch gezeigt und trägt das Bezugszeichen 10. Die Zelle 10 ist von üblicher Bauart und weist eine Auskleidung 11 aus Kohlenstoff auf. Sie enthält das erhitzte Bad 12 aus gescnmolzenem Kryolith-Aluniiniumoxyd, das

auf einer Temperatur von etwa 1000° 0 gehalten wird. Diese Teinpe-

BAD

ratur wird-durch-die Verbrennung der Kohlenstoffanode und durch die 'Verluste, erzeugt, die heiin Durchtritt des Stromes durch das Bad'auftreten* Die Kohlenstoffelektrode 13 befindet sich in dem Bad 12« Die Kohlenstoffauskleidung der Zelle IQ . "bildet .die-, zweite !Elektrode 11» Beide Elektroden 11 und 13 sind an eine Quelle mit niedriger Gleichspannung- von etwa. 5 T angeschlossen,"Z₀Be an den' in iig«, 1 gezeigten Generator

Eine Impulserzeugerschaltung 15 ist an die Zelle 10 und deren elektrische Schaltung angeschlossen» Ein Aufwärtstransformator 16 ist mit seiner Primärwicklung 17 an eine übliche (nicht gezeigte) Spannungsquelle 'angeschlossene An. der - Sekundär seit e' 18 des Transformators 16 liegt ein Gleichrichter I9o An den Ausgangsklemmen 20 und 21 tritt damit eine Halbwellenspannung auf« Zwischen den Ausgangsklemmen 20 und 21 liegt ein Kondensator 22« Die Kapazität dieses Kondensators reicht aus, um die Energie eines Impulses zu speichern«, Für jeden Quadratzenziineter Fläche der-Elektrode kann die Kapazität zwischen etwa ein und acnt Mikrofarad liegen· .

Der Regelwiderstand 23 begrenzt die Lade^eschwindigJieit des Kondensators 22* Dieser Kondensator hat eine geringe innere

Es ist ein Ignitron 26 vorgesehen» Die Kathode 11 liegt am 7erbirj.dungsp.unkt zwiecnen Widerstand. 23 und Kondensator 22« Die Kathode ist wahlweise über die Primärwicklung 27 des Ab-

v/UrüStransformators 28 an den anderen Pol 21 des Kondensators BAD O?«GINAt

angeschlossene Das Gitter 24 des Ignitrons 26 wird durch übliche. " Mittel auf eine passende Vorspannung gelegt, z«B. mit Hilfe des Relais bezw» der Zündvorrichtung 31» über der Primärwicklung liegt eine Neonlampe 32 und zeigt an, wann der Primärwicklung Impulse zugeführt werden» Im folgenden wird noch im Einzelnen beschrieben, wie dies geschient» Die Sekundärwicklung 33 des Abwärtstransformators 28 ist an die Elektroden 11 und 13 des Bades VZ angeschlossen«. Eine Sieodrossel 35 liegt in dem ITiederspannungskreis uno. schützt den Gleic.iEpannungsgenerstor 14 vor den Hochspannungsimpulsen, die den Elektroden 11 und 13 durch die Oszillatorschaltung 15 zugeleitet werden« Im allgemeinen weisen d.er Generator und die Generatorschaltung ausreichende Induktivitäten auf,

Gemäss dem erwähnten Vorschlag Kann die Schmelze unter Anwendung der in Pig* 2 gezeigten Vorrichtung aktiviert werden*

Eine Impulsgenerators.chaltung 15B, die der oben beschriebenen annähernd gleichwertig ist, wird auch in dieser Ausführungsform verwandt. Durch Einstellungen in der Schaltung; 1 5B und an dem Abwärtstransformator 28B werden in dem Bad 12B impulse von etwa 1000 bis 3000 V erzeugt» Elektroden 40 und 41 sind über den Transformator 2ÖB an die Oszillatorschaltung 15B angeschlossen» Die Elektroden sind klein und tragbar und können bei Bedarf aus dem Bad 12B herausgenommen werden» .Falls der Kristalleffekt in der Zelle 10B verbessert werden soll, können Hilfselektroden verwandt werden» Diese Hilfselektroden sind den Elektroden 40 und 41 ähnlich« Jedes Hilfselektrodenpaar hat seine eigene Im-

00983Ö/Ö3H BAD ORIGINAL* *·

Pulsenergiequelle ο Ebenso .kann auch eine ganze Hilf selektrodenanordnung aus einer einzigen Energiequelle gespeist werden» .Zur Zuleitung des Elektrolytstromes an die Zelle 1OB wird eine unabhängige Quelle mit niedriger -Gleichspannung benötigt« Der Generator 14B erzeugt die erforderliche EMK₀ Er ist an die Anode 15B ■und die Auskleidung 111B der Zelle lOB angeschlossen, die die ■ Kathode darstellt« Die Elektroden 40 und 41 sind zum Erzielen einer besseren -Oberflächenleitfähigkeit als Litzen ausgebildet» für minimale Reaktanz- sind sie verdrillt (wie in Figo 2.) oder- · koaxial (Pig, 3)« Die Zündspitzen bestehen -vorzugsweise aus Wolfram, Nickel und Mckeilegierungen, w.ie Nickel-Chrom«- Sie können auch aus einem anderen, leitenden, unschmelzbarem Material, wie Platin, Kohlenstoff, Titanborid oder dergleichen bestehen«. Oxidationsfähige Stoffe werden oevorzugt, jedoch insbesondere an den Anoden₀ Die Elektroden 40 und 41 sind noch mit einem.Isoliermaterial 42, wie Bornitrid, isoliert, ausgenommen an den Stromabgatieflächeno Das Isoliermaterial 42 erstreckt sich bis oberhalb" des Bades 12B» Dies verhindert einen Kar ζ Schluss durch heisse Gfase oberhalb des Bades« Die Stromabgabeflächen werden vorzugsweise auf eine Weise erzeugt, die einen leichten Austausch "gestatten. z₀B„ durch Verschraüoen*

Die allgemeine Betriebsweise der oben beschriebenen Vorrichtung zum Erzielen von entweder Mobilität oder Kristalleffekten kann wie folgt beschrieben werden,- y/obei darauf hinzuweisen ist, dass die Erfindung nicht auf diese Betriebsweise beschränkt ist* Bei Anschluss der Primärwicklung \'j des Trans format or s 16 an eine

BAD OTOINAL _AAAi

Spannungsquelle von 440 V wird in der Sekundärwicklung 18 eine sehr hohe Spannung erzeugt« Diese Spannung wird durch den Gleichrichter 19 gleichgerichtet und über den Regelwiderstand in Form von Halbwellenimpulsen dem Kondensator 22 zugeleitet ο Der Widerstand 23 wird z.B„ so eingestellt, dass sich der Kondensator 22 genügend rasch auflädt, so dass die .Meonlampe 32 zum Erzielen des unten beschriebenen Mobilitätseffektes alle 0,5 Sek, einen Blitz abgibt, oder sechs Blitze in 5 Sekunden, um den ebenfalls weiter unten beschriebenen Kristalleffekt zu erzielene Die Zündung lässt sich so einstellen, dass sie immer bei auf volle Spannung aufgeladenem Kondensator erfolgt» Hierzu wird die Vorspannung an dem Zünder entsprechend eingestellt' oder durcn Regulieren der Entladung durch, die Zündung des Zünders über den Zeitschalter 31·

Durch die Aufeinanderfolge dieser Halbwelleniapuise wird der Kondensator 22 auf eine vorgewählte Spannung aufgeladen, bei der das Betriebspotential des Ignitrons 25 erreicnt wird, d:>e von der Vorspannung bestimmt wird_? die über die Zündseitschaltung 31 an den Zünder 24 angelegt wird« Dies bewirkt die Zündung oder Leitung des Ignitrons 26, so dass sich der Kondensator über das Ignitron 26 und die Primärwicklung 27 des Abwärtstransformators 2ö entlädt, wodurch ein Hochspannung impuls eraeu^t wi welcner der Sekundärwicklung 33 und von dort den tilektroden 11 und 13 oder 40 und 41 (siehe tPig» 4) zuget'ünrt wird· In einer abgewandelten Ausführungsform wird der Transformator 28 wegge» lassen oder überbrückt und der von, dem Kondensator 22 abgegebene Strom wird den Elektroden 11 und 14 oder 40 und 41 unmittelbar

BAD

0QiÖ30/ö3de -ic-

zugeführt» Das sich abwechselnde ,Aufladen und Entladen des densators 22 erfolgt mit einer 3-eschwindigkeit, die durch Einstellen des Regel^iderstandes 23 und des Zeitmecnanismus 31 bestiiiiiiät ϊ-irdο Die Impedanz der Sntladebahn ist so, dass sich ein scharfer Impuls erzielen lässt, so dass etwa 90 φ der in den IConciensatoren gespeicherten üriergie in etwa einer Mikrosekunde (eierie ?ig. 2) abgegeben, wird» Der Ivondensator 22 ist so bemessen^ dass er dem i3aa 12 denjenigen Btrom zur Verfügung stellt_s der i'dr eine xiocnspannungsentlaüurig durch aen ausserst ,niedrigen widerstand des geschh^olzeren Salzbaaes erforderlich

In der iB-JüJLegerjeratorscnaltung Jionrien induktive oder magnetiscne 3x.eicnerniittel verwandt «erden* J5ei .7er;enöung der er-. "'indungsgemessen Vorricntung fur inehrers ele^troly ciscae Zellen , ü'-r-in üi?.ri ^irien xleicnspannungsgener^tor und eine Sch'/'ungradocasltvorric-itun^ (tdcirt äar>'"estel-Lt) vermeiden, uai den -Strom aen Scnaitrüiiren aaaiittel'biir zuzafünren. Zeitlich ^ Arien diese ;rit eiae:ü 'ioz-i tioa-s-sc'.·.l^sr oO (·ί¹⁴· .» 6) s./ncaroaiiiert e^i'n» "JiV Jen·. ] t3r oü i.-r-t, *.'le di^e im folgen ten .'.'.o^ii näh sr erläutert .ird.; an nie /.ilLen-iü aageschlossene

