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Verfahren und Vorrichtung zum Depolarisieren elektrolytischer Apparate.
Die Erfindung bezieht sich auf elektro-15tische Apparate sowie ein Verfahren zum
Depolarisieren derselben, um einen Strom von im wesentlichen gleichförmiger Stärke
darin aufrechtzuerhalten. Ein wesentlicher Zweck der Erfindung besteht in der Vermeidung
der Schwierigkeiten, welche bei Apparaten der genannten Gattung infolge der sogenannten
Polarisation und der Bildung einer isolierenden Gasschicht an den Stromkreiselektrolyten
entstehen und eine Abnahme oder ein praktisches Aufhören des wirksamen Stromes hervorrufen.
' Es ist bereits vorgeschlagen worden, in einen Stromkreis, der eine Stromquelle
und in einen Elektrolyt eingetauchte Elektroden enthält, eine um einen weichen Eisenkern
gewickelte Spule einzuschalten, so daß, wenn der Primärstromlauf durch Polarisation
oder Schichtbildung unterbrochen wird, ein induzierter Strom durch den Stromkreis
fließt und die Ursache beseitigt, die den ersten Stromfluß anhielt. Wenn sich auch
eine solche Anordnung bei gewissen Apparaten als genügend erwiesen hat, so hat sich
aber doch gezeigt, daß sie nur geringen Wert aufweist, wenn es sich um Ströme handelt,
die nur ein Potential von weniger als 4o oder 5o Volt haben.
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Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Depolarisiereii elektrolytischer
Apparate, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stromschwankungen,
welche in einem Stromkreis von der Polarisation oder einer Gasschicht herrühren,
einen Strom von relativ hoher Spannung induzieren und daß dieser hoch gespannte
Strom auf die zu depolarisierenden Flächen einwirkt.
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Bei größeren Elektroden ist es zweifelhaft, ob der Lauf eines Stromes
durch einen Stromkreis mit Elektrolvtzelle gänzlich unterbrochen wird. Jedoch wird
auch hier der Widerstand der die Elektroden umgebenden Gasschicht sowie die verzögernde
Wirkung des entgegengesetzten Polarisationsstromes schnell den Wert des ursprünglichen
oder Primärerregerstronies durch den Stromkreis hindurch auf das geringste Maß heruntersetzen.
Es ist daher klar, daß bei einer gegebenen E. M. Ii., wenn der Widerstand der Gasschicht
und die verzögernde Polarisationswirkung wesentlich verringert werden, eine Stromstärke
von größerem konstanten Wert erhalten werden kann.
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Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsformen einer zur
Durchführung des Verfahrens geeigneten Anordnung.
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Abb. i ist ein Schaltungsschema, das das Prinzip zur Beseitigung der
Polarisation darstellt.
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Abb. 2 ist ein Schaltungsschema einer abgeänderten Ausführung des
Stromkreises. Abb. 3 ist eine Abänderung der Abb. i mit einer Übertragungsvorrichtung,
Abb. 4 zeigt eine solche übertragun gsvorrichtung bei der Anordnung der Abb. 2.
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In Abb. i ist die Batterie A in einen Stromkreis eingeschaltet, der
einen Draht i, eine Drosselspule 2, einen Draht 3 und eine Primärwicklung 5 eines
Transformators 6 enthält. Von der Primärwicklung 5 führt ein Draht 7 nach einer
Elektrode g, die in den Elektrolyten W eines Behälters B eingetaucht ist. Von der
anderen ebenfalls in diesen Elektrolyten W eingetauchten Elektrode i o führt ein
Draht i i zu einer Drosselspule 12, von der ein Draht 13 nach der Batterie
A zurückgeht. Die Sekundärwicklung 15 des Transformators 6 ist mit einem Ende durch
den Draht 23 an den Draht 7 und mit dem anderen Ende durch den Draht 2o an den Draht
i i angeschlossen. Wenn der die Batterie A einschließende Stromkreis geschlossen
wird, so wird der Elektrolyt W durch den hindurchgehenden Strom mehr oder weniger
zersetzt, und es wird sich an den Elektroden Gas ansammeln, wobei der Grad der Elektrolyse
der Lösung von der Menge des den Stromkreis durchfließenden Stromes abhängig ist.
Die durch die Zersetzung der Lösung frei werdenden und sich an den eingetauchten
Elektroden
sammelnden Gase werden den Stromlauf schnell reduzieren.
