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Elektrolytischer Zähler mit einem im Innern der Zelle eingebauten
mechanischen Zählwerk. Der voltametrische Elektrizitätszähler hat von Hause aus
nur einen beschränkten Meßbereich, da eine voltametrische Zelle, die den Hauptbestandteil
eines solchen Zählers bildet, naturgemäß nur eine begrenzte Menge der Stoffe fassen
kann, deren räumliche Umlagerung infolge des Stromdurchganges durch die Zelle für
die Messung der durchgegangenen Elektrizitätsmenge ausgenutzt wird. Man hat diesen
Nachteil zu beheben versucht durch Verbindung der Zelle mit einem mechanischen Zählwerk
in der Weise, daß die an den Durchgang einer bestimmten Einheitselektrizitätsmenge
gebundene Umlagerung der in die Zelle eingeschlossenen Massen einen Schaltschritt
des Zählwerkes auslöst und dabei zugleich die Zelle in den Anfangszustand zurückbringt.
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Bei allen bekannten Zählern dieser Art ist das Zählwerk außerhalb
der Zelle angeordnet, und es wird durch die '«'and der Zelle hindurch von der Umlagerung
der Massen in der Zelle beeinflußt. Bei den Zählern mit hermetisch verschlossenen
Zellen, beispielsweise mit zugeschmolzenen Zellen aus Glas, erfolgt diese Beeinflussung
entweder elektrisch über Leitungsdrähte, die in die Zellenwand eingeschmolzen sind,
oder magnetisch unter Verwendung eines beweglichen Eisenkörpers in der Zelle. Bei
einer anderen bekannten Form ist das Zählwerk durch eine Welle, die die Zellenwand
durchsetzt, mit einem beweglichen Körper in der Zelle, nämlich einem Kippgefäß,
verbunden. Aber keiner von diesen Zählern ist in die Praxis eingedrungen. Sie sind
alle zu kompliziert und zu wenig betriebssicher.
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Es ist auch ein Zähler bekannt geworden, bei dem das Zählwerk im Innern
der Zelle angeordnet ist. Es wird von einer Metalltrommel angetrieben, die als Zwischenelektrode
zwischen einer Anodenplatte und einer Kathodenplatte im Elektrolyt drehbar gelagert
ist und bei Stromdurchgang durch die Zelle dadurch in Drehung versetzt wird, daß
sie auf der Seite der Anode durch Metallniederschlag beschwert, auf der Seite der
Kathode durch Auflösung des Metalles erleichtert wird. Die Trommel schaltet bei
jeder Umdrehung das Zählwerk um einen Schritt weiter. Bei diesem Zähler sind zwar
die Nachteile vermieden, die den vorher erwähnten Zählern wegen der Anordnung des
Zählwerkes außerhalb der Zelle anhaften. Der Zähler hat aber dafür wieder den Nachteil
des begrenzten Meßbereiches wegen der Auflösung der Anode durch die Elektrolyse.
Auch dieser Zähler hat keine praktische Bedeutung erlangt.
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Um einen von den Mängeln dieser Vorläufer freien voltametrischen Zähler
mit mechanischem Zählwerk zu schaffen, wird nach der Erfindung das mechanische Zählwerk
mit einem Schaufelantrieb im Innern der Zelle eines Voltameters angeordnet, indem
eine durch die Elektrolyse umgelagerte Masse
durch die Schwerkraft
wieder in ihre Ursprungslage zurückgeführt wird, und zwar wird das Schaufelwerk
im Elektrolyt so angeordnet, daß es in die Rückführungsbahn dieser Mas-j-e hineinragt.
Solche Voltameter sind im besonderen das ZVasserstoffgasvoltameter, bei dem die
Kathode unten, die Anode oben in der Zelle angeordnet ist, und das Quecksilbervoltameter
mit der umgekehrten Anordnung der Elektroden. Bei diesen Voltametern wird die kathodisch
ausgeschiedene Masse, Wasserstoffgas, metallisches Quecksilber, durch den Unterschied
zwischen ihrer Dichte und der Dichte des Elektrolyts, also durch die Schwerkraft,
zur Anode zurückgeführt.
