Titel: Schefczik, über galvanische Batterien.
Autor: Schefczik, A.
Fundstelle: 1858, Band 149, Nr. LXXIII. (S. 247–254)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj149/ar149073

LXXIII. Ueber galvanische Batterien; von A. Schefczik, Ingenieur.

Aus der Zeitschrift des österreichischen Ingenieur-Vereins, 1858 S. 50.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

I. Das amalgamirte Zink in seiner Anwendung bei galvanischen Batterien.

Wird ein Stück Zink in verdünnte Schwefelsäure getaucht, so wird das Wasser der Mischung zerlegt und Zinkoxyd gebildet, welches von der Säure aufgenommen wird, während der zweite Bestandtheil des Wassers (Wasserstoff) als Gas entweicht.

Dieses ist im Allgemeinen der bekannte Proceß der Auflösung des Zinkes in verdünnter Schwefelsäure. Derselbe wird jedoch unterdrückt, wenn das Zinkstück vorher auf seiner Oberfläche mit Quecksilber genetzt (amalgamirt) worden ist.

Wird aber das amalgamirte Zink mit einem Stück Kupfer, Silber, Platin, Kohle etc. berührt, so wird dieser Schutz gleichsam aufgehoben, und die Salzbildung geschieht wie oben.

Diese Erscheinung hat man bei der Zusammensetzung galvanischer Elemente mit großem Vortheile benützt, denn:

1) wird bei offener Kette nur sehr wenig Zink aufgelöst; und

2) wird bei geschlossener Kette ein weit kräftigerer Strom erhalten, als bei Anwendung des nicht amalgamirten Handelszinkes. Zur Erklärung dieser Eigenthümlichkeiten wurde Folgendes angegeben.

Nachdem das chemisch reine Zink von verdünnter Schwefelsäure weniger, das Handelszink hingegen mehr angegriffen wird, so wurde dieser letztere Umstand der Verunreinigung des Zinkes durch Eisen, Cadmium, Blei etc. zugeschrieben, deren einzelne Partikelchen (mit dem Zink Voltaische Paare bildend) den Auflösungsproceß beschleunigen, und durch Entladung der Elektricität auf der Oberfläche des Zinkes die Stärke des galvanischen Stromes in der Kette selbst vermindern.

Dieser letzteren Entladung glaubt man durch die Amalgamirung aus dem Grunde entgegengewirkt zu haben, weil die Thätigkeit der kleinen Voltaischen Paare zerstört worden sey; während doch die leitende Verbindung des Quecksilbers gerade das Entgegengesetzte bewirken sollte, da der Contact der fremden Metalltheilchen mit dem angränzenden Zink nur inniger geworden seyn konnte.

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Das verschiedene Verhalten des amalgamirten Zinks in Berührung mit verdünnter Säure wird dem Umstande zugeschrieben, daß dasselbe durch den anhängenden Wasserstoff so lange geschützt ist, so lange nicht der Contact mit Platin, Kupfer, etc. diesen Schutz aufhebt.

Bei Annahme dieser Erklärung ist nicht ganz klar gemacht, warum das chemische reine Zink nicht ebenso durch das Wasserstoffgas geschützt werde, wie das amalgamirte, und es bleibt somit die Frage einer weiteren Betrachtung fähig:

1) warum das amalgamirte Zink von der Säure weit weniger angegriffen wird, wenn die galvanische Kette offen, als wenn sie geschlossen ist, und zunächst

2) warum das amalgamirte Zink vor der heftigen Einwirkung der Säure überhaupt geschützt sey.

Um über den letzten Punkt einige Klarheit zu bekommen, wurde das Maaß dieses Schutzes einer Beobachtung unterzogen.

Das amalgamirte Handelszink ist nur in dem Falle vor dem Angriffe der verdünnten Schwefelsäure so weit geschützt, daß keine Gasentbindung auf seiner Oberfläche sichtbar wird, wenn diese Oberfläche mit Quecksilber übersättigt ist.

Das Zink nimmt nur sehr wenig Quecksilber zum Amalgam auf, der größte Theil des letzteren adhärirt bloß an dem ersteren, und fällt nach längerem Stehen der Platten in Tropfen herab, wornach das übrige noch immer amalgamirte Zink von der Säure wieder ziemlich heftig angegriffen wird.

