Neuntes Kapitel. Die Verwendung der Akkumulatoren.

Die Verwendung der Akkumulatoren ist eine so vielseitige, daß es ganz ausgeschlossen ist, sie in diesem kleinen Werkchen auch nur einigermaßen erschöpfend zu behandeln.

1. Am wichtigsten ist die Verwendung der Akkumulatoren in elektrischen Anlagen. Wir beschränken uns hier auf den einfachsten Fall, nämlich auf die Zweileiteranlage, bei der die Batterie parallel zur Dynamo geschaltet wird. Machen wir uns zunächst klar, welchen Nutzen die Verwendung der Akkumulatoren gewährt. Eine Lampe brennt nur dann ruhig, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Zuleitungsdrähten konstant ist. Bei reinem Maschinenbetrieb ist es aber ganz unmöglich, in einer Anlage mit stark schwankendem Konsum die Klemmenspannung der Dynamo konstant zu halten[129]. Ist nun eine Akkumulatorenbatterie parallel zur Dynamo geschaltet, so werden durch sie die Schwankungen ausgeglichen, so daß die Lampen ein gleichmäßiges Licht ausstrahlen. Ja, man kann, wenn man Akkumulatoren zu Hilfe nimmt, Kraftmaschinen benutzen, die an und für sich nicht sehr regelmäßig laufen, z. B. Wasserräder. Sodann ermöglichen die Akkumulatoren eine ökonomische Ausnutzung der Maschinen. Bekanntlich nämlich arbeiten Dampfmaschinen und Dynamos mit dem günstigsten Wirkungsgrade, wenn sie voll belastet sind. Ist nun der Konsum gering, so kann die Dynamo Strom an die Batterie abgeben; wird die Netzbelastung so groß, daß eine Dynamo zu stark belastet sein würde und zwei zu schwach, so gibt die Batterie so lange Strom ab, bis es sich lohnt, die zweite Dynamo in Betrieb zu setzen. In den frühen Morgen- und späten Abendstunden ist die Energieabgabe der Zentrale meistens so gering, daß eine Dynamomaschine verhältnismäßig schwach belastet sein würde. Man überträgt dann der Batterie die Stromlieferung. Hierdurch wird nicht nur eine nicht unbedeutende Ersparnis an Betriebsmaterial, sondern auch eine einfachere und billigere Bedienung ermöglicht.

Bei kleineren Anlagen können die Akkumulatoren im Sommer die Speisung der Lampen usw. eventuell ganz übernehmen.

Die stete Bereitschaft der Akkumulatoren kann endlich unter Umständen von großem Nutzen sein (Reparaturen an Maschinen usw.). Durch die Batterie wird also die Betriebssicherheit bedeutend erhöht, sie bildet die letzte, aber durchaus zuverlässige Reserve.

Der Umstand, daß sich die Spannung des Akkumulators sowohl während der Entladung als auch besonders während der Ladung ändert, bedingt die Anwendung eines besonderen Apparates, des Zellenschalters. Da während der Entladung die Klemmenspannung der Elemente langsam sinkt[130], so muß man, wenn die Spannung in der Zentrale möglichst auf konstanter Höhe gehalten werden soll, von Zeit zu Zeit eine der in der Reserve stehenden Zellen zu den bereits an der Stromlieferung beteiligten hinzuschalten. Bei 110 Volt z. B. genügen bei Beginn der Entladung etwa 55 Elemente, ist die Spannung jeder Zelle bis zu 1,97 Volt gesunken, so fehlen ca. 1,8 Volt, so daß die Zelle Nr. 56 hinzugeschaltet werden muß. Da man bis zu etwa 1,8 Volt entlädt, so sind 61 Zellen erforderlich[131], von denen die 6 letzten als Schaltzellen dienen. Diese werden natürlich nicht so stark beansprucht wie die Elemente 1 bis 55. Wird nun geladen, so fangen die Schaltzellen früher an zu gasen und müssen abgeschaltet werden.

Fig. 30.