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Für die Ausführung des neuen Zählers wird die bekannte Form dieser
Voltameter bevorzugt, bei der (wie bei einem der bekannten Zähler mit außerhalb
der Zelle angeordnetem Zählwerk) ein Sammelgefäß für den kathodisch ausgeschiedenen
Stoff nach langsam erfolgter Füllung sich selbsttätig durch einen Heber entleert.
Diese Anordnung ,empfiehlt sich einmal, weil durch das Fassungsvermögen des Sammelgefäßes
und des anschließenden Heberschenkels die Einheitselektrizitätsmenge für das mechanische
Zählwerk genau festgelegt wird, dann, weil man kräftige Stöße für die Bewegung des
Zählwerkes erhält.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen eines solchen Gerätes
dargestellt, die sich in der Hauptsache nur durch verschiedenen Bau des Zählwerkes
voneinander unterscheiden. Die erste wird durch Abb. i in Seitenansicht, durch Abb.2
in Stirnansicht veranschaulicht. Abb. 3 zeigt in Seitenansicht die Abänderung einer
Einzelheit dieses Gerätes. Die zweite Ausführungsform zeigt Abb. 4. in Seitenansicht.
Es sind Zellengefäße aus durchsichtigem Glase und ein farbloser Elektrolyt vorausgesetzt,
so daß auch die im Innern der Zellengefäße angeordneten und die in den Elektrolyt
eingetauchten Teile gleich den Umrissen der Zellengefäße freiliegend erscheinen.
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Bei dem Gerät nach Abb. i und 2 'besteht das Zellengefäß in der Hauptsache
aus dem weiten Ballon i, dem unten an ihn angesetzten engeren Krümmer 2 und einem
ans Ende des Krümmers angesetzten Meßrohr 3, dessen Skala nicht gezeichnet ist.
Der Ballon i endet oben `in einen zugeschmolzen.en Rohrstutzen :1. Ans obere Meßrohrende
3 ist ein Heber mit dem absteigenden Schenkel 5 und dem aufsteigenden Schenkel 6
angesetzt. Das Ausflußende 7 des Hebers ist wieder in den Ballon i eingeführt und
mit seiner Wand verschmolzen.
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Die Zelle ist bis zu dem Spiegel 8 mit dem Elektrolyt gefüllt, einer
wässerigen Phosphorsäurelösung, darüber befindet sich Wasserstoffgas. Die bandförmige
Anode g wird von zwei Glasstiften i o, i i an der Wand des Ballons i getragen. Durch
den einen der Stifte ist der Zuleitungsdraht 12 eingeführt. Die Kathode 13 ist in
bekannter Weise als Taschenelektrode ausgeführt. Sie besteht aus einer Glasschale
i 4., die mit einem feinmaschigen Edelmetallnetz i 5 überspannt und mit einem Stiel
16 an der Wand des Krümmers 2 befestigt ist. Durch diesen Stiel ist der Zuleitungsdraht
17 des Drahtnetzes 15 eingeführt.
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Das Zählwerk ist aus Glas hergestellt; es ist im Innern des Ballons
i unter dem Elektrolytspiegel 8 angeordnet. Es besteht aus einem Schaufelrad 18
und einem Kastenrad i9 auf einer gemeinsamen Achse 2o. Die Achse ist in Augen 21,
22 eines gläsernen Rahmens 23 gelagert, der mit Füßchen 2,1 an die Wand des Ballons
i aasgeschmolzen ist. In Abb. i ist dieser Rahmen nicht gezeichnet. An die Achse
20 sind zwei Bunde 25 aus Glas aasgeschmolzen, die das seitliche Spiel der Achse
mit den Rädern begrenzen. Das Schaufelrad 18 hat zehn Schaufeln; das Kastenrad i
g ist ein hohles Prisma, dessen Grundfläche ein regelmäßiges Zehneck ist. Die Seiten
des Prismas sind mit den Ziffern o. bis g versehen, so daß das Kastenrad zugleich
als Ziffernrolle wirkt. Ins Innere des Kastenrades ist ein Tropfen Quecksilber 26
gebracht.