-i-£° 4 zei'-it eine .3o:ialt ¹JLiJ^₉ die sur .docnspa-iiTun;-;--⁵zündung eine Hilfsanode 140' auf^:*.eiut« Die ,lilfsanoae i-st nicht unmittelbar an die λieaerspannungequelle angescnlosseiic oie \Ί±τά von der Seitundärseite des Impulstränsformators 12ö gekündet _s obgleich sie a.uch in der -icnqltung von FIg₆ 7 verwandt werden kann» Bei der Verwendung der .Vor ricntung von .Jj¹I*.. 9A η at sich herausge-

~ 11 -

stellt, dass es nie at nötig ist, aie iieaerspannangs -./aelle vom Impulstransformator 133 zu.isolieren«

Die Hilfselektrode 148 in Mg» 4 ist vorzugsweise mit einem Isolator 142 ummantelt-. Das h-iterial der ailfselektrode 148 kann amorpher Konlenstoff sein, während das Material des Isolators 142 Bornitrid sein leann. Das jfcterial der Elektrode kann auch ein Metall, wie wolfram sein, dessen Oxyd Dei der Temperatur der Schmelze sublimiert, oder Nickel, welches wirkungsvoller ist, oder irgendein anderer geeigneter Leiter, vorzugsweise ein Leiter, der oxydierbar ist« Die Zelle 110 wird mit gefrorenem Kryolith 163 gezeigt, welc-ies zur Isolation der Seitenwände der Zelle dient» leiter wird sichergestellt, dass der vorgegeoene Spalt zwischen der Hilfselektrode 148 und der ■ Zatriode 111 beioehalten wird. Die Ummantelung 142 verhindert auch überschlage in den ionisierten G-asen unmittelDar oberhalb der Schmelze β In einer anderen Ausführung der Erfindung icann die Hilfselektrode 148 die Form eines Übertragers haben, die der Schmelze die erforderliche Akkustis cne Energie zuleitet _a

In J?ig· 5 wird die Hilfselektrode 14Ca von einem Isolator 142a abgedeckt und abgetrennt* Sie liegt aber in engem Abstand zu den Hilfselektroden 140b und 140c. Sämtlicne Hilfselektroden sind an einen Speicherkondensator 122 angeschlossen und zünden über das Ignitron 126« Mit Hilfe der Zündvorrichtung 131 zünden die betreffenden Z'inder 124 praktisch alle im Gleichgang»

- 12 -

Fig* 5 zeigt aaoh Hilfselektroden I43a-I4'3e, die die Zelle mit - Abstand umgeben und von einer oder mehreren Hochspannungsquellen . gleichzeitig oder nacheinander'gezündet-.werdeil» Diese zusätzlichen Hilf se lektr öden können erwünscht sein, wenn' man mit den ■ Kurzzeiteffekten betroffen ist, die bei den niedrigsten Aktivierungspegeln verfügbar sind_D Die ü-ruppe i40a-i40c ist ein System, um eine Zündelektrode in mehreren isolierten Abschnitten zu befestigen* Damit erfordert jeder Abschnitt einen-kleineren Scnalter und stellt einen höheren-testwiderstand dar* Bei einem solchen System werden die Sehalter gleichzeitig ausgelöste

Beispiel I

Dieses Beispiel-erläutert die Wirkungsweise der Schaltung von Figo 4· Die Elektrode 14ö besteht aus vier Segmenten (I¹Ig₀ 13), welcne :i'i-80 '/<> Gr-20 /o enthaltene Die vier Segmente sind an einen einzigen Transformator, den Transformator 128, angeschlossen» Die Anod'en 113 werden, getrennt mit zwei schreibenden Strommessern 167 üb erwacht β Damit wird dar Aufbau der Aktivierung von verschiedenen Stellen aus beobachtet«. An dieser Stelle sei. bemerkt, dass mit 15 Mikro. i'arad bei der gleichen Menge Kryolith wie im Beispiel· 5 die Aktivierung erzeugt wurde„ Jedoch wurden sehr viel rae.nr Impulse gezündet, bevor beobachtet- werden konnte_? dass das .-■ Höchste oder überhaupt ein Aktivierungsniveau erreicht wurde ο Die Hilfsanode, war.eine sehr kleine Anode von 0,2 Quadrat^Zolly die auf einen ^Seitenstrom eingestellt wurde, der etwa 0,3 Quadrat-Zoll gleichwertig war» Bei einer Anode dieser (xrösse und einem Speicherkohdehaator von 15 Mikrofarad lag die Zundgeßohwindigkeit bai zwei pro Sekunda ο Eier sei bemerkt, das a die .Zuneige schwindig-

■"· (fs ß (S t\Q) A / ία äiß ^r BAD OrUGiNAL .

keit mit einem Anstieg der Zündanodenfläche heruntergeht» Acnt Entladungen wurden gezündet, "bevor zur Beobachtung der virirung angenalten wurde_β 8elDstverständlich konnte keine grosse Beobachtung der wirkung auf die Miederspannungsanöden von acht Quadrat-Soll jeweils in den vier Sekunden vorgenoauien werden* üis wurde festgestellt, dass der Strom in der nähex'en Anode früner zu steigen begann, als der Strom in der entfernten Anode» Dieser anfängliche Anstieg stellt aicnt die Aktiviei'ungshöhe, sondern vielmenr die Ausbreitung der Kerne der Zvsttenreaktion dar» Die SchocKfront läuft nicht sear weic Die Kettenreaktion beginnt an der näheren Anode» Die AusDrcitiUig der Kette ging jedoch mit einer nur Kleinen zeitlichen Verzögerung vor sicn» Im Endzustand lag üoernaupt Keine /erj-öjeruiig z^ischsn den Anoden vor» dacü mehreren Minuten arbeiteten oaide Anoden bei etwa 120 A pro Anode nach einem Anstieg von et-.·;a 70 A pro Anode» Der ßetrLeot-zustand' stiegt dann fast gleichzeitig auf beiden Messgeräten auf etwa 1200, A pro Anode an. Die d-iuptannäherung von 120 A auf etwa 10ü0 A pro Anode erfolgte in einem Absta-id von etwa eiaer Minute, wobei die nMaere Anode die orste war= Sie erreichten beide 1200 A und Hielten gleichzeitig 12üC A₀ Die Z-iit für den cfesamtanstie·? auf diesen S ta au vom Beginn der Impulse war neun MiauUen_e Die entfernte Anode exits bei dem ijt-infi von 120 A um wenige Miauten nacn. Seide -''icderepan^un^sanoden hatten eine effektive ^iäciie vo:-i etwa -acnfc 4uadr'it-"''-oll. '■5»ο Kg Kryolith mit 4 Ά Aluiiiiniumoxyd befanden ^Ich in dem ιΗά* icht hJchUäse mit einer Gresc!iwindi>VKeit vor» aw-^i px^xo Sekunde wurden mit einem Spalt von 9»5 am gemacht« Die itouieurung war

60 io und. die Anstiegszeit betrug 0,4 Mikro-sekunderu■· Die Zelle · bestand, aas' Siliziumnitrid mit einer Graphitkathode und eingesetzten j$nd"w^:änden_e Die Bndwände wurden.von.der Schmelze durch gekittete Scheiben aus Siliziumnitrid isoliert»

'.•ährend des im Beispiel 1. beschriebenen Versuches griffen die Oxy-Radikale die elektrolysierende Kohlenstoffanode an, so dass die gesamte für die Reduktion erforderliche .Energie nicht von den. elektrolysxerenaen Strom zur Verfügung gestellt werden mussteβ In dem obigen Beispiel wurden 650 g Aluminium in etwa einer halben Stunde wiedergewonnen, so dass sich die Ausbeute in effektiven Äquivalenten des Stromwirkungsgrades auf etwa 160 ^lfo berechnet,, wegen der Abnahme der elektromotorischen Gegenkraft und der ATdnähme inres Betrages und infolge von anderen theoretiscnen Überlegungen wird angenommen, dass sich derrfirkonssgrad des faradischen Stromes in einer aktivierten Scnmelze auf dem Mve^u dieses .Beispieles für nur etwa ein .Viertel der Produktivität einstellt, während etwa dreiviertel .der Produktivität auf die direkte Einwirkung der Qxy-R^;.dikale auf den Kohlenstoff der Anode zurückzuführen sind« Bisher hatte man-erwartet,, dass sich der Kohlenstoff nur mit solchem Sauerstoff verbindet, der bereits bei der Elektrolyse entstanden ist«, "'«eiter wurde während des Versuches eine höhere Stromproduktivität bei jgrösseren Geschwindigkeiten erzielte, Da die erhöhte Tür oulenz höherer Geschwindigkeiten im allgemeinen die Ausbeute für die Energieausgaben absenkt, nimmt man deshalb an, dass die Turbulenz erforderlich ist und durch die chemische Re-

■ · '. .. .' ■" .'■ "■■/■■■' - ' - 15" - ■

BÄÖ 0RK3INAL fi λ a β -

duktion mehr als kompensiert wird und dass dies aucn die Tatsache erklärt, dass die cnemisciie Redaktion der Oxy-Radikale als lie'oenerscxieinung der Reduktion durch Elektrolyse Dsobachtet wird«