Im ersteren Falle bildete das Quecksilber einen mechanischen Schutz für das Zink, indem es dasselbe mit einer Hülle umgab, welche zumeist Quecksilber mit nur wenig aufgelöstem Zink enthält.

Dem Angriffe der Säure ist nur die äußerste Schichte bloß gegeben, welche, wenn das darin enthaltene Zink consumirt ist, was im Augenblick des Eintauchens schon geschieht, aus reinem Quecksilber besteht, welches letztere erst nach und nach weitere Zinktheile der Oberfläche zuführt, daher die Einwirkung der Säure eine äußerst unscheinbare wird, obwohl sie ununterbrochen in diesem geringen Maaße fortdauert.

Die fremden Beimischungen kommen nicht in Contact mit der Säure, weil sie überdeckt sind, und werden von dem Amalgam als specifisch leichter ausgestoßen, wenn sie sich vom Zink selbst trennen können, wornach sie nach Unten abgleiten und als grauer Schlamm auf dem Boden des Gefäßes gefunden werden.

Wird die galvanische Kette, bei welcher amalgamirtes Zink mit verdünnter Schwefelsäure verwendet ist, geschlossen, so erfolgt eine rasche |249| Bewegung der ganzen Flüssigkeit an den Wänden des Zinkes (durch die entweichenden Gasblasen veranlaßt und in der Natur des galvanischen Processes selbst gelegen), wodurch das adhärirende Quecksilber gleichfalls in Bewegung gebracht wird, so daß immer neue Theile des Amalgams mit der Säure zusammenkommen, und zur Fortsetzung des Auflösungsprocesses das nöthige Zink liefern.

Die fremden Beimischungen des Zinkes bleiben noch immer von der Mitwirkung ausgeschlossen, weil sie so lange vom Amalgam überdeckt bleiben, so lange sie mit dem Zink selbst verwachsen sind, und sogleich auf die Oberfläche schwimmen, wenn sie sich ablösen können, auf der sie jedoch keinen Stützpunkt finden, und von ihr nach Unten abgleiten müssen.

Es ist demnach nicht das amalgamirte Zink überhaupt, welches bei der galvanischen Batterie mit Vortheil in Verwendung kommt, sondern vielmehr ein an seiner Oberfläche mit überschüssigem adhärirendem Quecksilber versehenes Zink. Fällt dieser Ueberschuß an Quecksilber bei längerem Stehen der Platten von diesen ab, so sind diese, obwohl sie noch immer amalgamirt sind, zum Gebrauche nicht mehr geeignet.

II. Ueber eine selbstwirkende Amalgamirungs-Vorrichtung.

Alle folgenden Beobachtungen beziehen sich auf die Smee'sche Batterie, deren Elemente aus je zwei Zinkplatten und einer Silberplatte (letztere mit Platinmohr belegt) bestehen, und in einer Mischung von 1 Theil Säure auf circa 10 bis 20 Theile Wasser arbeiten.

Das Aussehen der Zinkplatten in der arbeitenden Batterie ist stets ein Kriterium für ihre Wirksamkeit und Verwendbarkeit. Das anfänglich glänzende Aussehen wird nach kurzer Arbeit matter, geht endlich ins Graue über. Die Kraft des Stromes nimmt mit dem Glanze der Platten ab, bis endlich die Flüssigkeit wegen Mangel an freier Säure den Proceß zum Stillstand bringt.

Wird in einem solchen Zustande die Säure vermehrt, oder die Flüssigkeit ganz erneuert, so verhalten sich die Zinkplatten nicht mehr wie ursprünglich, sondern sie werden angegriffen, als ob sie nicht amalgamirt wären, und mit dem Brausen der Batterie bei offener Kette hat ihre galvanische Thätigkeit so gut als aufgehört.

Es zeigt sich, daß das Quecksilber theils abgetropft auf dem Boden der Gefäße, theils in der Masse der Zinkplatte eingesaugt zu finden ist.

Um das in solchen Fällen unvermeidliche Zerlegen der Batteriebestandtheile zu umgehen, habe ich im Jahre 1853 mehrere Batterien mit einer Vorrichtung versehen, die, wie aus den Abbildungen Fig. 3 und 4 ersichtlich, aus einem Ansatz besteht, welcher an das untere Ende eines |250| jeden Elementes angesetzt wird. Dieser Ansatz besteht aus Holz, hat die zur Aufnahme der drei Platten nöthigen Einsenkungen, welche mit warmem Wachs angefüllt und dem Elemente angepreßt wurden.