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Das Schaufelrad 18 ist so angeordnet, daß seine Schaufeln in die Bahn
der Massen hineinragen, die bei der Entleerung des Meßrohres 3 durch den Heber aus
seinem Ausfl.ußende 7 austreten. Die Einrichtung ist so ausgeführt, daß der Stoß
dieser Massen gegen eine Schaufel des Rades 18 gerade hinreicht, das Rad samt dem
Kastenrad i g um 1/,o einer Volldrehung im Uhrzeigersinn, Abb. i, weiterzudrehen.
Der QuecksLbertropfen 26 fließt dabei in die nächste Ecke des Kastenrades, die nunmehr
die tiefste Stelle einnimmt, und sichert dadurch das Zählwerk in der neuen Stellung.
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Bei der beschriebenen Anordnung des Ausflußendes 7 wird das Schaufelrad
nicht nur von dem Flüssigkeitsstrahl getroffen, der bei der Entleerung des Meßrohres
dem Wasserstoffgas vorangeht, sondern auch von den nachfolgenden Gasblasen. .Um
Unregelmäßigkeiten, die bei dem Entweichen der Gasblasen vorkommen können, unschädlich
zu machen, kann man das Ausflußende 7 des Hebers wie in Abb. 3 anordnen. Es ist
hier ungefähr tangential gegen eine Stelle des Umfanges des Schaufelrades 18 gerichtet,
die über der Drehachse 20 liegt. Dies hat die Wirkung, daß nur der (innerhalb der
Übrigen
Elektrolytmasse) austretende - Flüssigkeitsstrahl das Schaufelrad
beeinflußt, während das nachfolgende Gas aus dem Heberende ; nach oben in den Anodenraum
entweicht, ohne das Schaufelrad zu beeinflussen.
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Bei dem Gerät nach Abb. 4 ist die Zelle im wesentlichen ebenso gebaut
wie bei dem eben beschriebenen Gerät. Das Zählwerk zeigt die Besonderheit, daß daz;
Schaufelrad 18 als Becherrad mit vier Bechern 27 ausgeführt ist, die an einer hohlen
prismatischen Nabe 28 mit quadratischer Grundfläche befestigt sind. Neben dem Becherrad
sitzt auf der gleichen Achse 2o ein Armkreuz mit vier Armen 29. Diese Arme können
wie Zähne eines Zahnrades zwi>chen die Arme eines Armsternes 3o eingreifen, der
auf der Achse 31 des Rastenrades i9 sitzt. Das Rastenrad ist mit Zittern versehen
und mit dem Armstern 3o ebenso verbunden zu denken wie nach Abb.2 mit dem Schaufelrad
18. Die Achsen 31 und 20 sind in einem gläsernen. Rahmen gelagert zu denken, ähnlich
wie die Achse 2o in Abb. 2. Auch das Becherrad 18 ist als Rastenrad ausgebildet
durch die Einbringung des Quecksilbertropfens 32 ins Innere seiner hohlen Nabe 28.
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Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise Wenn sich das Meßrohr 3 entleert
- dies tritt ein, wenn sich das Meßrohr und der Heberschenkel 5 bis in die Höhe
des Heberknies mit Gas gefüllt haben -, so wird ein Teil des Gases, das aus dem
Ausflußende 7 des Hebers entweicht, von dem Becher 27 aufgefangen, der sich gerade
über dem Heberende befindet. Durch den Auftrieb des Gases im Becher wird das Becherrad
im Uhrzeigersinn gedreht, der Armstern 3o und das Rastenrad 19 werden durch einen
der Arme 29 mitgenommen und drehen sich gegen den Uhrzeigersinn um 1;1Q einer Volldrehung.
Diese Bewegung wird in der Hauptsache durch den Arm 29 bewirkt, durch den Quecksilbertropfen
26 im Rastenrad 19 vollendet. Hat sich das Becherrad 18 aus der gezeichneten Lage
um ungefähr 4.5' im Uhrzeigersinn gedreht, wobei der gasgefüllte Becher sich zu
entleeren beginnt, so fließt der Quecksilbertropfen 32 in die folgende Ecke der
Nabe 28 hinüber und dreht durch sein Gewicht das Becherrad vollends um 9o" gegen
seine Anfangsstellung, wobei das Gas aus dem Becher, der nun die höchste Stellung
einnimmt, vollends entweicht.
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Bei beiden Ausführungen ist der Meßbereich auf das Zehnfache des Meßbereiches
des Meßrohres erhöht.