In dein älteren Vorschlag wird der Energiestatus und dessen sämtliche Vorteile erlä.utert„ Das heisst, dass sicn die uöhe der Aktivierung der Schmelze durch aufeinanderfolgendes Anlegen von hochenergetischen elektrischen Feldern erhöhen lässt« Weiter kann der Energiestatus mit solchen Kitteln beibehalten oder wieder eingesetzt werden. Bei diesem iänergiestatus finden wahrscheinlich einige übergänge von -¹¹S" auf "P"-Bahnen statt. Im wesentlicnen wird jedoch eine akkustische Energiewelle erzeugt, die in einem Frequenzbereich liegt, der nach durchge-

fünrten Berechnungen im Bereicn von etwa 5x10 Hz liegen soll. Me Funktion des scnnellen Anliegens von direkten oder indirekten elektrischen Feldern auf hoüem ilnergieniveau liegt darin, dass diese Schwingung induziert und bis auf ei_ien solchen ,vert erhöht werden soll, dass eine liettenreaction erzeugt wird, mit der die gewünschten Phonon-üJffekte ausreichend lange beibehalten werden» Falls die Phonon-iSaergie ausreicht, um eine Leerstelle zu bewirken, werden zusätzliche Phononen durch das erregende Ion freigegeben und die Kette dadurch fortgesetzt»

Bs ist der Zweck dieser Anmeldung, zusätzliche Entdeckungen zu offenbaren, die sich auf die Verfahren und die Vorrichtungen beziehen, um die Effekte auszunutzen, die erzeugt worden sind,

BAS OfIIoIMAL ~ ^U) "

J «l j» A *

und auch die indirekten 'Mittel zu offenbaren zum Erzeugen der erforderlichen elektrischen Felder und der sich dabei ergebenden Phonon-;f eil en, die für die Aktivierung der Schmelze notwendig sind«

V/ie In dem anderen VoriJCLalag erläutert wird, befinden sich in dem geschmolzenen Kryolith—Aluminiumoxydbad tatsächlich ionisierte Bestandteile, die noch unfrei und in dem Kristallgefüge gebunden sind« Zum Durchbrechen des Krietallgefüges mit der dabei eintretenden Freigaoe von zusätzlichen Ionen können verschiedene Techniken angewandt werden: Temperaturanstieg, ionisierende Strahlung und none opaonuhg. Zum Erzielen der lonentrennung und des 3-ef ugebrachs verwendet die Industrie gegenwärtig nar die unteren 3-renzwerte der hohen Temperatur der Schmelze«» F^lIs gemäsa dem Verfahren dieser Erfindung zusätzlich ein hochenergetischer Impuls angelegt wird, ergibt sich ein weiterer Kristallgefügebruch, der von einer Freigabe zusatz-, licner Ionen begleitet wirdc Elektronen werden von einer eingefangenen Sahn auf die Leitungsbahn gestossen. -Andere gestörte Elektronen, die nicnt auf die Leitungsbahn folgen, oewirken Koronaeffekte, die Phononen erzeugen« Diese Phononen Λ-οχίΆβη weitere Kristallverschiebungen bewirken und andere und wenigere Elektronen auf das Leitungsniveau stossen, so /las'3 mehr-Fehlordnungen und eine, stärkere Ionenbewegung erzeugt werden. Bei höherer Temperatur sind geringere Spannungen für eine gegebene Verbesserung erforderlich, unabhängig davon, dass Feldeffekte bei höheren Temperaturen im allgemeinen nach-

BÄ13 ORIGINAL _K - 17 _m ■

lassen» us sei noch bemer&t, dass Zoron.aeffeK.te nur dann nützlich sind, weaa sie i'enlordnaa^en erzeugen» In den restlichen Kristalxen erzeugen diese ■-> tr anlangen inaireisit ele^xriscne deleter oder win-cen mit den eleKtriscaen u'slieri: in aen r38tliehen. j£ri=.-teilen zasaiiuuen uiiä erzeugen y^iilicue 3törv.:_-_;-3: α-id -Fnononeti-*'"lxen mit ähnlichen xvonse teasel«, -ie^e 1 o-^ifi-Λ-ationen des - Verfahren*? oder des .Prozesses, nr.b-iti, ?oi'-?.r .··?■■··::ιj. 9 hr? Ii one i-iinin:am- anci v-la.i'i.ra-j-foraecaagen. .-^e". ^elIt ' :---"::.-3-i, ^vt^ile entweder bei der xr-p'-irnan;: 'veiter^r iroäak:tivit^K.t and ecnönten ■> It & an ^.graa? β oi^r uei der iic^i-iiui; --~-L-~:ec -:e^T.vi·. >. er. •liinfacnheit in· Besag auf die V"er^1T3ioua ΐ u_ii \ic.i":v"evwendu'i_:':, ""on direkt in das noene^er^/etiacae' System 3in^i-i../s:zzea alantrodeüo "ius^tilicn ^ur stranlu·::_, '-ird in -.-.dir ^:-'lucireii ^v/or:c:ii:v aaca die AjitivLerang einer "Schiitölze uurch Lupfe".i der 3cciiLel.:;i mit aktiviertem ϊ·. teri-al oescariaoeu. jiiiiive der uv.ieren nier erörterten Aictivien-un^sverfanren sind braucabar ^ar ürgäniiuti^ des Antivierun^svorö^iiages mit einem oder menrore.i der anderen Variationen des üriginalveri-anrens.

Die Angaben des älteren Vorschlages in oezaf, auf den Auf υ au des optimalen Schemas für die Verwendung von noner bi.sr^ie gelten auch nier. Bjim Studium der .blrscneinungen der Ak ti vieruns ko'uint der J-edanKe, dass die dieleKtx'ische Konstante der restlichen Äriöt-ille wätirend der KernDildun^speriode nic.ifc wesentuen geändert wird, sondern dass die dielektrische Konstante praktisch abgesenkt wird, sobaLd die Kettenreaktion einmal begonnen hat. Dies bedeutet, dase die Projektion der

BAD OBlGiNAL - 18 -

direkt oder indirekt indazierten -elektrischen Feldeffekte weniger wirkungsvoll ist und dass zur weiteren Aktivierung auf ein höneres Niveau mehr Energie oder schneller zugeführte Energie erforderlich sind» Diese Forderung käag=fe hält den nutzbaren Bereich der angelegten Energie zwischen dem Minimum- und dem .Maximumwert ein» Der Maximumwert wird durch die "■ dielektrische Konstante nicht entsprechend berührte Die Maximum-Bedingungen sind wahrscheinlich, die Folge der Erzeugung von freien Elektronen und diese überbrücken und vernichten die Phononen» Die Aufgabe liegt darin, den Punkt zu erreichen, an dem das Verhältnis Phonon zu Elektron am höchsten ist oder hoch genug, um für die Geschwindigkeit, die Produktivität und den Wirkungsgrad des Elektro»©3agewinnungsprozesses von Vorteil zu sein.

PROZESS MIT QflSOJLOSSE·0#ί ZYKLUS

Bei dieser Verbesserung des Prozesses wird die Produktivität einer einzigen Einheit, wie sie in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigt wird, um das etwa fünfzigfache erhöht, wänrend die Aufnahme ah elektriscner Energie von einer äusseren Quelle auf einen vergleichsweise niedrigen wert abgesenkt wird, z.B. auf die Grrössenordnung von etwa 1 kwh pro 0,45 Kg Aluminiumoxyd_β

Eine. Schmelze ,vom Hall—Typ, z.B. wie in der Anordnung von Fig* 4, wird bis auf einen hohen tfert ai-ctiviert, so dass bei 5,0 V -der Strom in dem oben genannten Beispiel um das etwa . dreissigfache _: erhöht wird. Die V/yrmeerseu^ung infolge höherer

-19 - ■ ;.

Stromverluste, schnellerer Reaktionen des Kohlenstoffes mit Sauerstoffionen und schnellere Verbrennung des Kohlenstoffes mit Sauerstoff ist etwa 27 mal so hoch, wie es bei einer Zelle dieser Q-rösse üblich ist. Wärmetaascher 110a werden an den Zellwänden befestigt. Wärmetauscherflüssigkeit, wie z.B. geschmolzenes Natrium, wird über die Leitung 110b einem Turbogenerator oder einer ähnlichen Einrichtung zugeführt, die Wärme in Elektrizität umwandelt (.Bezugszeichen 11Oc)₆ Die resultierende elektrische Energie wird von dem Turbogenerator über die Leitungen 114a zur Stromversorgung 114 zurückgeleitet, .

Da die Leiter etwa 3 Millionen Ampere führen, können auch sie zur Kühlung mit Wärmetauschern 114b ausgerastet werden* Auch diese Warme kann über die Leitung 114c zu der Einrichtung 11Oc zurückgeführt werden. In Anbetracüt des höheren Stromes zusammen mit der Kohlenstoffreaktion in der Schmelze liegt die Produktivität bei dem fünfzigfachen des v/ertes, der für einen normalen Ofen vergleichbarer G-rösse üblich ist. Die Wärme von mehreren solcnen Einheiten kann einem einzigen Wärme/Elektroenergiewandler zugei'unrt werden. .