Diese hölzernen Ansätze wurden für die ersten Proben in Wachs gesotten, was sich später als überflüssig erwiesen hat.

Um die beiden Zinkplatten wurde das ausgetrocknete Wachs mit einem Schraubenzieher zu kleinen Rinnen bossirt, und diese mit einigen Tropfen Quecksilber versehen.

Ein einzelnes auf diese Art vorgerichtetes Element arbeitet bei gehörigem Säure-Zufluß so lange, bis das Zink aufgezehrt ist, nur ist der Strom, obwohl er viel constanter geworden ist als bei gewöhnlicher Anordnung, wahrscheinlich wegen eines größeren Widerstandes im Elemente selbst etwas schwächer als jener eines gleichen Elementes ohne diese Vorrichtung.

Die auf solche Art zum Selbstamalgamiren vorgerichteten Batterien wurden in der Station Lundenburg zum Eisenbahntelegraphen im Jahre 1853 eingesetzt.

Nach viermonatlicher Thätigkeit wurde die Säuremischung erneuert, ohne daß eine Zerlegung der Batterien nöthig gewesen wäre. Nach Ablauf von wieder 5 Monaten wurden sie besichtiget, und es hat sich gezeigt, daß die Zinkplatten noch immer ein gutes Aussehen hatten, so daß eine weitere Füllung hätte vorgenommen werden können; allein sie wurde nicht vorgenommen, weil einzelne Silberplatten wegen der ungleich starken Säuremischung bei der letzten Füllung Zink angesetzt hatten, weßhalb man zur Zerlegung der Batterien geschritten ist.

Mittlerweile habe ich das Verfahren bei der Amalgamirung der Zinkplatten und der übrigen Behandlung der Batterien so weit vervollkommnet, daß ich von diesem Hülfsmittel, welches für eine Anzahl von mehr als 100 Smee'schen Doppelbatterien zu umständlich gewesen wäre, abstehen konnte.

Nichtsdestoweniger glaube ich es in allen Fällen anrathen zu sollen, wo es sich um einen constanten Strom handelt, und erwähne nur, daß bei rascher Arbeit der Batterie, z.B. bei Localbatterien in Telegraphenstationen, die Füllung weit öfter als oben angegeben erneuert werden muß, um die galvanoplastische Absetzung des Zinkes auf die Silberplatten zu verhindern.

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III. Ueber die Instandhaltung der Smee'schen Batterie, insbesondere zum Zwecke des Betriebes von Telegraphenlinien.

Die Einfachheit der Zusammensetzung einer Smee'schen Batterie, sowie deren wohlfeile Beischaffung haben der praktischen Anwendung derselben in allen jenen Fällen einen viel verbreiteten Eingang verschafft, wo es sich darum handelt, hinreichend constante Ströme für die Zwecke der Elektrolyse, der Telegraphie und der Ingangsetzung von Elektromotoren etc., ohne große Kosten und ohne eine hindernde Complication in der Handhabung zu erzeugen.

Durch diese hervorragenden Eigenschaften, welche sie vor allen übrigen jetzt bekannten Constructionen bei gehöriger Handhabung im hohen Maaße besitzt, hat sie sich bereits über die Gränzen des physikalischen Versuchs in die Werkstätten der gewerblichen Künste, in die Cursalons der Aerzte und in die Bureaux der Telegraphen verbreitet.

Eine Smee'sche Batterie ist im guten Stande, wenn sie nach der Füllung mit einer Schwefelsäure-Mischung von 1 Theil Säure auf 8 bis 12 Theile Wasser bei offener Kette sich vollkommen ruhig verhält; d.h., wenn weder an der Silberplatte noch an den beiden Zinkplatten der Elemente Gasbläschen aufsteigen. Wird aber die Kette kurz geschlossen, so ist der Proceß tumultuarisch, und hört fast im selben Augenblicke wieder ganz auf, wenn die Kette geöffnet wird.

Um diese Bedingung zu erfüllen, sind bei der ersten Zusammensetzung, aber insbesondere bei der Restaurirung dieser Batterien besondere Vorsichten nöthig, und da der erstere Fall in dem letzteren auch enthalten ist, so will ich hier nur das Verfahren bei der Restaurirung der Batterien beschreiben, welches ich mit geringen Abweichungen seit mehr als 10 Jahren bei denjenigen Batterien anwenden lasse, welche die a. pr. Kaiser-Ferdinands-Nordbahn bei ihren Betriebstelegraphen verwendet. Es sind daselbst in 42 Stationen circa 120 Stück Smee'sche Doppelbatterien zu je 12 Elementen in Thätigkeit, wovon eine jede Station mit mindestens 2 Stück und höchstens 7 Stück, je nach den localen Bedürfnissen, betheilt ist.