Derjenige Apparat, der es ermöglicht, nach Bedarf Zellen ab- oder hinzuzuschalten, ist der Zellenschalter. Das Prinzip desselben soll an der Hand der Fig. 30 erläutert werden. Die 6 letzten Zellen der Batterie sind mit I, II bis VI bezeichnet und durch Drähte mit den Kontaktstücken c₁ bis c₆ des Zellenschalters verbunden. Diese und ebenso der drehbare Schleifkontakt H sind auf einer gut isolierenden Unterlage montiert. Die Nutzleitung ist mit dem positiven Pole der letzten Zelle und mit dem Hebel verbunden. Befindet sich H in der Lage 1, so fließt der Strom durch die Nutzleitung, die Lampen L, nach a, über c₂ zum negativen Pole der Schaltzelle II. Die mit III bis VI bezeichneten Elemente sind also an der Stromlieferung nicht beteiligt. Dreht man H in die Lage 2, so sind alle Zellen eingeschaltet.

Soll der Strom während des Hinzu- oder Abschaltens einer Zelle nicht unterbrochen werden, so muß der Hebel H den folgenden Kontakt schon berühren, bevor er den vorhergehenden verläßt.

Liegt nun H beispielsweise zugleich auf c₂ und c₃, so ist die Zelle III kurz geschlossen; denn ihr positiver Pol ist durch die nach c₂ und c₃ gehenden Verbindungsdrähte, durch den Hebel und die beiden erwähnten Kontaktstücke mit dem negativen Pole verbunden. Durch den Kurzschluß kann die Zelle Schaden leiden. Um den Übelstand zu beseitigen, schaltet man zwischen die Kontaktstücke c₁, c₂ usw. kleinere Kontaktstücke a, b, c usw., die sogenannten Zwischenkontakte, und verbindet, wie es aus der Fig. 31 zu ersehen ist, die Zwischen- und die Hauptkontakte durch Widerstände w. Natürlich darf jetzt der Schleifkontakt nicht so breit sein, daß er zwei Hauptkontakte, z. B. c₁ und c₂, gleichzeitig berührt.

Fig. 31.

Bei der durch unsere Figur angedeuteten Anordnung muß für jede Schaltzelle ein besonderer Zwischenwiderstand vorgesehen werden. Man kommt aber mit einem Zwischenwiderstand aus, wenn man den Schleifkontakt H (Fig. 30) der Länge nach halbiert und die gegeneinander isolierten Hälften durch einen Widerstand (eine Drahtspirale) miteinander verbindet. Die Zwischenkontakte a, b, c usw. der Fig. 31 können bei dieser jetzt meistens benutzten Anordnung in Wegfall kommen. Um aber eine ganz ebene Schleiffläche für die Kontaktbürste zu erzielen, legt man zwischen die Kontaktstücke Scheiben aus Glas oder Schiefer.

Fig. 32.

Ein solcher Einfachzellenschalter ist in Fig. 32 abgebildet.

Schaltung. In Fig. 33 ist die Parallelschaltung mit Einfachzellenschalter schematisch dargestellt. Die Batterie kann nicht gleichzeitig Strom aufnehmen und abgeben. Während der Ladung hat die Maschine D eine höhere Spannung als die normale, die wir zu 110 Volt annehmen wollen. Dem Zellenschalterhebel h gibt man eine solche Lage, daß die Spannung der zwischen ihm und dem Punkte e liegenden Zellen 110 Volt beträgt, die Lampen L also mit normaler Spannung brennen. Der von der Maschine kommende Strom teilt sich an dem Schleifkontakte h des Zellenschalters; durch die Zellen, die rechts von dem Schalthebel (zwischen h und d) liegen, fließt also der ganze Maschinenstrom, durch die anderen Elemente die Differenz zwischen diesem Strome und dem durch die Lampen gehenden. Die zuerst erwähnten Zellen sind also früher geladen (auch aus dem Grunde, weil sie bei der Entladung weniger stark beansprucht wurden). Da sie aber nicht abgeschaltet werden können, so müssen sie so lange Strom aufnehmen, bis die übrigen Zellen vollgeladen sind. Dies hat zwei Nachteile; erstens ist hierdurch ein nicht unbedeutender Arbeitsverlust bedingt, zweitens ist das jedesmalige Überladen den Elementen schädlich. Daher ist der Betrieb mit Doppelzellenschalter vorzuziehen.

Fig. 33.