Zusätzlich dazu, dass überflüssige wärmeenergie zur Verwendung bei der Erzeugung des Stromes abgefünrt wird, lässt sich das Abführen der überschüssigen Wärmeenergie auch als ein Mittel zum Steuern der Temperatur der Schmelze verwenden»

- 2o -

0011*4/0*11

Dort, wo die Aktivierung der Schmelze ein drastisches Erhöhen des Stromes ermöglicht, wie um den Faktor 2 - 30, ermöglicht das Abführen der überschüssigen Wärmeenergie, dass die Temperatur .der Schmelze auf dem richtigen ifiveau gehalten wird, während- die erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit sonst zur Bildung von zerstörenden Temperaturen führen könnte»

HOHE IKHJLS itäuäBEÖLWiS U¹IlE]-iJffi

Die bei der Schmelze verwandte Impulswiederholungsfrequenz lässt sich auf vergleichsweise nohe Betrage erhöhen, wie z„B_e auf 1000 Impulse pro Sekunde, wänrend die Fläcne der Zündelektrode (40-und 41 in. i'ig, 2, 148 in Fig„ 4 usv») und die G-rösse des Speicnerkondensators (22 in Fig. 1, 122 in Fig. 5 usw«) reduziert wird» ..-..-■

ν Beispiel II

Statt der Aktivierung einer 100 Α-Zelle mit den Impulsen, die je eine halbe Sekunde- auseinar.vderliegen_f aus einem Kondensator mit 15-Mikrofarad_f der auf 6000 7 aufgeladen ist, aber über eine Schaltung zufuhrt, die'die Spannung bis auf 5000 V an der Abgabestelle nerabsetzt, kann eine Impulsfolgefreq.uenz von 1000 -Impulsen jjro Sekunde verwandt werden, ein Kondensator von 0,15 Mikrofarad, und 100 Impulse in einem Aktivier'.mgsVorgang. Die Zündelektrodenflaohe liegt in dem Beispiel bei 0,05 Quadrat-Zoll,

- 21 -

Es ergibt sich eine vorteilhafte Auswirkung auf die Anstiegszeit bei einem epeicnerkondensator, der für eine gegebene Zündelektrode grosser als erforderlich ist, aber diese überschüssige Speicherung kann au einer übermässigen Entladung fünren, welcne die Aktivierung zerstörte Ds '.tutde. gefunden, dass sich-der Kondensator (der Kondensator 22 in ]?igo 1, 122 in fig« 2) um das Zehnfacne erhöhen l'isst, während der Impuls mit einer .Brechstangemi ir iaing' sehr kurs abgeschnitten wird» Die erste Viertelperiode des Impulses wird auf etwa einzehntel ihrer natürlichen D-vaer begrenzt„

Beispiel III

Bei einer Zelle mit einer Anodenflläche von 2ü ^uadr^t-zioll und einer u-e samt.fläche von etwa 40 Quadrat-Zoll wurde ein Kondensator mit 350 Mikrofarad auf 6 000 ? aufgeladen und dann von einer 5 ^U-adrat-Zoll-Konlenstoffanode auf die normale Kathode gezündet» Die Entladung wurde imiera·?Ib einer 'j-esamlzwit von einer rükrosekunde abgeschnitten, wobei die Zahlung dann begonnen wurde, wenn der Anstieg 5OC \^r eevsioai hatte. Jjie Spitzenspsnnung oetrug in der Bntlade^oae et\\^ra 3000 V und war durch den Wideretand der Zündschaltung von etxva bOOO V an abgesc-mvächt worden. Far eine 8tarne .^i-ttigung reichte ein einziger derartiger Impuls aus»'

- 22 BAD OBiOINAL

Durch Begrenzen der Impulsdauer auf 1 O Jtfanosekunden ist es mit Hilfe einer Anordnung, die der Anordnung von Ji¹Xg₀ 1 oder Fig«, 4 ähnlieh war, eine Schmelze mit einer Entladungsspitze von 50 000 Τ zu aktivieren Bei dieser Anwendung wird die begrenzte Impulsdauer vorzugsweise durch Herabsetzen der Speicherkapazität oder durch "Breehstangenwirkung" erzielte .

KOSiTIMJIERLIO-riäi WELfrB^-RUi

In dem älteren Vorschlag ist eine Inipulsumkehr oder Impulsrichtung an sich nicht wichtig, obgleich eine prozentuale Umkehr bei einer Kondensatorentladung eine Anzeige für die .SO.tür und den Betrag der Widerstandsanpassung ist« Bei kontinuierlichen Rundfunkfrec[uenzwellen kann die Impedanz ohne Rücksicht auf Umpolungen angepasst werden» Diese Wellen z.B_e in der G-rössenordnung von 10 cm Wellenlänge können zur Zerstörung· der restlichen Kristallstruktur des Salzes und der Oxydkomponenten verwandt werden«, Gemäss dem Verfahren wird Rundfunkfrequenz von der Quelle 170 über die Leitung 171 (Pig,6) auf die ringförmige fläche oder irgendeinen anderen freien Raum in der-Zelle 110 gebündelt,» Eine grobe Abstimmung, der Frequenz reicht aus«, Jede Kruste kann weggebrochen oder auch ganz gelassen werden_e Die Scnwellwertenergie liegt in der G-rÖssenordnung von 5MW pro Quadrat-Zoll, während die bestrahlte Fläche vorzugsweise mindestens 0,5 °/o der Anodenfläche Deträgt, Bei'einer Trosse der Zelle, die einer AnodenflJnche

■ . von 20 000 Quadrat-Zoll entspricht, liegt die Bestrahlungszeit in der G-rössenordnung von 1 O Minuten mit den anderen Parametern dieses Beispiels, In der Schaltung liegende Messgeräte zeigen durch eine Änderung an, ob die Kernbildung weitergehto Die Rundfunkfrequenzquelle 170 wird abgeschaltet, wenn die Kernbildung eine gewisse Abflachung zeigt. Falls der Effekt dann abnehmen sollte, kann die Aktivierung mit einer Überdosis an Strahlung zerstört und erneut begonnen werden, wobei man dann schneller aufhört.

Die Strahlungsenergie kann in Impulsform in das zu aktivierende Material eingeleitet werden· Z₀B₈ wird die gesamte Dosis in 100 Teile aufgeteilt, wobei die Zeiten zwischen den Impulsen länger als die Impulse selbst sind, aber nicht so lange, dass eine Vermehrung der Kernbildung nicht stattfindet. Je grosser die Strahlungsfläche ist, umso kurzer ist die Strahlungszeit«

fig. 14 zeigt die Aktivierungshöhe in Bezug auf die Anstiegszeit wie auf die Energie- und -Spannungsform der Impulse und ihre Anzahl und ihren Abstand« Bei optimaler Ausführung wird der höchste Stand erreicht» Dieser Stand hat die grosste Dauer und den grösöten Vorteil in Bezug auf die lesamtver-•besserung der Leitfähigkeit· Man sieht, dass die Kurve nicht kontinuierlich nach oben geht« Sobald einmal ein bestimmtes . Niveau erreicht und stabilisiert ist. kanti es schwieriger

OBlGlHAL " ²⁴

"', sein, das itfiveau auf einen, noch höheren Wert zu bringen, da sich dann ein niedrigerer Widerstand ohne die grosser© ..Anodenfläche aufgebaut" hat, welche die Anwendung eines .grosseren Speichers erlauben würde» Verschiedene der hier beschriebenen Vorrichtungen können nun verwandt werden, um die Impulsform und" die Energie' so zu bearbeiten," dass man von einem Niveau auf ein höheres übergehen-kann·.-Sobald die Aktivierung eingesetzt hat, ist die - dielektrische Konstante

.: " niedriger und zur Kernbildung ist mehr Snergie erforderlich,' so dass der ,Bereich "zwischen-den. unteren" uncL.&en oberen

." -Grenzwerten, der einzelnen Parameter zusammengedrückt wird«

ISs is/t weit mehr zufriedenstellend, die Parameter zu beι* stimmen und das Anlegen, der-Impulse mit einer zufriedenstellenden. jpQtfm usw* fortzusetzen, bevor irgendein Aktivierungs>niveau einen stabilen Punkt erreicht hat. "Abhängig", von-' . vde-i '(riösSFe^ der; ZeIkIe' kann die gesamte· Impt^aaündüng in' ^;^ :. .- einem "Zeitraum-von etwa 15 Sekunden bis zu 2 Minuten beendet sein, wobei das 3tab±liaie-rte Niveau insbesondere für die D ess er eja_ Aktivierungsniveaus, nach einer längeren Zeitdauer erreicht wird, z.B.» in etwa 15 i^;iinuten> Das aller-. .niedrig&te AktivierungS-aiveau d'Auert,noch ü-lcht einmal 15 - Minuten. Aber auch ,^.ofioo ^ria3 aiedrig.ite Aktivieruagsaiveau stellt einen recht f)e'.tr^!-iciitllcheü Gtewinn- dar im Vergleich zu allen bisher .möglichen tünergieeinsparungen bei der elekfcro-Reaktion von Aluminium©x,yd_t ■ Selb^tverotändlich

werden nö'nere und länger andauernde

bevorzugt»

Aus diesem Jrund ist es wünschenswert, .mit einigen wenigen Versuonen das Schema Herauszufindeα, das zu einem nonsren Aktivierungsniveau fünrt» Pas Schema ist in einer Anfanysperiode, z..ß« einer Periode von. etwa 2 kinucen vollständig, während die Aktivierung f^;Ar dieses vor be stimmte .-iveaa ix-ach einer weiteren Zeitspanne,¹ 2»B. 15 Minuten später, erreicht wird β Die Impulsfolge löet die Kette aus una die Ivotte bildet sioh dann selüst auf»

LIOiH ■

Auch Strahluag im .Frequence biet der I/ichtwellen- kann das übrige Kristallgefüge zerstören« Licüfcscnwinguiigen von ausreichender Intensität erzeugen indirekte und gleichwertige elelctrisohd Feldöffekte in den Kristallen, so dass Phononer, abgespaltet werden» In der Lichtfrequenz ergeben sich Schwankungen infolge von Streuung und der Breite des Spektrums· Diese erzeugen einen Schwebun^seffeiet in dem ge-

9 wünschten frequenzbereich von etwa ^ χ 10 Hz in dem eine Phonorienwänderung bei Schallgeschwindigkeiten induziert wird»

Der Lichtstrahl muss eine Intensität in der Grrössenordmmg von etwa 5 MW pro Quadrat-Zoll bestrahlter Oberfläche haben»