In der Station Lundenburg ist ein Arbeiter aufgestellt, welcher die Reservebatterien des dortigen Depots im guten Stand zu erhalten hat, und wohin alle reparaturbedürftigen Batterien von den Stationen zugesendet werden, nachdem sie vorher durch obige Reserven ausgetauscht worden sind.

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Die angekommenen schadhaften Batterien werden zerlegt, gewaschen, und die Zinkplatten von den Silberplatten zur Vermeidung einer Berührung, bei welcher sich das Quecksilber den Silberplatten anhängen könnte, separirt. Nun wird zur Amalgamirung der Zinkplatten geschritten.

In einem irdenen Gefäße von 4 bis 5 Maaß Rauminhalt werden 2 Theile Wasser mit 1 Theil englischer Schwefelsäure gemengt. Nach dem Erkalten wird mit dieser Mischung ein Batterieglas gefüllt, und auf einen Tisch nebst einer flachen Schale mit Quecksilber gestellt, welches den Boden derselben wenigstens bedeckt.

Eine jede Zinkplatte wird bei dem an ihrem oberen Theile eingesetzten Stifte gefaßt und in die Säuremischung bis an diesen Stift getaucht, alsbald wieder herausgezogen, und mit dem unteren Ende in die Quecksilberschale gestellt, und sodann in einem geräumigen Gefäße umgekehrt aufgestellt, d. i. so, daß das vom Quecksilber naß gewordene Ende oben zu stehen kommt. In diesem letzteren Gefäße ist so viel Wasser, daß die Platten davon ganz bedeckt werden.

Nachdem die sämmtlichen Platten in dieser Weise behandelt worden sind, wird in der früheren Ordnung dasselbe Verfahren wiederholt, nur mit dem Unterschiede, daß die Platten nicht mehr umgekehrt aufgestellt, sondern in das am Tische befindliche Batterieglas, welches mit der genannten Säuremischung gefüllt ist, in ihrer ganzen Länge bis an den Stift getaucht werden.

Hier muß der Arbeiter jede Platte genau beobachten, ob sie an keinem Punkt braust, und zeigt sich nur die geringfügigste Gasentbindung, so muß entweder das obige Verfahren wiederholt, und wenn dieses nicht fruchtet, die Platte an jener Stelle mit einer Kratzbürste gebürstet werden. Hat man es nun dahin gebracht alle Zinkplatten vollständig zu amalgamiren, so werden sie unter Wasser bis zur Zusammensetzung der Batterien aufbewahrt.

Nun schreitet der Arbeiter zur Reinigung der Silberplatte. Die Anfangs mit Platinmohr überzogenen Silberplatten werden in Betreff dieses Ueberzuges so lange als möglich geschont. Ist diese Belegung aber durch die öfteren Manipulationen einmal weggewischt, so wird sie nicht wieder erneuert, sondern es ersetzt sie die mittlerweile entstandene Rauhigkeit der Oberfläche dieser Platten vollkommen.

Auch neue Silberplatten können ohne Platinmohr in Verwendung kommen, wenn ihnen die glatte Oberfläche durch eine vorherige Aetzung, z.B. durch Eintauchen und kurzes Verweilen in verdünnter Salpetersäure, benommen worden ist.

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In der Regel werden jedoch alle neuen Platten mit obigem Platinüberzug versehen.

Zur Reinigung der Silberplatten wird zuerst eine erkaltete Mischung von gleichen Theilen Schwefelsäure und Wasser in einem Glasgefäße benützt, in welches die Platten bis nahe an die Löthung eingesetzt werden.

Es entsteht ein lebhaftes Aufbrausen, wobei die während des Gebrauches der Batterien abgelagerten Theilchen metallischen Zinkes aufgelöst werden.