Die Anzahl der Schaltzellen ist bei der Schaltung nach Fig. 33 eine große. Sind z. B. bei 110 Volt 61 Zellen vorhanden, und rechnen wir als Endspannung einer Zelle bei der Ladung 2,75 Volt, so dürfen gegen Ende der Ladung nur 110:2,75 = 40 Elemente mit dem Netze verbunden sein; es müssen also 21 Zellen abschaltbar sein.

Die Schaltung bei Verwendung eines Doppelzellenschalters ist in Fig. 34 dargestellt[132]. Der Betrieb gestaltet sich folgendermaßen:

a) Die Batterie und die Dynamo D geben Strom ab (Parallelbetrieb). Der Hebel v des Umschalters liegt auf dem Kontakte 2, hat also die in der Figur angedeutete Lage; der Entladehebel c₁ des Doppelzellenschalters wird so lange gedreht, bis die Spannung der zwischen B und c₁ liegenden Zellen gleich ist der Klemmenspannung der Maschine. Diese wird gemessen, wenn man den Hebel des Voltmeterumschalters auf den mit 3 bezeichneten oder auf den zur Leitung 4 (oder 5) zugehörigen Kontakt legt[133]. Ob die Batterie Strom abgibt oder aufnimmt, erkennt man an dem Stromrichtungszeiger R, der aus einer durch den Strom abgelenkten Magnetnadel besteht.

Fig. 34.

D = Dynamo, E = Automatischer Schwachstromschalter, B = Bleisicherung, A₁, A₂ = Ampermeter, V = Voltmeter, R = Stromrichtungsanzeiger.

b) Ladung. v liegt auf 1; die Meßleitung 5 steht also jetzt mit dem Ladehebel in Verbindung. Ehe die Maschine auf die Batterie geschaltet wird, muß sie bis zu einer Spannung erregt werden, die etwas höher ist als die Spannung der Batterie (siehe auch S. 94). Die Maschinenspannung bei geöffnetem Stromkreise (der Schwachstromautomat E ist noch nicht eingeschaltet) wird gemessen, wenn man den Hebel des Voltmeterumschalters auf den Kontakt der Leitung 4 legt; die Batteriespannung erhält man, wenn man c auf das Kontaktstück der letzten Zelle dreht und das Voltmeter mit der Leitung 5 verbindet. Der Maschinenstrom fließt durch die zwischen c und c₁ liegenden Zellen und teilt sich bei c₁, indem ein Teil durch den Entladehebel nach den Lampen L, ein Teil durch die links von c₁ liegenden Zellen geht. Natürlich muß c₁ so gedreht werden, daß die Spannung der zuletzt erwähnten Elemente 110 Volt beträgt.

Feststellung der richtigen Type. Es ist von Wichtigkeit, daß man bei einer solchen Anlage die richtige Akkumulatorentype wählt. Um diese zu erhalten, bestimmt man die verlangte Leistung in Amp.-Stdn. — sie sei Q — und die höchste vorkommende Entladestromstärke. Der Akkumulator muß so bemessen werden, daß er mit dem Strome J beansprucht werden darf und seine Kapazität auch bei Entladung mit dem Strome J mindestens gleich Q ist[134]. Natürlich wählt man im Zweifel lieber eine zu große Type.

Pufferbatterien. Batterien, die den Zweck haben, die Stöße, die durch starke und schnell wechselnde Belastungsschwankungen auf die Maschinen ausgeübt werden, von den letzteren fernzuhalten, nennt man Pufferbatterien. Ihre Verwendung gewährt also den Vorteil, daß die Belastung der Dynamo eine gleichmäßigere und daher ihre Lebensdauer und ihr Wirkungsgrad höher sind; ferner wird die Betriebssicherheit erhöht. Von Wichtigkeit ist auch, daß, wenn eine Pufferbatterie projektiert wird, die Maschinenanlage nicht dem nur für kurze Zeit vorhandenen maximalen Strome, sondern dem mittleren Konsume zu entsprechen braucht. Besonders bei elektrischen Bahnanlagen finden solche Batterien ausgedehnte Verwendung. Hier — zumal bei kleiner Anzahl der Wagen — können größere Belastungsänderungen durch das Halten und Anfahren der Wagen und durch stärkere Steigungen verursacht werden. Die Pufferbatterie soll, wenn die Klemmenspannung der Dynamo, mit der sie parallel geschaltet ist, bei stärkerer Zunahme der Netzstromstärke J abzufallen beginnt (Ankerrückwirkung), Strom in die Leitung schicken und Strom aufnehmen, wenn J unter den normalen Betrag sinkt. Könnte die Batterie ihre Aufgabe in vollkommener Weise erfüllen, so würden Dynamo und Dampfmaschine stets gleichmäßig belastet sein und mit dem günstigsten Wirkungsgrade arbeiten.