BAD

Am- Ort der Strahlung wird ein Loch in einer beliebigen Erustenformation der Schmelze 112 (I¹Ig₀7} gemacht, bevor 'die Strahlung eine grössere Effektivität haben kann_e Die notwendige Intensität lässt sich durch Bündeln des Lichtes von einer intensiven .Vorrichtung 172, wie von einem Xenonblitz oder von einem optischen Maser erreichen. Mindestens 0,0.1 io der Oberfläche der Schmelze muss auf diese '/eise beleuchtet werden und der Lichtimpuls sollte etwa 5 Mikrosekunden anhalten«, Die Impulse werden häuf ig genug wiederholt ₉ um die Eernbildung zu verbessern,-aber nicht so häufig_f um die Aktivierung zu zerstören«» ■

In einer abgewandelten Ausfuhrungsform der Forrichtung von Figo 7 wird eine Intensität, die eine Million mal höher liegt, wie man sie z,B. mit einem Rubinlaser (172) erzeugen. kann, über eine Fläche von mindestens 0,001 % der Oberfläche der Zelle .gestrahlt und die Impulsdauer wird auf die G-rÖssenordnung von 10 Manosekunden beschränkt₍

Die Bestrahlung mit Licht erzeugt elektrische Felder, die freie Elektronen anregen und der kritische Bereich ist damit begrenzt.Die Anhaltspunkte für übermässlge'Intensität, Fläche und Dauer sind ähnlich denjenigen, die oben aufgeführt wurden«,

., BADORIGINAt ■' - - 27 ~

SämtliGhe bisher beschriebenen Techniken können miteinander oder mit dem direkten elektrischen Feld oder der Impfmethode des älteren Vorschlages kombiniert werden, um damit die Aktivierung zu erbringen. Die bisher genannten Beschränkungen gelten weiter, insbesondere insofern, dass die kombinierte Energie sinen Schvellwert überschreiten .und unter einem Maximum bleiben muss und dass grössere Mengen aufgelösten Oxyds bevorzugt werden und mindestens 2,5 '.f Oxyd gelöst sein müssen»

Dann bestrahlt ein intensiver Lichtstrahl das geschmolzene Material, während die Elektroden elektrische Felder anlegen und dazu die Energie aus dem Kondensator nehmen und diese zusammengefasste Wirkung ist oberhalb des Schwellwertes und liegt unter dem Maximalwerte Bin in dieser Weise verwandter unterschwelliger Lichtstrahl kann das Problem von ausreichend energiereichen und ausreichend gesteuerten Impulsen aus einer anderen Aktivierungsquelle vereinfachen, insbesondere wenn in dem stärker begrenzten Bereich gearbeitet wird, der vorliegt, venn man von einem bestehenden Aktivierungsniveau nach oben weitergeht, wie dies in dem älteren Vorschlag beschrieben wird.

Nachdem nun erfolgreiche Impulsformen gezeigt worden sind, wird nun in. Fig. 8 ein weg gezeigt, um die erfolgreiche

- 28 ^ 009f30/0341 BAD OFHGINAi

Stelle zu zeigen, an der der Impuls wieder gezündet werden kann, "bevor das stabilisierte Niveau erreicht ist, von dem man schwierig ansteigen kann. Unter der Annahme, dass die niedrige Spannung konstant ist, wird der Strom in der ¥iederspannungsanode für wenige Sekunden ansteigen und dann möglicherweise zu fallen oeginnen, wie dies gezeigt wird,, Falls der Strom nicfit ansteigt, war der Impuls vollständig / unwirksam gewesen und muss erneut geformt werden» Der in iig© 8 gezeigte Abfall findet -statt seihst wenn der Impuls am Ende, erfolgreich ist und selbst wenn eine Folge von gleichen Impulsen in den folgenden 15 Minuten ein gutes Akti-Vierungsniveau ergibt. Der In Figo 8 gezeigte Punkt A ist der ideale Zeitpunkt zum Zünden des nächsten Impulses₀ Vor ■ lirreichen des Punktes A können zusätzliche Impulse gezündet werden. In diesem Fall sind sie weniger Wirkungsvolle Falls der zusätzliche Impuls nicnt an irgendeinem Punkt des Anstieges gezündet wird,.-. wird seine Chance, dass er wirkungsvoll ist,, herabgesetzt. Jeder Impuls kann damit einzeln ausgelöscht werden, ohne dass er irgendeinen dauerhaften Effekt erzeugt oder ohne dass er einen Effekt erzeugt, der grosser ist als was sich bei Verwendung eines einzigen solchen Impulses ergeben würde;» Falls die Impulse zu schnell nacheinander gezündet werden, kann der JConzentrationsgradient zerstört werden und die Impulsfolge ist dann noch weniger wert als ein einziger von Ihnen« Die Konsequenz wäre ähnlich wie bei einem äusssrst langem Impuls₀ Es 1st deshalb ratsam, aufeinanderfolgende Impulse irgendwo auf dem ansteigenden Ast V BAD ORIGINAL ■ - 29 -■

zu zünden, vorzugsweise gerade vor dein Abfall am Punkt Ae '!leim Versuche mit einer kleinen Zündanode gemacht x^erden, das heisst mit etwa 0,15 Quadrat-Zoll, und einer, entsprechend kleinen Kondensator 122, wird der Punkt A in etwa einfünftel Sekunde erreicht < > Bei einer Zündanodenfl-äche von 1ö Quadrat-Zoll hat man gefunden, dass der Punkt A in etwa 15 Sekunden oder mehr erreicht wird» Auf jeden i?all ist es zufriedenstellend, innerhalb von 15 Sekunden erneut zu zünden« hit diesen Richtlinien Kann jeder 3etrieb erfindungsgenriss in.ieraalb einer annehmbaren Zeitspanne in Betrieb gesetzt werden» Die .Beobachtung von Fig» 8 erfolgt aus dem Passieren der jjachoarschaft des ursprünglichen Gradienten durch die Beobachtende Anode» Sie läuft mit Schallgeschwindigkeit» Man beooacntet damit den Vorgang, der den Aufbau der Kette auslösen ,-ird« jJer tatsächliche Aufbau des Atttivierungsniveaus kann far'einige Sekunden bis Minuten nicht beobacntet werden«

Unter bestimmten Kombinationen von Geometrie und Parametern wird die Kurve von ü'i^« ö um die Abszisse gedrent. Die gleichen Überlegungen gelten fllr die umgedrehte Kurve, aber eine nach oben gerichtete Karve wird vorgezogen. Auch oei einer umgeklappten Kurve wurde eine hohe Amplitude gegenüber einer niedrigen Amplitude vorgewogen. Die akkustiscnen Bedingungen können durch Vjraad^rri der ü-eometrie oder die Kombination von. Kapazität und Spaauun ; der Impulstiuelle geändert werdetij so dass ein \ferdünnungs zus tand und damit eine ümkenrung der

- 3o ·«

Kurve aas Figo 8 nicht, stattfindet

Es bestellt ein offensichtlicher Sättigungspunkt, der von dem obersten Aktivierungsniveau erreicht wird, über den hinaus -weitere Impulse, die der Errichtung dieses Aktivierungsniveaus folgen, oder diesem, vorangehen, keine weitere Aktivierung bewirken. Obwohl, kein zusätzlicher Kristall-, effekt, erzeugt wird, tritt doch ein Mobilitätseffekt auf _β

Während der vechsel von einem aufgebauten Niveau auf ein höheres Niveau schwierig sein kann, besteht keine Schwierigkeit beim Wiederaufbau eines Niveaus, das begonnen hat, zu verlöschen» weniger Impulse oder Impulse auf niedrigerem Snergieniveau genügen im allgemeinen für diesen Zweck« Falls die elektrolytiscne Zelle aus irgendeinem Grund abgeschaltet und dann wieder in Betrieb gesetzt wird, muss der Effekt von Anfang an wieder aufgebaut werden, obwohl eine Teilwirkung zurückgeblieben sein mag»

Bei der Auswirkung der in Fig_e 8 erläuterten Angaben kann der Fall eintreten, dass diese augenblickliche Stromänderung negativ statt positiv ist. Obwohl Versuche diese Erscheinung nicht erläutern, zeigen sie, dass die Aktivierung auch von solchen Impulsen ausgeht· Die gleichen Überlegungen . ■ _; gelten für das Zünden von Punkt A auf der entsprechenden absteigenden Stromkurve· Diese Stromabsenkung hält nie lange, an».

- 31 BAD ÖFUGlNAl·

Unabhängig von der Anodengrösse eadet sie in etwa einer Sekunde β Die Aktivierung kann von dort aus nacn aufwärts vorgehen« Die Aktivierung kann fdr die ersten wenigen Minuten sehr langsam sein und dann fdr die nächsten 15 Kinuten rasch ansteigen Es wurde beobachtet, dass die Aktivierung sehr schnell ansteigen kann, wobei sie in etwa drei Minuten beginnt und ihren Bndwert in fünf Minuten nahezu erreicht« Obwohl die Versuche diese .Betriebsweise nicht erläutern, wird angenommen, dass sie mehr akkustiecner Ifatur statt elektrischer ZTatur ist, da die Körper, die zur Verstärkung des G-radienten dienen, in Bündeln durch die Schmelze wandern, die bei Schallgeschwindigkeiten liegen» Wie in der Akkustik wird die 'Welle manchmal verstärkt und manchmal angehoben»

Bei einer reflektierten Welle ist möglich, dass diese eine Verdünnung bildet, die zeitweilig Ionen aus dem anidischen Feld herausziento Dies wurde von der Stärke der einfallenden Schockfront und der 3-eometrie von und innerhalb der Zelle abhängen» Man kann dies im allgemeinen durch Vermindern der 3-rösse des Speicherkondensators und durch Brhönen von seiner Spannung neuen.. Auch eine übermässig lange Welle oder übermassige Intensität Können bewirken, dass die reflektierte Welle mit dem Kopf auftrifft und zu einer Zerstäubung führt, obwohl die Zeit-Spannungsgrenze für den di- - elektrischen Zusammenbruch noch nicht überschritten worden isti

