Titel: Ueber elektrische Accumulatoren.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1885, Band 256/Miszelle 1 (S. 560–564)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj256/mi256mi12_1

Ueber elektrische Accumulatoren.

In einem kürzlich im Verein für Baukunde gehaltenen Vortrage hat Prof. W. Dietrich in Stuttgart darauf hingewiesen, daſs sich das Augenmerk der Constructeure bei Verbesserung schon vorhandener bezieh. bei Erfindung neuer elektrischer Accumulatoren hauptsächlich gerichtet habe auf: 1) die zur Neuherstellung von Accumulatoren nöthige Zeit, die sogen. Formirungszeit, 2) die Haltbarkeit der Accumulatoren und 3) die Aufspeicherungsfähigkeit eines bestimmten Accumulatorengewichtes.

Die gröſsten Erfolge sind seither in Betreff des ersten Punktes erzielt worden. Wenn auch immerhin noch eine wiederholte Ladung und Entladung bis zur Betriebsbereitschaft des neu hergestellten Elementes nöthig ist, so ist doch schon eine Formirungszeit erreicht, gegen welche sich vom technischen Standpunkte kaum noch viel einwenden läſst; jedenfalls würde sie kein Hinderniſs gegen die ausgedehnte technische Verwendung von Accumulatoren mehr bilden.

Minder günstig steht es bezüglich des zweiten Punktes, der Haltbarkeit. Die erlangten Erfahrungen lassen sich kurz dahin ausdrücken: Während die negative Platte (die Bleiplatte) längere Zeit keiner Erneuerung bedarf, ist die |561| positive, fortwährend in Superoxyd verwandelte Platte einer raschen Zerstörung unterworfen. Dieselbe zerbröckelt allmählich; in welcher Zeit sie zu erneuern ist, kann nicht in einer bestimmten Zahl ausgedrückt werden, denn es hängt dies wesentlich von der Art der Beanspruchung ab. Auch die einzelnen Individuen zeigen groſse Verschiedenheiten. Es sind Fälle bekannt, in welchen die Lebensdauer einer positiven Platte zwischen 3 Monaten und 15 Monaten schwankte; über die letztere Dauer hinaus darf man wohl nur in seltenen Fällen rechnen. Diese Vergänglichkeit erhöht die Betriebskosten wesentlich, ist aber für die Betriebssicherheit durchaus nicht so verhängniſsvoll, wie es auf den ersten Augenblick den Anschein hat: einerseits tritt die völlige Betriebsunfähigkeit nicht plötzlich ein, sondern es zeigt sich eine allmähliche Abnahme, welche einen rechtzeitigen Ersatz ermöglicht; andererseits läſst sich die ganze Anordnung so treffen, daſs man die zerstörte positive Platte leicht auswechseln kann, ohne die noch gut erhaltene negative zu berühren. – Das Bestreben, eine möglichst kurze Formationszeit durch dünne Bleistreifen mit groſsen Oberflächen zu erreichen, kam der Haltbarkeit der Accumulatoren durchaus nicht zu gute; die dünnen Streifen fielen gar zu leicht aus einander. In Bezug auf die Verlängerung der Lebensdauer erscheint es vielversprechend, daſs de Khotinsky (vgl. * D. R. P. Kl. 21 Nr. 30041 vom 24. Mai 1884) die beiden Elektroden nicht, wie bisher üblich, senkrecht stellte, sondern in wagerechter Lagerung auf dem Boden des umhüllenden Gefäſses anbrachte. Ueber die Elektroden spielt die Flüssigkeit, auch hier verdünnte Schwefelsäure, frei hinweg. Bei dieser Anordnung kann von einem Abfallen des wirksamen Stoffes nicht die Rede sein; die Accumulatoren erreichen ihr Ende dadurch, daſs allmählich die Verbindung der Platten mit den Stromausführungsdrähten auch an der allgemeinen Oxydation theilnimmt, so daſs die Verbindung nach auſsen eine Unterbrechung erleidet. – Ein Einnähen der Elektrodenplatten, welches Verfahren schon vor längerer Zeit von Faure (vgl. 1882 244 202) eingeschlagen, aber wegen der damit verbundenen Widerstandszunahme im Elemente und wegen der Zerstörung der Umhüllung wieder aufgegeben wurde, scheint, nach neueren Versuchen, unter gewissen Vorsichtsmaſsregeln ein besseres Ergebniſs zu liefern. Man ist also auch auf dem Wege, die Lebensdauer der Accumulatoren zu einer die Praxis befriedigenden zu gestalten; daſs man damit endlich auch zum Ziele gelangen wird, ist für Jeden, welcher den Entwickelungsgang der Elektrotechnik mit Aufmerksamkeit verfolgte, wohl auſser Zweifel.