Soll die Batterie nur die Belastungsschwankungen ausgleichen, so gibt sie im Laufe eines Tages ungefähr so viel Strom ab, wie ihr zugeführt wird; wählt man die Batterie so groß, daß sie im Notfalle eine oder mehrere Maschinengruppen vertreten kann, oder regelmäßig bei schwachem Konsume den Strombedarf deckt, so wird sie zur Kapazitätsbatterie.

Das Verhalten einer Pufferbatterie während des Betriebes erfordert ein eingehendes Studium, da eine ganze Reihe von Momenten zu berücksichtigen ist; hier können nur einige Andeutungen Platz finden. Daß die Dynamo mit konstantem Strome arbeitet, ist ganz ausgeschlossen. Denn wenn das der Fall wäre, so wäre ihre Klemmenspannung ebenfalls konstant, und dann könnte die Batterie weder Strom aufnehmen noch Strom abgeben. Die Spannung der Dynamo muß sich also mit der Belastung ändern. Wenn z. B. der Verbrauchsstrom wächst, so muß zunächst die Klemmenspannung der Dynamo abfallen, diese aber sinkt erst dann, wenn die Maschine einen stärkeren Strom abgibt[135].

Die Pufferwirkung ist, was die Batterie anbelangt, abhängig von dem Spannungsabfall bei Stromabgabe und von dem Spannungsanstieg bei Stromzufuhr, und zwar nicht nur dem dem inneren Widerstande entsprechenden, sondern vor allem dem durch die Änderung der elektromotorischen Kraft verursachten. Dieser letztere Teil hängt von der Stromdichte und der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Konzentration der Säure in den Poren der wirksamen Masse ändert, also von der Plattenkonstruktion und von der Porosität der aktiven Masse. Auch die Dauer der Entladung und der Ladezustand der Zellen spielen eine Rolle. Eine Zelle, die fast bis zur Gasentwicklung geladen ist, verhält sich, wenn man zur Entladung übergeht, anders wie eine Zelle, die nahezu erschöpft ist[136]. Bei größerer Stromaufnahme steigt die Klemmenspannung eines Akkumulators schnell, mag das Element fast entladen oder nahezu voll geladen sein (man vergleiche die Kurve Fig. 35 mit derjenigen in Fig. 7 a. S. 81).

Fig. 35.

Am ungünstigsten dürften die Verhältnisse liegen, wenn sich an eine Periode schwachen Konsums, in der die Batterie Strom aufnimmt, sofort eine Periode stärkeren Stromverbrauchs, verbunden mit Stromabgabe seitens der Batterie, anschließt; denn es wird dann in ganz kurzer Zeit auch bei geringer Stromabgabe die Zellenspannung stark abfallen.

Soll die Batterie dauernd ihre Kapazität behalten, so muß sie in jeder Woche (nach den Vorschriften der Akkum. Fabr. Akt.-Ges.) zweimal mindestens mit ihrer halben Kapazität beansprucht werden, außerdem muß sie täglich bis zu 2,75 Volt pro Zelle geladen werden. Sieht man von dieser umständlichen Behandlung ab, so erfolgt geringe Sulfatierung, die Batterie wird dann in irgend einem Bedarfsfalle nicht die volle Kapazität abzugeben in der Lage sein, jedoch immer noch allen praktischen Anforderungen gerecht werden.

Die Entladung darf mit der der einstündigen Beanspruchung entsprechenden Stromstärke geschehen. Die Kapazitäts-Batterie soll möglichst oft zur Arbeitsleistung herangezogen werden und täglich morgens vor Beginn des Maschinenbetriebes und abends nach Stillsetzen der Maschinen zur Stromabgabe benutzt werden.