Da die Sekundärwicklung 15 des Transformators 6 parallel zu dem Stromkreis geschaltet
ist, so wird ein Teil des Batteriestromes, entsprechend dem Widerstand der Sekundärwicklung
15, hierdurch in Nebenschluß gelegt. Die Primärwicklung 5 sowie die Sekundärwicklung
15 sind so induktiv verbunden, daß der momentan induzierte Sekundärstrom, der sich
bei der Entstehung des Primärstromkreises ergibt, durch den Teil des Stromkreises
fließen wird, der durch den Draht 23, Draht 7, Elektrode 9, Lösung W, Elektrode
io, Draht ii und Draht 2o angegeben ist. Da aber der bei der Bildung des Primärstromkreises
sich ergebende induzierte Strom verhältnismäßig schwach ist, so wird er teilweise,
wenn nicht ganz durch den Primärstrom neutralisiert, der durch die Sekundärwicklung
15 in den Nebenschluß gelegt ist. Der Primärerregerstrom erreicht schnell seinen
maximalen Stromlauf, jedoch wird infolge des Polarisationsgegenstromes und der in
der Elektrolytzelle durch die Elektrolyse der Lösung auftretenden isolierenden Gasschicht
ein mehr oder weniger schnelles Fallen in der Größe des Primärstromes unmittelbar
folgen. Wenn die Wirkung der Pirmärwicklung 5 abnimmt, wird in der Sekundärwicklung
15 ein Strom von relativ hoher Spannung induziert und durch die Drähte 2o und i
i, Elektrode io, Lösung W, Elektrode 9, Drähte 7 und 23 fließen, wobei die an den
Elektroden und l.esonders an der Elektrode io haftenden Gasteilchen zerrissen werden.
Da diese Gasteilchen eine elektrische Ladung mit zu der Polarität der Elektrode,
an der sie sich sammeln, entgegengesetzten Vorzeichen haben und der induzierte Sekundärstrom
in einer Richtung durch die Zelle fließt, die dem Primärerregerstrom entgegengesetzt
ist und eine Polarität mit demselben Vorzeichen wie die geladenen Gasteilchen hat,
so werden die letzteren von ihren zugehörigen Elektroden abgestoßen und durch den
Sekundärstromkreis zerrissen. Der entgegengesetzte Polarisationsstrom in der Zelle
wird also zerstreut oder entladen, in einer Weise, die gleich ist der Wirkung einer
Kondensatorentladung, und hat das Bestreben, durch den Stromkreis zu fließen, der
von der Elektrode 9, Draht 7, Draht 23, Sekundärwicklung 15, Draht 2o, 15raht i
i, Elektrode io sowie die Lösung W nach der Elektrode 9 gebildet wird. -Der entgegengesetzte
Strom wird den induzierten Sekundärstrom beim Zerstreuen der an den Elektroden haftenden
Gasteilchen unterstützen. Unmittelbar mit der Zerstreuung der Gasschicht und des
Gegenpolarisationsstromes wird der Primärstrom wiederum schnell auf einen Wert anwachsen,
bis er durch Polarisation und Gasbildung Leschränkt wird und der oben beschrierene
Vorgang sich wiederholt.
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Es ist klar, daß ein mehr oder weniger vollständiger Schwingungszyklus
in dem Teil des Stromkreises erzeugt wird, der die Elektrolytzelle und die Sekundärwicklung
15 enthält, und daß diese Schwingungen genügend schnell vor sich gehen, um die verzögernden
Polarisationswirkungen und die Gasschichtbildung in dem die Zelle durchfließenden
Primärstrom zu redezieren, und daß der Primärstrom daher einen konstanteren und
höheren Wert hat, als wenn die Polarisation und die Gasschichtbildung wirksam wären.
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Da die Sekundärspule 15 des Transformators 6 parallel zu dem Stromkreis
geschaltet ist, so wird der in der Sekundärspule induzierte Strom alternierend (Wechselstrom)
sein. Um irgendeine Einbuße seiner Wirksamkeit auf die Gasschicht an den Elektroden
durch einen gewissen Teil des durch die Batterie A zurückfließenden Sekundärstromes
zu verhindern, sind die Drosselspulen 2 und 12 in den Stromkreis eingeschaltet,
die die Übertragung irgendeines solchen alternierenden Stromes (Wechselstrom) durch
den Teil des Stromkreises verhindern, der die Batterie A in sich einschließt.