OOÖ63Q7Q38S

J3ei sämtlichen Verfahrensweisen, die hier und in dem älteren Vorschlag zum Aktivieren einer Schmelze beschrieben worden, sind, giot es eine Kernbildungsperiode_s der eine. Periode folgt, während/ der sich die Aktivierung entwickelt» Das .endgültige Atctivierungsniveau ist unabhängig von, der J?läcne, üoerder si.cn aa^ '/erfahren abv/ickeIt₄ Je grosser die Fläche ist, aie von den diaei-cten oder indirekten üilnwirKungen der hochenergetischen eleKtrischen Felder ■ angegriffen wird," sei es, dass diese fläche ein einzelnes •j-eoiet oder eine Z aaajuiuene teilung von Grsbieten, ist, um so Kürzer wird die Zeitspanne zviscnen der ivernbildung una der Aütivierunge B^ai einer Aktivierung auf hohem Ifiveau ist die Dauer der Kette sehr viel grosser, als die Zeitspanne zwiscnen. der Kern bildung' und dem Erreichen der vollen oder nahezu volle α oder adäquaten Aktivierung, so d as s . d i e s 3 Z s i t s ρ an n.e b si d s r Aus wahl der Ak t i vi e rungs ^ fläche far diese Aktivierung- auf hohem Niveau vernä.Gh«-» lässigt '»/erden kann. Auf jeden j?äll müssen 'bei jeder' i'läche die Saergieparameter inöerhalb der kritiechen oder ^tttle3onanz"'~Zone liefen. Dieses Erfordernis setzt aucn eine tiefere iirenze filr die B'läche, in der Kerne #9bildet werdeα sollen»

BAD ORIGINAL

155873b

!jei siinsstaen der Aktivierung" wird aer S_x-IiIt a·. Ischen dein äcnweliwert und der maximalen Aktivierung eingeengt, iJies liegt an ei Dem Abfall in der äieleictriscnen Konstante des Elektrolyten» Auf jeden Pali ist es er¹.·, lins ent, den d_y alt za vergrössern und eine grössare ^vülertolerans im Arbeitsbereich zuzulassen» jiine niedrigere dielektrische Konstante erfordert mear Impulsenergie oiiae sirien entsprechenden Anstieg in der maximal zulässigen Impulsenergie₀

In dem älteren Vorschlag werden die Aktivierangsniveaus

und die Zusammenhänge einer Brhöaung eines bereits be

stehenden Aktivierungsniveaus Descnrieüen_B Die folgende Verbesserung kann so.vohl mit einer Lnpuisbilaang ^ur Erhöhung des Aktivierungsniveaus als auch f'dr die ursprüngliche Impulsbildung verwandt werden, Jeiaäss dieser Yerbesaerung wird Material, welches eine none Dielektrizitätskonstante hat, welches sich in der Schmelze auflösen kann und welches iceinen Niederschlag von Verunreinigungen in unerwünschten Mengen in dem herzustellenden Metall bewirkt, der Schmelze zugesetzt. Diese anzusetzenden Stoffe enthalten Bariumtitanat, Titanoxyd und bariumoxid· Im allgemeinen kann urin dieses Material in >>-,ugen voa etwa 2 ι}°ΐί,'ίί dor \Soümelfje suwetzeru

0 CJ a 13 J 0 / 0 3 d

- 34
ORIGINAL

•ELEKTRODENFORM- UND-STELLIfNG

Weniger Aktivierungsenergie und damit eine geringere Anfälligkeit in Bezug auf ein Überschreiten der Energiegrenzen liegt vor, wenn die Elektroden für das unmittelbare Anliegen des elektrischen Feldes so geformt und angeord-* net werden/ daß sie ungehindert einen gut verteilten Konzentration^radienten aussenden,- d.h. eine kernförmige Ladung in die Schmelze.

Beispiel IV ·

Gemäß den Figuren 9 und 10 wird eine rechteckförmige Zelle 175 mit einer Oberfläche von 40 Quadrat-Zoll verwandt. An einem Ende der Zelle gehen zwei vertikale isolierte Leiter 174 in die Schmelze 175 hinein. Zwischen den beiden Leitern ist an Abstand von 25 mm. Jeder Leiter weist einen Schenkel 176 auf, der unter einem rechten Winkel abgebogen^ 25'mm lang und unisoliert ist. Die Schenkel 176 sind gebogen, so daß der Abstand zwischen ihren Enden an der Wand der Zelle I73«12,5 mm beträgt. Auf diese Weise ist die Impedanz der Schleife a, b, 0, d^. die von den Schenkeln umschrieben wird, auf die Impedanz, bezogen, die die Schmelze darstellt, so cö3 die Entladung zwischen den Schenkeln I76 über deren Länge stärker gleichförmig ist. Mit einer solchen Gleichförmigkeit wird ein Übermaß an Energie an einigen Punkten vermieden, die sich zu dem zerstörenden Faktor hinzusetzt, ohne üaß dabei der Schweilwert des konstruktiven Faktors an anderen Funkten erreicht wird. Es kommt hinzu, daß

. - 35-

sich die Ent la dungszone in die Schmelze hineinöffnet, ohne daß sie dabei durch die Schenkel gehindert wird.

PUR IMMER EINGESETZTE ELEKTRODEN

Für das direkte Anlegen des elektrischen Feldes sind einzelne Elektroden, Paare von Elektroden und mehrere Elektroden gezeigt worden, die von oben in die Schmelze eingesetzt werden. 3s ergeben sich Vorteile, wenn man. zwei Elektroden für immer einsetzt, um die Aktivierungsenergie zuzuführen, wie dies hier in Fig. 11 gezeigt wird. Isolierende oder schwach leitende Rohre werden durch die Wand der Zelle durchgesteckt und zwar auf einer Höhe, die über dem höchsten Stand liegt, der von dem Schmelzmetall erreicht wird, aber unter der niedrigsten Höhe der Kruste. Die Elektroden können aus einem Material wie Titanborid bestehen, das der Einwirkung sowohl des Kryolith wie auch des geschmolzenen Aluminium wiedersteht.

Die Elektroden können horizontal verlaufen. Es empfiehlt sich jedoch, die Rohre so in die Wand einzusetzen, daß sie etwas nach unten geneigt sind. Dadurch wird eine flüssigsfeste Abdichtung Überflüssig. Schließlich kann man siehe Elektroden auch einfach herausnehmen, wobei die Durchgangsführung erhalten bleibt. Damit lassen sich Nickel oder andere erwünschte Stoffe an den Abgabeflächen verwenden.

VERUNREINIGUNGEN

Es empfiehlt sich, die Zelle eine bestimmte Zeit zu betreiben,

000830/0386 BADORlGiNAL

bevor man die Aktivierung versucht. Es liegen nämlich Verunreinigungen vor, die die Phononenbildung ernsthaft stören können. Eine solche Verunreinigung ist Vanadium. Unter der Einwirkung der Elektrolyse wird es bald aus der Schmelze herausgezogen. Vorzugsweise enthält das hitzefeste harte Metall oder andere Zündelektroden nicht mehr als etwa 10 Teile Vanadium auf eine Million.

HERRICHTUNG DER HILFSELEKTRODE

Die Oberfläche der Zündelektrode (40, 4t in Fig. 2, 46 in Fig* ~5, 148 in Fig. 6) spielt eine wichtige Rolle. Zur Reinigung und Aufbereitung der Oberflächen wird vorzugsweise eine niedrige Gleichspannung für wenige Minuten durch die Zündelektroden durchgeleitet. Um die Zeitspanne zwischen der Oberflächenaufbereitung und der Ankunft des Impulses abzukürzen, kann die niedrige Spannung während der mäßigen hoch energetischen Zündung angestellt bleiben.

Beim Einsetzen der Zündelektroden oder Zündelektrodenpaare durch die Wand der Zelle werden Rohre aus schwach leitendem Material in die Wand eingekittet und die Zündleiter werden durch die Rohre durchgeführt. Die Impulsquelle wird an die leitenden Elektroden angeschlossen, entweder wie es erforderlich ist oder die Verbindungen werden fest angeschlossen und die Leiter werden eingesteckt* Falls die Rohre waagerecht verlaufen, muß eine Art Dichtung verwandt werden. Es empfiehlt sich, die Rohre unter einen Winkel einzusetzen, ■wie dies PigV 1 zeigt. Damit wird das schwierige Einsetzen

der Packung in die heiße, korrodierende Schmelze vermieden. BAD OBlGiHAt _.

Der Vorteil der Verwendung der Hilfszündelektroden in dieser Weise liegt darin, daß es nicht notwendig ist, in die Kruste ein Loch hereinzubohren, zum Einsetzen, zur Inspektion oder zum Polieren der Zündflächen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich der Pegel oberhalb der geschmolzenen Oberflächen des niedergeschlagenen Metalls einfacher überprüfen läßt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Höhe der Metall- und der Krustenoberfläche nicht konstant ist.

Bei dieser Verbesserung ist es besonders zweckmäßig, die Hilfszündelektroden so einzubauen, daß sie nicht im Weg liegen, so daß sie für längere Zeit an ihrer Stelle belassen werden können und daß sie leicht an die entsprechenden Klemmen eines ortsfesten oder beweglichen Impulsgenerators angeschlossen ve*den können. Für diesen Zwe"ck empfiehlt es sich, Leiter zu verwenden, die für längere Zeit mit dem korrodierenden Bad, das Kryolith, Aluminiumoxyd und Aluminium enthält, in Kontakt stehen können. Die Fähigkeit von hitzefesten, harten Metallen, insbesondere Titandiborid und Zirkondiborid, einem solchen Kontakt zu widerstehen, ist bekannt. Als Niederspannungsanoden würden Elektroden aus diesem Material zu teuer sein und der Stromwirkungsgrad würde leiden. Für den Aktivierungsprozess s.irv.1 sie jedoch schon mit Erfolg als Hochspannungs-Hilfsanodon. verwandt worden. Die anodische Abnutzung ist sehr gering.