Um die Pufferwirkung, die an und für sich wegen der schnellen Änderungen der elektromotorischen Kraft nicht in befriedigender Weise erfolgt, zu erhöhen, hat man besondere Schaltungen ersonnen. Eine häufig angewandte Anordnung besteht in der Verwendung der Piranischen Pufferzusatzmaschine. Diese wird durch einen Elektromotor angetrieben und hat 2 Magnetwicklungen. Die eine, mit hohem Widerstande, ist mit den Polen der Akkumulatorenbatterie verbunden, die zweite, von geringem Widerstand, ist einem vom Netzstrome durchflossenen Widerstande parallel geschaltet. Die beiden Ströme wirken im entgegengesetzten Sinne magnetisierend. Der normale Netzstrom sei J und der augenblickliche J¹. Ist J = J¹, so heben sich die beiden Erregerströme auf, die Zusatzmaschine entwickelt keine Spannung, und der Akkumulator gibt keinen Strom ab. Ist J¹>J, so hat die Maschine eine Spannung, die sich zu derjenigen der Batterie addiert, so daß sie Strom abgibt, etc.

Auch bei Drehstrom gelangen Akkumulatorenbatterien zum Puffern zuweilen zur Anwendung[137]. Man kann an das Netz einen Motorgenerator, d. h. einen Drehstrommotor, der eine Gleichstrommaschine antreibt, oder einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer anschließen. Die Gleichstromseite ist mit einer Batterie parallel geschaltet. Wenn nun in der Zentrale die Umdrehungszahl der Drehstromdynamo sinkt, so sinkt auch diejenige des Motors bezw. Umformers, die Gleichstrommaschine hat niedrige Spannung und die Batterie gibt Strom ab. Der Umformer wird durch Gleichstrom angetrieben und wirkt als Drehstromgenerator, d. h. er gibt Strom an das Netz ab. Umgekehrt nimmt die Batterie Strom auf, wenn sich die Umdrehungszahl der Motordynamo erhöht. Die Anordnung ist besonders dann am Platze, wenn der Kraftbedarf sehr stark schwankt, wie es z. B. bei Fördermaschinen in Bergwerken der Fall ist.

Umwandlung der Spannung. Bei großen elektrischen Anlagen benutzt man zuweilen auch Akkumulatorenbatterien, um die hohe Netzspannung in niedrigere Gebrauchsspannung umzuwandeln. Nehmen wir z. B. an, daß man Bahnstrom von 600 Volt einer an der Bahnstrecke gelegenen Gemeinde für die Speisung von Lampen von 110 Volt zuführen will. Man kann dann an dem betreffenden Orte etwa 220 Zellen, die in Reihe geschaltet sind, durch den Bahnstrom direkt oder durch eine Motordynamo laden, die durch den Bahnstrom angetrieben wird. Bei der Entladung bildet man aus der großen Batterie Gruppen, die parallel geschaltet werden.

Akkumulatorenwagen für Bahnbetrieb. In den letzten Jahren sind wieder vielfach Versuche mit Akkumulatoren-Triebwagen gemacht worden. Diese sollen dem Zwecke dienen, auf Haupt- und Nebenbahnen, wo ein genügendes Bedürfnis vorhanden ist, einen Zwischenverkehr neben den großen durchgehenden Hauptzügen zu ermöglichen (Vorortverkehr, Anschluß an Stationen, wo Schnellzüge halten usw.). Nach dem Entwurf des Geheimen Baurats Wittfeld sind für die preußischen Staatsbahnen Akkumulatoren-Doppelwagen[138] ausgeführt worden. Ein solcher besteht aus zwei kurzgekuppelten zweiachsigen Einzelwagen, von denen jeder in einem Vorbau mit einer Achse eine Akkumulatorenbatterie enthält. Diese besteht aus 168 Zellen mit 368 Amp.-Stdn. Kapazität. Die Wagen können ca. 100 km mit voller Belastung zurücklegen. Lötverbindungen sind vermieden, so daß man die einzelnen Teile (Hartgummikästen) leicht herausnehmen kann (Akk.-Fabrik, Akt.-Ges.). Auf pfälzischen Bahnen sind seit längerer Zeit mit Akkumulatorenwagen so günstige Erfahrungen gemacht worden, daß eine größere Anzahl von Wagen in Auftrag gegeben wurde.