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Es ist klar, daß die depolarisierende Wirkung der in dem Sekundärstromkreis
induzierten Ströme zur Aufrechterhaltung des Durchflusses eines niedervoltigen Gleichstromes
durch einen Elektrolyten für den Zweck der Elektrolyse im weiten Maße in der Elektrochemie
und Elektrometallurgie angewendet werden kann.
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Eine gleich wirksame Stromkreisanordnung für einige Zwecke ist in
Abb.2 veranschaulicht. Hier ist eine dritte Elektrodenplatte 17 in die Lösung
W des Behälters B eingetaucht, wobei die Elektrode 17 durch den Draht
16 mit der Sekundärwicklung 15 des Transformators 6 verbunden ist. Die andere Seite
der Sekundärwicklung ist durch die Drähte 2o und i i. wie in Abb. i, mit der Elektrode
io verbunden. Bei dieser Stromkreisanordnung werden die Wirkungen des induzierten
Sekundärstromkreises auf Depolarisierung und .Zerstörung der Gasschicht an der Elektrodenplatte
ro lokalisiert. Die Stromkreisanordnung nach Abb.2 hat besonderen Wert für gewisse
Arten von elektrolytischen Vorrichtungen, z. B. für Elektroplattierungsbäder, in
denen die depolarisierenden induzierten Ströme an der Kathode lokalisiert und konzentriert
werden können. Die Wirkung des Stromkreises nach Abb. 2 ist im wesentlichen dieselbe
wie sie mit Bezug auf Abb. i beschrieben ist.
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Die abgeänderten Stromkreise nach Abb. 3 und ¢ enthalten die mit dem
Draht 3 in Reihe geschaltete übertragungsvorrichtung 4 und
werden
verwendet, wenn es gewünscht wird, irgendeine Art von Anzeige zu machen, z. B. daß
der Elektrolyt verdampft oder in anderer Weise außer Berührung mit den Elektroden
gekommen ist. Die Übertragungsvorrichtung d. kann ebenfalls verwendet werden, wenn
es, wie bei Elektroplattierungsbädern und anderen elektrochemischen und elektrometallurgischen
Verwendungen erwünscht ist, anzuzeigen, daß der Widerstand des Primärstromkreises
sich innerhalb gewisser vorher bestimmter Grenzen durch eine Änderung in der Temperatur
oder Dichte des Elektrolyts ändert. Der Elektromagnet 4 ist der einfache Typ einer
Übertragungsvorrichtung, die in den Stromkreis eingeschaltet wird. Es kann aber
irgendeine andere Übertragungsvorrichtung je nach der besonderen Verwendung der
Erfindung an seine Stelle gesetzt werden, oder aber es kann auch die Übertragungsvorrichtung
in einigen Fällen weggelassen werden.
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Bei der besonderen Ausführung nach Abb. 3 und .4 kann der Elektromagnet
4 als Relais zur Regelung eines Signalstromkreises wirken, der aus dem Anker 25
des Elektromagneten q., mit Vorderkontakt 26 und Hinterkontakt 27 besteht, welch
letzterer für sich durch Drähte 28 und 29 mit geeigneten Signalmitteln oder anderen
Übertragungsvorrichtungen, z. B. 30 und 31, verbunden sind, von denen Drähte 33
und 34. zu dem Draht 35 führen, der mit einer Seite der Batterie 36 verbunden ist,
deren andere Seite durch den Draht 37 an den Anker 25 angeschlossen ist. Der Anker
25 wird den einen oder den anderen der Zweigstromkreise über die Vorrichtungen
30 und 31 schließen, je nach dem Zustand des Stromkreises in der elektrolytischen
Zelle. Bei dieser Anwendung der Erfindung ist der Hauptzweck der, eine andauernde
Erregung des Stromkreises zu ermöglichen, und zwar ohne Behinderung durch Polarisationswirkung.
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Wenn die Übertragungsvorrichtung q. in Verbindung mit der Stromkreisanordnung
nach Abb. i und 3 verwendet wird, muß die Wicklung der Sekundärspule 15 so proportioniert
sein, daß sie einen Widerstand gleich oder größer als der totale Widerstand des
Primärstromkreises hat, und die Relaisspule d. rnuß derart sein, daß sie durch den
kleinen Betrag des durch die Sekundärwicklung 15 fließenden Stromes nicht genügend
erregt wird, tun den Anker 25 zu halten, wenn im Primärstromkreis eine oder beide
Elektrodenplatten 9
und io außer Berührung mit der Lösung bf' kommen und der
Strom ül:er die Spule 15 in den Nehenschluß gelangt.