Fig. 1I zeigt eine Zelle 181 mit einer Metallplatte 1M2, mit einum Bad 197 und einer Niederspannungs-Rlektrolysieranodt> i Die Metallplatte 182 und die Anode I8j5 sind an die negative

BAD ORiGlNAL _ ^

009810/0385

bzw. positive Klemme einer Niederspannungsquelle 196 an- ' geschlossen. In die Zellwand 184 sind ein oder mehrere geneigte Rohre 198 von niedriger Leitfähigkeit eingesetzt, eingekittet oder abgedichtet, oder ähnliche horizontale Rohre 198¹ und diese bestehen aus einem beständigem keramischen Werkstoff ,. wie z.B. gekittetem Siliciumcarbid oder ,Bornitrit.. Hilfselektroden I85-bzw. 188-sind in diese Rohre eingesetzt. Die vorstehenden Abschnitte 200, die in das Bad 197 hineinstehen, bilden die Zündflächen und sind mit Bezug auf die Spaltlänge gegenüber der angepaßten Zündfläche angeordnet. Zusätzlich sind die Abschnitte 200 so angeordnet, daß sie den maximal verfügbaren freien Raum in Bezug auf die Wand 184 und die normale Anode I83 frei lassen. Wenn eine der regulären Elektroden 181, I8j5 als ZündeLektorde verwandt wird, wird die Elektrode I85 oder I8.8 allein so angeordnet, zuerst in Bezug auf den Spalt und zweitens so, daß, die Strömung des Erregungsgradienten nur minimal behindert wird. Die Hilfszündelektroden I85, I88 und ihre abgestimmten Elektroden 1 ö5', I88' oder I8I oder I8j5 sind vorzugsweise mit Verbindungskupplungen 199i 199.' zum Anschluß an den Impulsgenerator versehen.

Pig. 12 zeigt die seitliche und vertikale Anordnung von zwei liilf.szündelektroden. 185 und 185.S die in elektrisch isolierenden Rohren .188 und 188' angeordnet sind. Die Rohre 188 und 188^f bestehen aus gekitteten Siliciumcarbidverbindungen, obwohl sie' auch schwach leitend sind.

,Fails es erwünscht ist, eine einzige Hilfselektrode und eine BADORlGiMt -39-

von den regulären Elektroden 182 oder I8j5 zu verwenden, um ein vollständiges Paar zu erhalten, kann die Elektrode 185 nach unten und nach innen gestoßen werden, um mit der Platte Ϊ82 oder der Bektrode I8j5 den gewünschten Spalt zu bilden. Die Höhe der Hilfselektrode 188 liegt fest. Sie läßt sich aber nach innen schieben, um mit der Elektrode 183 ein Paar zu bilden. Die Verwendung einer großen Oberfläche als die zugehörige Oberfläche der Elektrode I83 oder der Elektrode 182 bildet eine Kombination von dichter Impulsenergie an einem Teil des Paares und gestreuter Impulsenergie an dem anderen Teil des Paares. Die Verwendung eines solchen Paares aus den Elektroden I85 und 185^! ermöglicht eine größere Energiekonzentration an den beiden zusammenwirkenden Flächen. Es hat sich gezeigt, daß beide Anordnungen gute Ergebnisse liefern. Wie bereits vorgeschlagen wurde, kann das reguläre Elektrodenpaar auch ohne jegliche Hilfselektrode verwandt werden.

KALTE AKTIVIERUNG UND KALTES AKTIVIERUNGSMITTEL

Kryolith-Aluminiumoxyd läßt .sich in der Kälte sowohl durch Strahlung wie auch durch mechanische Einwirkung, zum Beispiel Mahlen, aktivieren. Hier gibt es keinen Schwellwert oder Maximum. Ein kaltes Aktivierungsmittel läßt sich auch durch rasches Abkühlen einer Schmelze insbesonder zwischen den Transformationspunkten oder zwischen dem Schmelzpunkt und etwa 600°C erzeugen. Dieser Teil der Abkühlung sollte in der Größenordnung von weniger als etwa 5 Minuten abgeschlossen sein. Es empfiehlt sich, daß die Abkühlung vom

- 40 BAD lG^AL

Schmelzpunkt bis auf Raumtemperatur in diesem Zeitraum beendet wird* Dies läßt sich durch Gießen oder durch Be-■'arbeiten mit dünnen Schichten bewirken. Es ist noch besser, dies mit einer Schmelze zu tun, die sich in der Aktivierung befindet. Auf jeden Fall entsprechen auch mechanische Beanspruchungen der Kristalle elektrischen Feldern, gleichgültig ob diese"Beanspruchungen mechanisch, thermisch oder elektrisch hervorgerufen werden, oder durch Impfen mit eiiiem Aktivierungsmittel, oder durch eine kombination dieser Mittel.

Kaltes Aktivierungsmittel,' das durch Abkühlung einer aktivierten Schmelze erzeugt worden ist, ist tatsächlich schon als Impfstoff verwandt worden mit dem Ergebnis, daß sich der Strom bei gleicher Spannung verdoppelte. Der Impfzusatz. zur Schmelze lag bei etwa 5$ des gesamten Inhaltes der Zelle. In dem ursprünglichen heißen, d.h. geschmolzenen aktivierten Zustand führte der Elektrolyt einen Strom, der das jJOfache des Normalwertes betraf für eine Spannung von 4,9 Volt gemessen zwischen einer Anzapfung in der Anode und der Kathodenklemme. -

Das kalte Äktivierungsmittel muß so gehandhabt werden, daß es bei der Erhitzung nicht übermäßig abgeschwächt wird. Bei Verwendung des kalten Aktivierungsmaterials als Impf- Aktivierungsmittel läßt sich eine übermäßige Schwächung dadurch ver-< meiden* indem man es in einer ^eIIe schnell hin- und herschüttelt, die heiß genug ist, und einen ausreichenden Hitzevorrat enthält, so daß das Aktivierungsmaterial sehr schnell in den

Schmelzzustand überführt wird. Weiter ist zulässig, das kalte Aktivierungsmittel bis auf nahezu seinen ersten Transformationspunkt aufzuheizen oder auf etwa 60O⁰Cj, vein es sich um Kryolith-Aluminiumoxyd handelt. Das kalte aktivierte Material braucht nicht unbedingt als Aktivierungs-Impfstoff verwand werden,, sondern kann auch die Schmelze selbst bilden. Es muß so schnell erhitzt werden, daß es noch nicht vollständig abgeschwächt ist, bevor das Schmelzen abgeschlossen ist.

Eins der besondeHi Merkmale der Erfindung liegt darin, daß es möglich ist, den Aktivierungseffekt entweder während der Kernbildungsperiode zu verbessern, d.h. durch die zeitliche Impulsbildung, oder in Ausdrücken der sich anschließenden Steigerung des Aktivierungsniveaus. Jedes der indirekten oder direkten Verfahren des Anlegens eines aktivierenden elektrischen Feldes, wie es hier oder in dem älteren Vorschlag beschrieben wird, oder irgendeine Kombination aus diesen Verfahren läßt sich verwenden, um das Aktivierungsniveau zu verbessern, das aus .dem Verfahren der Verwendung von heißem oder kaltem Aktivierungsmittel resultiert. Weiter läßt sich die Aktivierung beibehalten oder erneut beginnen mit irgendeinem dieser Verfahren oder mit einer Kombination aus diesen Verfahren, vorausgesetzt nur, daß die SchweJLwertparameter beachtet und die Maxima nicht überschritten worden.

Abgesehen von der Erkennung und der Vermeidung einer Ab* Schwächung des Aktivierungsmittels ist es auf jeden Fall erforderlich, die Aktivierungsfeldeffekte mit kurzer Anstiegszeit vorzunehmen.

BAD

0*01*0/0396

NEUTRONENSTRAHLUNG

Kaltes aktiviertes Elektrolytmaterial läßt sich durch
Bestrahlung der geschmolzenen Oberfläche des Elektrolyten herstellen, wozu mindestens 0,1$ seiner Oberfläche
mit etwa 3 χ 10 n/Quadrat-Zoll bedeckt werden. Dieses Verfahren ist besonders bei der Herstellung von kaltem, aktiviertem Elektrolyt, der nicht mehr als ~5% gelöstes
Aluminiumoxyd enthält, anwendbar. ·

GAMMASTRAHLUNG ■

kaltes aktiviertes Material läßt sich auch durch Verwendung einer Kobaltquelle zum Bestrahlen des Materials mit etwa 5 χ \(ßR herstellen. Dieses Verfahren wird bevorzugt zum Aktivieren, von kaltem Aktvierungsmittel verwandt, wie es unter "Neutronenstrahlung" angegeben wurde. Auch Röntgenstrahlen lassen sich zur Herstellung von kaltem aktiviertem Material verwenden.,

Patentansprüche:

BAD ORIGINAL

'-■"■■■ ' ■ - H , -

Claims (1)

1. Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31

   Anlage Aktenzeichen

   zur Eingabe vom ^. April 1907 Sch. Name 6.Anm. JSAAC MENDEL DILLER

   50 Park Avenue

   NEW YORK, N.Y./U.S.A.

   Patent ansprüche

   1. Verfahren zum Aktivieren eines geschmolzenen Salzes zum Erhöhen der Ausbeute an Metall pro Kilowattstunde für eine gegebene Produktionsgeschwindigkeit etier elektrolytischen Zelle für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse, wenn das aktivierte geschmolzene Salz als Schmelze in der Zelle elektrolysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallgefüge des .geschmolzenen Salzes Beanspruchungen ausgesetzt wird, die oberhalb eines Schwell Wertbeanspruchungsniveaus liegen, oberhalb dessen das geschmolzene Salz aktiviert wird.