Elektromobile. An die Batterien für Elektromobile werden besondere Anforderungen gestellt: Möglichst geringes Gewicht pro Einheit der Leistung, ohne daß die Lebensdauer zu sehr herabgesetzt wird (siehe S. 164), große Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Erschütterungen, die während der Fahrt oft recht stark sein können, Unempfindlichkeit gegen Überlastungen (Anfahren etc.), möglichst geringe Raumbeanspruchung. Für jede Tonne Gewicht, das zu bewegen ist, ist eine gewisse Zugkraft nötig (13-30 kg), die man als Traktionskoeffizient bezeichnet. Dieser hängt von verschiedenen Umständen ab: von der Bereifung (Vollgummi, Pneumatik, Eisen), von dem Totalgewichte selbst, vor allem von der Beschaffenheit und dem Zustande der Straßen. Ein Personen-Elektromobil erfordert etwa 3 PS. bei 20 km Geschwindigkeit einschl. Energie-Verlust im Motor und Kontroller, der durchschnittlich etwa 25% beträgt. Da schon geringe Steigungen recht hohe Anforderungen an die Batterie stellen, so sind in bergischen Gegenden Elektromobile nicht am Platze. Sie kommen einstweilen nur für Städte in Frage. (Näheres siehe Kammerhoff l. c. S. 116, ferner seien hervorgehoben die Arbeiten von E. Sieg in der E. T. Z. 1905, S. 311 und in E. T. Z. 1906, S. 1017.)

Sieg weist nach, daß der Akkumulator für Elektromobile pro 1 kg Gewicht mindestens 30 Wattstunden leisten muß, wenn er bei den üblichen Geschwindigkeiten von 25-30 km in der Stunde die geringsten Betriebskosten fordern soll. Die Platten werden in der früher beschriebenen Weise durch gewellte Hartgummischeiben oder Holzbrettchen gegeneinander isoliert. Die übliche Zellenzahl ist 40-44, entsprechend 110 Volt Endspannung bei der Ladung. Die Akkumulatoren werden in Holzkästen untergebracht. Der Antrieb erfolgt am besten durch die Vorderräder; die Motoren werden entweder unmittelbar mit dem Rade gekuppelt oder in dieses eingebaut, oder man kann den Motor durch Zahnradübersetzung auf die Räder wirken lassen.

Auch bei Automobilen mit Benzinmotoren finden Akkumulatoren Anwendung und zwar für die Beleuchtung, die elektrische Huppe, als Zünderzellen etc.

Im Telegraphenbetrieb sind die Akkumulatoren besonders dann den Primärelementen überlegen, wenn es sich um den Betrieb langer Kabelleitungen handelt. Bei diesen spielt die elektrostatische Kapazität eine wichtige Rolle. Bei jedem Zeichen nämlich, das telegraphiert wird, d. h. bei jedem Stromschluß, muß das Kabel zunächst durch die Stromquelle geladen werden; die Ladung verläuft aber umso schneller, je kleiner der innere Widerstand der Batterie ist. Durch Verwendung von Akkumulatoren wird somit die Telegraphiergeschwindigkeit vergrößert. Bei vielen Ämtern werden seit Jahren Sammler von 14 Amp.-Stdn. Kapazität verwendet, die entweder aus Kupferelementen oder aus dem Netz des Elektrizitätswerkes geladen werden.

Im Telephonbetrieb haben sich Akkumulatoren als Stromquellen für die Vermittlungsämter und bei dem Vielfachsystem mit Zentralbatteriebetrieb[139] gut bewährt. Dagegen scheinen ausgedehnte Probeversuche, den Akkumulator als Stromquelle für die Mikrophone bei den einzelnen Sprechstellen zu verwenden, nicht zu einem befriedigenden Resultate geführt zu haben, indem die wegen des Mangels einer — kaum durchzuführenden — genügenden Überwachung der einzelnen Elemente häufig vorkommende Sulfatierung der Platten und die damit verbundene Schwierigkeit der Ladung große Unterhaltungskosten verursachen[140].

Am besten dürften sich für Telephonbetrieb Akkumulatoren mit Masseplatten bezw. Faureplatten eignen, da bei diesen die Selbstentladung während der Ruhepausen geringer ist als bei Großoberflächenplatten und daher auch die Gefahr, daß Sulfatierung erfolgt (s. S. 111).

Sogenannte Kleinakkumulatoren finden zahlreiche Verwendungen, von denen noch folgende hervorgehoben seien: Beleuchtung von Lampen in Wagen, tragbare Lampen (Taschenlampen, Handlampen), Beleuchtung von Treppen, Antrieb von kleinen Ventilatoren usw.