In Betreff des dritten Punktes liegen theoretische Berechnungen namentlich von dem französischen Elektriker E. Reynier1) vor. 1k Accumulator und Flüssigkeit soll theoretisch nicht weniger als 55000mk aufspeichern können. Praktisch gestaltet sich die Sache natürlich ganz anders; denn man kann nicht die ganze vorhandene Bleimasse in Superoxyd verwandeln, weil sonst rasches Zusammenfallen zu befürchten wäre; man muſs ferner Flüssigkeit im Ueberschusse vorhanden haben und auſserdem ist ja auch ein Gefäſs unerläſslich. Berücksichtigt man diese Punkte, so kommt man auf eine Leistungsfähigkeit von 11000 bis 12000mk für 1k Gesammtgewicht. Dies entspräche einem Gewichte von 22k für 1 Pferdestärke und Stunde. Diese Zahlen sind als die zu erreichende Höchstleistung von Blei-Accumulatoren anzusehen und man wird kaum darauf rechnen dürfen, darüber hinaus zu kommen.

Der Vortragende erhielt bei der Entladung sehr sorgfältig zubereiteter Accumulatoren von 1k Elektroden 5450mk, von 1k Elektroden und Flüssigkeit 3530mk, von 1k Gesammtgewicht 2620mk. Die letztgenannte Zahl wäre bei Anwendung von etwas leichteren Gefäſsen höher ausgefallen. Man kommt damit auf ein Gesammtgewicht von 100k für 1 Stundenpferdekraft; bei passenderem Gefäſse hatte man 90k für 1 Stundenpferdekraft erreichen können.

Die hier untersuchten Accumulatoren sind also noch 4 bis 5 mal schwerer, als man nach dem oben Gesagten vermuthen sollte, und man darf dieses Ergebniſs wohl für alle heute üblichen Accumulatoren gelten lassen. Bei näherer Ueberlegung ist auch gar nicht zu erwarten, daſs man die Zahl von 22k für |562| 1 Stundenpferdekraft jemals erreichen wird. Man kann eben mit dem Laden nicht beliebig lange fortfahren, weil die entwickelten oxydirenden und reducirenden Gase mit wachsender Ladungszeit immer schlechter absorbirt werden, also immer gröſsere Verluste auftreten. Würde man beliebig lange laden, unbekümmert um das Güteverhältniſs, so könnte man dem Accumulatorengewichte von 1k eine weit gröſsere als die zuletzt erwähnte Leistungsfähigkeit verleihen. Mit dem Laden muſs man aufhören, sobald eine starke Sauerstoff-Entwickelung sich an der Oberfläche bemerkbar macht. Ueberdies darf die beim Laden in die Accumulatoren eingeführte Energie beim praktischen Gebrauche nicht mehr ganz entnommen werden, nicht nur, weil die Klemmenspannung während der Entladung allmählich sinkt, sondern auch, weil bei nicht völlig gleichzeitiger vollständiger Erschöpfung der Accumulatoren einer Batterie schwere Betriebsstörungen auftreten würden.

Für die Aufspeicherungsfähigkeit eines Accumulators ist gerade wie für die Formirungszeit die Ausbreitung des angewendeten Bleies auf eine möglichst groſse Oberfläche günstig; wie schon erwähnt, steht eine solche Anordnung aber im Widerspruche mit hoher Lebensdauer.

Technisch kommt neben der Aufspeicherungsfähigkeit von 1k Gewicht noch ein Punkt sehr in Frage, nämlich das Verhältniſs der zur Ladung zu verwendenden elektrischen Arbeit zu der aus dem Accumulator wieder heraus zu bekommenden elektrischen Nutzarbeit, das sogen. Güteverhältniſs. Dieses Güteverhältniſs ist um so besser, je langsamer der Accumulator geladen und entladen wird; natürlich kann man aber beim praktischen Gebrauche nicht unter ein bestimmtes Maſs beim Laden und Entladen herabgehen, weil auch die Zeit einen Geldwerth besitzt und der Zweck meist einen ganz bestimmten Strom erfordert.