   2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salz einer Strahlungsenergie ausgesetzt wird, die ausreicht, um in dem geschmolzenen Salz Beanspruchungen hervorzurufen, die das geschmolzene Salz bis über das Schwellwertbeanspruchungsniveau herüberbringen, oberhalb dessen das geschmolzene Salz aktiviert wird.

   5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salz Strahlungsenergie in Impulsform ausgesetzt wird.

   4. - Verfahren nach Anspruch 1 - 3/ dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie in Form eines Teilbereiches aus dem elektromagnetischen Spektrum angelegt wird/ der im wesentlichen dem Spektrum von Licht entspricht. · .

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Lichtstrahlung in der Größenordnung von etwa 5 MW pro Quadrat-Zoll bestrahlter Fläche liegt. ■ * . '..'-.

   6. Verfahren nach Anspruch j5 - 5* dadurch gekennzeichnet, daß in der größten Bildung über dem geschmolzenen Salz in der elektrolytischen Zelle eine Öffnung geschaffen wird und Strahlungseriergie in die Öffnung hineingeleitet wird, um die Strahlungsenergie an die Oberfläche des ge-' schmolzenen Salzes anzulegen.

   7. Verfahren nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlungsenergie mit einer Gasentladungslampe erzeugt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich/-net, daß die Strahlungsenergie mit einem optischen Maser erzeugt wird. ,,-

   9. Verfahren nach Anspruch 2_t dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie mit einer Laservorrichtung er·

   zeugt wird* ' .

   - 45 BAD ORIGINAL ■

   .-■ ■ ■ < ÖÖlllÖ/Q3fri

   .10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie mit Hilfe einer Quelle für Neutronenstrahlung erzeugt wird.

   11'. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie durch Gammastrahlung gewonnen wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie Röntgenstrahlung ist.

   1p· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Zündelektrode eine endliche Folge von mindestens einem Impuls mit hoher Energie aus einem kapazitivem Sk-peicher an die Schmelze angelegt wird, der Impuls eine Spitzenspannung in einem Bereich hat, der sich von einer Spitzenspannung erstreckt, die mindestens der Minimumspannung gleich ist, die zum Erzeugen eines Anstieges der Leitfähigkeit der Zelle erforderlich ist, die mindestens teilweise nach dem Anliegen des Impulses einer Spitzen spannung widersteht, die unter der Minimumspannung liegt, die zum Erzeugen des dielektrischen Zusammenbruchs der Schmelze erforderlich ist, die Impulse dteer Folge eine hohe Wiederholungsfrequenz in einem Bereich haben, der zwischen einer Wiederholungsfrequenz liegt, die ausreicht, damit folgende Impulse vorhergehende Impulse verbessern, und einer Wiederholungsfrequenz, bei der mindestens ein teilweises Ausbrennen der Aktivierung der Schmelze erzeugt wird, und die Wiederholungsfrequenz nach Maßgabe der Reduzierung der JAiilohi.· der Zündelektrode und der Kapazität des kapazitiven ;jpt;le_;"UH\5

   008836/038S _6AD or,g,nal "'"'

   auf eine hohe Geschwindigkeit eingeregelt wird.

   .14 ο Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulse der endlichen Folge aus mindestens einem Impuls eine hohe Wiederholungsfrequenz;» in der Größenordnung von etwa 1000 Impulsen pro Sekunde und eine Anstiegszeit in der Größenordnung von weniger als 1 Mikrosekunde haben. ·

   15· Verfahren nach Anspruch 15 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des ersten Viertelzyklus . des Impulses bei etwa einem Zehntel seiner normalen Dauer beendet wird, um zu vermeiden, daß irgendeine übermäßige Ladung aus dem kapazitiven Speicher die Aktivierung zerstört. ■■-.-"

   16. Verfahren nach Anspruch 1^ - 15* dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Zündelektrode eine endliche Serie mit mindestens einem Impuls mit hoher Energie an die Schmelze angelegt wird, der °Impuls eine Spitzenspannung in einem Bereich hat, der sich von einer Spitzenspannung erstreckt, die mindestens "der Minimumspannung gleich ist, die zum Erzeugen eines Anstieges in der Leitfähigkeit der Zelle erforderlich ist, und die Dauer Jedes Impulses -begrenzt wird, damit äußerst hohe Spitzenspannungen ohne Zerstörung der Aktivierung angelegt werden können.

   τγ, Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Dauer'jedes Impulses, die. -Dauer auf die. Größenordnuiif, von etwa 10 Nanosekunden begrenzt« ■/BAD ORIGINAL 0 6 S I % 0 i 0.3 S § '■-■""'' ^]-.' -^T-

   18. Verfahren nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Dauer des Impulses ermöglicht, daß die Spitzenspannung eines angelegten Impulses in der Größenordnung von etwa 50 000 Volt

   19. Verfahren nach Anspruch 1j5 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit elektromagnetischen Kräften in Impulsform von ausreichender Intensität und Menge bearbeitet wird, um den .Schwellwert zu erreichen, der für die Aktivierung erforderlich ist, aber in der Gesamt-, impulsenergie nicht so hoch liegt, um die Aktivierung wesentlich herabzusetzen.

   20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Salz mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, die ausreichen, um das geschmolzene Salz bis. über das Schwellwertbeanspruchungsniveau herüberzubringen, oberhalb dessen das geschmolzene Salz aktiviert wird.

   21. Verfahren nach Anspruch 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß während der Elektrolyse überflüssige Wärmeenergie von dem geschmolzenen Salz abgezogen wird, wodurch nutzbare Wärmeenergie zur Vergügung gestellt wird.

   22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeioh- , net, daß die abgenommene Wärmeenergie mindestens teilweise zur Erzeugung von elektrolysierender Energie für die Zelle verwand; wird. ' ■

   - 48 6AD ORiGlNAL-

   ; 23. Verfahren nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnetj daß Wärmeenergie von einem Leiter der elektrolysierenden Energie abgenommen wird.

   24. " "^x Verfahren nach Anspruch 21 - 2^, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze durch Regeln der Abnahme der überflüssigen Wärmeenergie auf einem be- . stimmten Wert gehalten wird.

   25. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nadi Anspruch 21 mit Mitteln zum Aktivieren der Schmelze auf ein hohes Niveau, mit Mitteln zum Betreiben der Elektrolyse mit hoher Geschwindigkeit, mit Mitteln zum Abziehen von über- ' flüssiger Wärmeenergie aus der Schmelze während der Elektrolyse, wodurch nutzbare Wärmeenergie zur Verfügung gestellt wird«

   26. Vorrichtung nach Anspruch 25* gekennzeichnet durch Mittel zum Verwenden der abgenommenen Wärmeenergie· mindestens teilweise zum Erzeugen der elektrolysierenden Energie für die Zelle.

   27. Vorrichtung nach Asapruch 25, 26, gekennzeichnet durch Mittel zum Abnehmen von Wärmeenergie von einem Leiter fürdie elektrolygierende Energie.

   "2.8*. Vorrichtung nach Anspruch 25 - 27* gekennzeichnet durch Mittel, um die Temperatur der Schmelze durch Regeln, der Abnahme der Überschüssigen, Wärmeenergie auf einem bestimmten Wer/t zu halten» .

   BADORJGINAt 8&I$&Q/i3$f

   29. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch ]3, gekennzeichnet durch Mittel, um die Schmelze einer Strahlungsenergie auszusetzen, die an der Schmelze genügend Energie hat, um in dieser eine Aktivierung zu bewirken.

   50. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sich die angelegte Strahlungsenergie in dem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums befindet, der im wesentlichen dem Spektrum von Licht entspricht.

   31. Vorrichtung nach Anspruch 29 und j50, dadurch

   gekennzeichnet, daß eine Gasentladungslampe verv&dt wird, um die Schmelze einer Strahlungsenergie auszusetzen.

   52. Vorrichtung nach Anspruch 29 und j5Q, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Maser verwandt wird.

   33. ' Aktivierte Kryolith-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie dadurch hergestellt wird, daß das Kryolith-Aluminiumoxydgemäß dem Verfahren nach Anspruch 1-24 einer Beanspruchung ausgesetzt wird.

   Aktivierte Kryolith-Mischung nach Anspruch 33* dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungskraft durch Strahlung erzeugt wird.

   55. Aktivierte Kryolith-Mischung nach Anspruch 23* dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungskraft durch mechanischen Bruch des Materials erzeugt wird.

   - ^r50 -

   0 0 § 6 3 Ö / 0 $ Ä S _BAD OFIlGlHAt

   3β. Geschmolzener Elektrolyt *ur Verwendung in einer Hall-Zelle bei dem Verfahren nach Anspruch 1-24 zum Erhöhen der dielektrischen Konstante des Elektrolyten, dadsurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Elektrolyt Bariumoxyd, Bariumtitanat oder Titanoxyd ist.

   37· . Ziindelektrodenkonstruktion zum Anlegen von Impulsen mit hoher Energie an ein-geschmolzenes Salz, um das geschmolzene Salz gemäß dem Verfahren nach Anspruch I3-19 zu. aktivieren, gekennzeichnet durch zwei Elektroden, die in die Schmelze eingesetzt werden können, jede Elektrode einen isolierten Leitungsabschnitt aufweist, der sich vertikal in die Schmelze hineinerstreckt, und einen Schenkel, der unter einem Winkel von dem Leitungsabschnitt ausgeht und sich in Richtung auf eine vertikale Wand der Zelle erstreckt, die Schenkel der Elektroden aufeinander konvergieren, so daß der kleinste Abstand der Elektroden zwischen deren freien Enden vorhanden ist, so daß die Entladung der Impulse an diesen Schenkeln stattfinden kann.

   BAD ORIGINAL " .. 51 :.