Verwendung der Akkumulatoren im Laboratorium (Lehrzwecke, therapeutische Zwecke etc.). Bei sachgemäßer Behandlung bilden die Akkumulatoren eine Stromquelle, die allen Anforderungen in bester Weise genügt; sie sind stets betriebsbereit, die Bedienung und Kosten sind im Vergleich zu Primärelementen außerordentlich gering, man kann längere Zeit nahezu konstanten und starken Strom entnehmen. Versagt ein Akkumulator frühzeitig, so ist der Grund fast immer in Fehlern zu suchen, die bei der Behandlung gemacht worden sind; vor allem wird oft gegen die Vorschriften gesündigt, daß eine gewisse Stromstärke bei der Entladung nicht überschritten werden darf, daß die Entladung nur bis zu einem gewissen Punkte getrieben werden darf und daß zwischen Entladung und Ladung nur eine kurze Zeit liegen soll.

Am besten werden Glaszellen verwendet, damit man das Innere besichtigen kann. Werden die Elemente bald hier, bald dort verwendet, so stellt man sie in mit Griffen oder Tragriemen versehene Holzkästen, deren Höhe etwa ²⁄₃ der Höhe der Zelle beträgt, oder bei denen die Vorder- und Hinterwand zum Teil herausgenommen sind, wie es die Fig. 36 zeigt.

Fig. 36.

Damit man die Spannung leicht ändern kann, befestigt man an einer Seite des Kastens ein Schaltbrettchen, dessen Kontaktstücke mit den Polen der einzelnen Zellen verbunden sind. Durch Stöpsel, die man in die zwischen den Kontaktstücken befindlichen Löcher schiebt, kann man die Schaltungen vornehmen, z. B. kann man bei 4 Zellen auf 2, 4 und 8 Volt schalten. Zu beachten ist, daß man nicht durch falsche Stöpselung Kurzschluß herstellt. Bequemer ist die Verwendung eines Pachytrops, einer Einrichtung, bei der die verschiedenen Schaltungen durch Drehen einer Walze oder eines Rades vorgenommen werden; die Herstellung von Kurzschluß ist ausgeschlossen. In Fig. 37 ist eine Batterie aus 12 Elementen, wie sie von Kohl in Chemnitz in den Handel gebracht wird, abgebildet. Die auf der Pachytropwalze schleifenden federnden Kontaktstreifen sind mit den Polen der Elemente durch Drähte verbunden, die durch Klemmen festgehalten werden, so daß man jedes einzelne Element zwecks Besichtigung leicht aus dem Kasten heben kann.

Fig. 37.

Für kleine Batterien, die nur selten ganz entladen werden, sind Faure-Platten (als positive und negative) den Großoberflächenplatten vorzuziehen, da bei ersteren die Selbstentladung und daher auch die Gefahr, daß Sulfatierung eintritt, geringer ist als bei letzteren. Zu beachten ist auch, daß die Zellen zuweilen ganz entladen werden müssen (s. Kap. 7). Werden die Akkumulatoren oft transportiert, so fällt leicht aktive Masse heraus, durch die ein Kurzschluß bewirkt werden kann. Es empfiehlt sich daher, bei solchen Zellen den Plattenabstand reichlich groß zu wählen.

Für viele Untersuchungen, z. B. über die Bewegung der Elektrizität durch Gase, sind Hochspannungsbatterien die besten Stromquellen, weil sie bei der geringen erforderlichen Stromstärke den Elektroden der Röhre lange Zeit konstante Spannung zuführen. Größere Verbreitung hat die Hochspannungsbatterie nach Feußner[141] gefunden. In einem auf Rollen laufenden starken Eichenschrank befinden sich 500 kleine Elemente mit je einer positiven und einer negativen Elektrode. Als Glasgefäß dienen Pulverflaschen. Damit keine Säure herauskriechen und Nebenschlüsse herstellen kann, werden die Gläser mit einer Harzschicht luftdicht zugegossen; für die bei der Ladung auftretenden Gase wird ein besonderer Austrittsweg (Glasröhrchen) vorgesehen. Die die einzelnen Gruppen (25 Elemente) tragenden Bretter ruhen auf 4 Porzellanglocken. Zwei Schaltleisten aus Hartgummi mit Hartgummigriffen gestatten mit einem Handgriff Parallelschaltung der Batterie zur Ladung mit 125 Volt oder Hintereinanderschaltung auf 1000 Volt vorzunehmen. Die Kapazität beträgt ca. 1 Amperstunde bei 0,1 Amp. Entladestrom.