Unter sonst gleichen Verhältnissen wird also derjenige Accumulator der beste sein, welcher mit möglichst hohem Grade der Beanspruchung hinsichtlich des Ladungs- und Entladungsstromes das beste Güteverhältniſs verbindet. Man schwankt bei den heute gebräuchlichen Accumulatoren mit dem Ladungs- und Entladungsbetrage zwischen ½ und ¾ Ampère für 1k Elektroden und Flüssigkeit. Entladet man nun so lange, bis die elektrische Kraft der Accumulatoren rasch abzunehmen beginnt, so erhält man z.B. bei den Accumulatoren, an welchen die oben erwähnten Versuche vorgenommen wurden, etwa 70 Proc. Güteverhältniſs. Ein gewisser Verlust ist unvermeidlich wegen des inneren Widerstandes der Accumulatoren und wiegen ihrer Eigenschaft, beim Laden eine höhere elektromotorische Kraft zu haben als beim Entladen.

Beim Stehenlassen geladener Accumulatoren tritt ein geringer Verlust durch allmähliche Selbstentladung ein, der sich noch erheblich vermindert, wenn man die Flüssigkeit abgieſst und welchen der Vortragende nach 37 Stunden bei sorgfältig hergestellten Accumulatoren noch gar nicht nachweisen konnte. Doch darf nicht verschwiegen werden, daſs man mit der Selbstentladung schon vielfach schlechte Erfahrungen gemacht hat.

Ueber die Verwendung von Accumulatoren zur Beleuchtung mögen die nachstehenden Beispiele einigen Aufschluſs geben:

1) Wie viel Accumulatoren des Systemes Faure-Sellon-Volckmar braucht man, um eine Edison-A-Lampe zu speisen?

Vorausgesetzt seien die sogen. ½pferdigen Accumulatoren. Die Gewichtsund Preisverhältnisse derselben gestalten sich, wie folgt:

Elektroden 30k
Verdünnte Schwefelsäure 10
Gefäſs 5
––––
Zusammen 45k

Preis in Stuttgart: 40 M. einschl. Glas, 2,40 M. Zoll, 3,75 M. Fracht, zusammen 46,15 M. Von den Fabrikanten wird angegeben: zulässiger höchster Ladestrom bezieh. Entladestrom 12 und 18 Ampère.

Eine Edison-16-Kerzenlampe erfordert 100 Volt Klemmenspannung und 0,7 Ampère Stromstärke; Arbeit 70 Voltampère = 7mk/sec; 1 Accumulator für sich allein hat 2 Volt Spannung; also sind zur Erreichung von 100 Volt 50 hinter einander geschaltete Accumulatoren nöthig, oder, weil der unvermeidliche, |563| wenn auch kleine innere Widerstand der Accumulatoren eine gewisse Spannung vernichtet, etwa 53 Accumulatoren. Dieselben enthalten auf je 1k Gesammtgewicht etwa 2500mk, also im Ganzen: 53 × 45 × 2500 = 6000000mk; somit läſst sich die Lampe speisen 6000000 : 7 × 60 × 60 = 240 Stunden lang.

2) 100 Edison-A-Lampen sind täglich 5 Stunden mit Accumulatoren zu betreiben; wie viele sind nöthig?

Mit obigen 53 Accumulatoren, welche für eine Lampe gefunden wurden, könnte man nicht bloſs diese einzige Lampe speisen, sondern ebenso gut eine gröſsere Zahl. Stromerzeuger von so kleinem innerem Widerstände wie die Accumulatoren haben die Eigenthümlichkeit, daſs sie ganz proportional der Zahl der angehängten Glühlampen Strom liefern, also wenig bei einer Lampe und entsprechend mehr bei n Lampen. Da 18 Ampère einer Batterie dieser Accumulatoren erfahrungsmäſsig höchstens entnommen werden dürfen und jede Lampe 0,7 Ampère braucht, so können die obigen 53 Accumulatoren höchstens speisen 18 : 0,7 = 25 Lampen.