Diese Zinkablagerung ist um so bedeutender, je länger die Batterie gearbeitet hat, und erreicht bei Localbatterien in einzelnen Elementen als Ueberzug über die beiden Seiten der Silberplatte eine Dicke von 1 bis 2 Linien. Sie ist die Folge einer Differenz in dem Grade der Stärke der Schwefelsäuremischung, der verschiedenen Beschaffenheit der einzelnen Zinkplatten, und der Rückwirkung der länger thätigen Elemente auf die bereits unthätig gewordenen, in welchen letzteren aus der gesättigten Zinkvitriollösung das Zink galvanoplastisch auf die Silberplatten durch die zuletzt noch thätigen Elemente abgelagert wird.

Dieses Zink ist wegen seiner größeren Reinheit in Schwefelsäure nur langsam löslich, weßhalb die obige Säuremischung in den hartnäckigsten Fällen auch warm angewendet werden muß.

Diese Reinigung der Silberplatten ist ebenso wichtig, wie eine vollständige Amalgamirung des Zinks; denn unvollständig gereinigte Silberplatten geben auch mit mackellosen Zinkplatten einen nur unbedeutenden Strom.

Auf einzelnen Silberplatten zeigen sich manchmal mattweise Flecken, die von Quecksilbertropfen herrühren, welche durch Zufall oder Unachtsamkeit bei der Arbeit darauf gekommen sind.

Diese Flecken müssen nach der Reinigung der Silberplatten dadurch weggebracht werden, daß man sie über einer Spiritusstamme mit Rücksicht auf die Löthung so lange erhitzt, bis sie das Aussehen der übrigen erlangt haben, d. i. bis das aufgenommene Quecksilber verdampft ist.

Bei der Zusammensetzung der Batterien werden die Zinkplatten sortirt, so daß immer die im gleichen Grade abgenützten in eine und dieselbe Batterie zusammengestellt werden.

Neue und alte Platten dürfen niemals gemengt werden, weil der Uebelstand der Zinkablagerung auf die Silberplatten in solchen Fällen starker auftritt, wahrscheinlich wegen der ungleichen Löslichkeit derselben in Folge der ungleichen Menge des von ihnen aufgenommenen Quecksilbers.

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Ferner ist auf die gehörige Isolirung der Silber- von den Zinkplatten durch eine hinreichende Anzahl von eingeschobenen Kork- oder Gutta-percha-Stückchen, und insbesondere darauf zu sehen, daß bei der Zusammensetzung keinerlei Anstoß oder Berührungen vorkommen, um die Silberplatten vor dem Naßwerden durch Quecksilber zu bewahren.

Zu diesen Arbeiten taugen, wegen der unvermeidlichen Aufsaugung von Quecksilber in die Hände, wie ich in früheren Jahren erfahren mußte, nur alte Leute, welche auch jahrelang ohne die geringsten Störungen in ihrer Gesundheit fortarbeiten können, während junge Arbeiter in kürzester Zeit ein Aussehen bekommen haben, welches ihre fernere Belassung bei dieser Beschäftigung unmöglich machte. Ein Arbeiter, 66 Jahre alt, versieht diese Arbeit seit 5 1/2 Jahren für den Telegraphen der Kaiser-Ferdinands-Nordbahn ununterbrochen, und zum Beweise, daß er ganz gesund ist, kann der Umstand dienen, daß er vor Kurzem trotz seines hohen Alters sich mit einem jungen Weibe verheirathet hat. Nach jeder neuen Zusammensetzung arbeiten diese Batterien 3 Monate lang mit einer Füllung von 1 Theil Säure auf 12 Theile Wasser, und werden nach Verlauf dieser 3 Monate ausgetauscht. In kleineren Stationen bei geringer Anzahl von Depeschen dauern sie 4 Monate und länger.

Hieraus ergibt sich die jährliche Arbeit der Restaurirung von 120 Doppelbatterien viermal im Jahre, d. i. 480 Batterien, à 12 Elemente, zusammen 5760 Elemente, welche Arbeit ein einzelner Arbeiter bei gehöriger Routine bis zu 6000 Elementen ordnungsmäßig zu versehen im Stande ist.

Durch diese Amalgamirungsmethode, durch die hiedurch erzielte lange Arbeitsdauer der einzelnen Batterien, so wie durch die Einfachheit und Sicherheit des Verfahrens stellen sich die Erhaltungskosten der Smee'schen Batterien entschieden billiger, als jene bei den übrigen Methoden, deren Unsicherheit die Batterien oft in wenigen Tagen untauglich macht, obwohl sie einen größeren Aufwand an Quecksilber erfordern.

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