Am Schlusse dieses Kapitels sei noch hervorgehoben, daß der Bleiakkumulator selbst ein interessantes Versuchsobjekt ist. Es seien folgende Versuche und Arbeiten erwähnt: Änderung der elektromot. Kraft am Anfang und gegen Ende der Ladung und Entladung, Bestimmung der Kapazität, Abhängigkeit der Kapazität von der Säuredichte, Ermittelung des Wirkungsgrades und des Nutzeffektes, Änderung der elektromot. Kraft mit der Säuredichte und der Temperatur (s. S. 42). Bei verschiedenen dieser Arbeiten muß eine genaue Messung der elektrom. Kraft vorgenommen werden. Dieser wichtigen Aufgabe sollen noch einige Worte gewidmet werden. In den meisten Fällen erhält man die gesuchte Größe mit hinreichender Genauigkeit, wenn man die Klemmen des nicht belasteten Akkumulators mit einem empfindlichen Voltmeter für kleine Spannungen verbindet. Da aber solche Voltmeter einen Strom von 120-110 Amp. verbrauchen, so macht sich bei kleinen Zellen schon die Konzentrationspolarisation bemerkbar. Am einwandfreiesten ist die Kompensationsmethode nach Poggendorff, bei der die elektromot. Kraft bestimmt wird, ohne daß die Zelle Strom abgibt. Das Prinzip dieser Methode ist folgendes: Es sei B in Fig. 38 eine Batterie von 2 kleinen Akkumulatoren, W ein Widerstand von 4000 Ohm, a c ein Widerstand von 6000 Ohm, X ein Normalelement, dessen elektromotorische Kraft E_n man genau kennt. Die Batterie gibt, wenn die Gleichgewichtsbedingung erfüllt ist, d. h. wenn durch den Nebenkreis a X G d kein Strom fließt, einen Strom von E10000 Amp. ab, wo E ihre elektrom. Kraft ist. Mithin beläuft sich der Spannungsverlust in a c auf 6000 . E10000 = 0,6 . E Volt (angenähert auf 2,4 Volt). Da auf jeden Fall die elektrom. Kraft des Normalelementes kleiner ist als 0,6 . E, so gibt es zwischen a und c einen Punkt d, so daß der dem Batteriestrom entsprechende Spannungsabfall von a bis d gleich E_n ist. Hat man diesen Punkt gefunden, so fließt durch das Galvanoskop G kein Strom. Der Widerstand zwischen a und d betrage W_n Ohm, dann ist E_n = W_n . E10000 Volt.

Fig. 38.

Jetzt wird das Normalelement durch den Akkumulator ersetzt, dessen elektrom. Kraft man messen will, und man sucht wieder einen Punkt zwischen a und c so, daß G stromlos ist; dieser sei d′. Der Widerstand in a d′ betrage W′ Ohm, damit ist X = W′ . E10000. Dividiert man diese Gleichung durch die vorige, so ergibt sich X = E_n . W′W_n.

In Wirklichkeit wird G mit C verbunden und man variiert die Potentialdifferenz zwischen a und c. Zu diesem Zwecke ersetzt man den Widerstand a c durch einen Stöpselrheostaten und ändert diesen so lange, bis durch G kein Strom fließt. Selbstverständlich müssen jetzt die vorigen Gleichungen etwas umgeändert werden.

Zwischen den Punkten a und c muß ein großer Widerstand liegen, damit es ausgeschlossen ist, daß das Normalelement einen stärkeren Strom abgibt. Solche Elemente dürfen nämlich nur mit ganz schwachem Strome (etwa 0,0001 Amp.) beansprucht werden. Dadurch, daß man auch für W einen Widerstand von mehreren tausend Ohm wählt, erreicht man, daß der Spannungsabfall in a c der zu messenden elektrom. Kraft nahe kommt und daß, bevor die elektrom. Kraft E_n kompensiert ist, nur ein ganz schwacher Strom in das Element gelangen kann.

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