Erfahrungsgemäſs kann man den hier vorausgesetzten Accumulatoren 8 Stunden lang ihre 18 Ampère entnehmen; also ist es jedenfalls möglich, die für 5 Stunden verlangte Beleuchtung zu leisten, ohne daſs man den ganzen aufgespeicherten Energievorrath aufbraucht. Nun sind aber nicht 25 Lampen zu betreiben, sondern 100 und man hat also 4 solche Reihen von je 53 Accumulatoren nöthig, oder, was ebenso möglich wäre und billiger zu stehen käme, eine gröſsere Accumulatorengattung, welche ohne Schaden mehr Entladestrom aushalten kann. Die 4 Reihen von je 53 Accumulatoren wären parallel zu schalten. Rechnet man 7 Edison-A-Lampen auf eine mechanische Pferdekraft, so hätte man 14e,3 zum direkten Betriebe der Anlage nöthig.

Die Lampen verzehren zusammen 100 × 7 = 700mk/sec elektrische Arbeit. Auf die Ladung der Accumulatoren muſsten bei 70 Proc. Güteverhältniſs der Aufspeicherung also verwendet werden = 700 : 0,70 = 1000mk/sec = 13,3 elektrische Pferdestärken, wozu eine mechanische Arbeit von 1000 : 0,70 = 1333m/sec = 17e,8 nöthig ist, wenn die Ladung in derselben Zeit bewirkt würde wie die Entladung. Ladet man nun aber 10 Stunden lang, so braucht man für 1 Secunde nur die Arbeit 666mk, was 8e,9 entspricht. Man kann also eine geringe Arbeitskraft zum Speisen einer groſsen Beleuchtungsanlage verwenden und hat dabei durchaus ruhiges Licht, während die Benutzung der z.B. in Fabriken meist schwankenden Arbeitskraft ein solches nicht zulieſse.

Sollen nach Feierabend einzelne Räume einer elektrisch beleuchteten Fabrik weiter beleuchtet werden, so bleiben einzig und allein Accumulatoren zulässig, weil es sehr unzweckmäſsig wäre, wegen weniger Lampen Dampf zu halten und eine überflüssig groſse Maschine zu betreiben. Dasselbe gilt natürlich in noch viel höherem Grade für Wohnräumlichkeiten, welche mit den Fabriken in Verbindung stehen.

Was die Kosten einer derartigen Anlage anbelangt, so sieht man ohne weiteres den Kernpunkt der Frage hervorleuchten: Man kann kleinere Dynamomaschinen und nach Quantität und Qualität geringere secundliche Arbeitskräfte verwenden als bei direktem Betriebe. Man sieht aber auch die Nachtheile bezüglich der Kosten: 1) Wegen des Verlustes in der Accumulation wird die gesammte aufzuwendende Arbeit in Meterkilogramm gröſser; 2) der durch die Accumulation herein kommende Betrag an Zins und Abschreibung kann so groſs werden, daſs er den Gewinn mehr als aufhebt. Es bleibt nichts anderes übrig, als in jedem einzelnen Falle zu entscheiden, ob der Kostenpunkt sich für direkten Betrieb, oder ob er sich für Accumulation günstiger stellt; sieht man bei qualitativ schlechten motorischen Verhältnissen auf ruhiges Licht und hat man nur zeitlich oder quantitativ beschränkte Arbeitskräfte zur Verfügung, so sind unter allen Umständen Accumulatoren am Platze.

Verhältniſsmäſsig günstig bezüglich der Kosten stellt sich, wie schon erwähnt, eine Anordnung, bei welcher den Tag über die Accumulatoren geladen werden, während Abends Maschine und Accumulatoren zusammen die Lampen betreiben: es kann dann die Maschine und die Accumulatorenbatterie schwächer sein, als wenn jede allein den Betrieb zu besorgen hätte. Zugleich hat man bei dieser Anordnung noch den Vortheil, daſs die Accumulatoren in gewissem |564| Maſse die Geschwindigkeitsschwankungen der Dynamomaschine unschädlich machen. Wird die Zahl der betriebenen Lampen im Laufe des Abends geringer, so kann man die helfende Maschine abstellen und hat nun allein Betrieb durch die Accumulatoren.

Die Accumulatoren werden sicherlich eine groſse Zukunft im elektrischen Beleuchtungswesen erlangen, sobald die Lebensdauer länger und der Preis mäſsiger sein wird. Insbesondere wird sich die allgemeine Beleuchtung von Centralstationen aus zweckmäſsiger gestalten, weil dann die theueren Maschinen nicht bloſs in den Abendstunden beansprucht sind und weil sie dann kleiner, d.h. billiger gehalten werden können.

|561|

Vgl. auch E. Reynier: Piles électriques et accumulateurs. Recherches techniques. (Paris 1884. J. Michelet's Verlag.)

Red.

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