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dienen, durch
Aufnahme gelegentlicher Überschüsse über den Bedarf und Wiederausgabe derselben zu
Zeiten erhöhten Bedarfs
die Erzeugung unabhängig zu machen von dem jeweiligen, dem wechselnden Bedürfnis entsprechend äußerst ungleichförmig
über die einzelnen
Stunden verteilten
Verbrauch. Dadurch wird, ganz abgesehen von der wesentlich höhern Sicherheit ungestörten
Betriebes, die Leistungsfähigkeit des Werkes bedeutend erhöht, es darf dieses also bei gleicher Leistungsfähigkeit
bedeutend kleiner angeno
mmen werden, als wenn die Erzeugung unmittelbar dem
Verbrauch sich anzupassen hat.
Wie groß dieser Unterschied ist, zeigt ein
Blick auf das nebenstehende Tagesdiagra
mm der
Berliner
[* 2] Elektricitätswerke vom
Dezember 1888. Dieses giebt, von 12
Uhr
[* 3] Mitternacht beginnend, für jede der 24 Tagesstunden in der Höhe
des schraffierten
Teiles des betreffenden
Streifens die mittlere Verbrauchsstromstärke für die betreffende
Stunde in
Kilo-Ampere,
in dem
Inhalte des
Streifens also dieselbe Zahl, multipliziert mit der
Breite
[* 4] desselben = 1
Stunde,
d. i. die in der betreffenden
Stunde verbrauchte Stro
mmenge in
Kilo-Stunden-Ampere.
Die ganze schraffierte
Fläche stellt also das für 1
Tag verbrauchte Stromquantum dar. Denkt man sich
dieses gleichförmig über die 24
Stunden des
Tags verteilt, so erhält man als Diagra
mm das durch die Gerade
m m begrenzte,
mit der schraffierten
Fläche inhaltgleiche
Rechteck, dessen die mittlere
Stromstärke angebende Höhe, wie aus der
[* 1]
Figur ersichtlich, wenig über ein Drittel von der, in der
Stunde von 6 bis 7
Uhr nachmittags verbrauchten, maximalen ist.
[* 1] ^[Abb.]
Ein ebenso großes Anwendungsgebiet haben die Speicherzellen aber auch als Vorratsmagazin. Als solches hat man sie zu bezeichnen in allen denjenigen Fällen, wo man sie als Vermittelungs- oder Zwischenapparat anwendet, weil Maschinenstrom direkt entweder nicht anwendbar sein oder gar Unzuträglichkeiten mit sich bringen würde, so beispielsweise in ihrer Anwendung als Stromquelle für den Betrieb von Telegraphenapparaten oder auch als lokomobile Stromquelle für den Betrieb von Fahrzeugen aller Art zu Wasser und zu Lande. In allen diesen Fällen dienen die Accumulatoren [* 5] gewissermaßen als Stand- oder auch als Versandgefäße für elektrische Energie.
Letzterer Art der Anwendung steht zur Zeit das hohe Gewicht der Apparate noch etwas im Wege. Entgegen den entsprechenden Apparaten für andere Energieformen speichert nämlich der elektrische Sammler die Energie nicht in der Form auf, in der sie ihm zugeführt wird: als elektrische; er dient vielmehr während der Ladung (so nennt man den Vorgang der Energieaufnahme) als Zersetzungszelle, deren Elektroden durch den hindurchgeleiteten Strom unter Zersetzung des Elektrolyten, als welchen man verdünnte Schwefelsäure [* 6] anwendet, derart chemisch verändert werden, daß die angestrebte Rückbildung als elektromotorische Kraft [* 7] für einen Strom in umgekehrter Richtung (Sekundär-, Nutz- oder Entladestrom) auftritt. Dieser beginnt sofort zu fließen, wenn durch entsprechende Änderung der Verbindungen der Ladestromkreis unterbrochen und die nun die Pole bildenden Elektroden an den Nutzkreis angeschlossen werden.
Als Material für die
Elektroden sind bislang nur
Blei
[* 8] und
Bleilegierungen eingeführt, weshalb die
Apparate ein verhältnismäßig
bedeutendes Gewicht haben. Erst ganz neuerdings scheint ein Kupfer-Zink-Accumulator von Waddel-Entz, mit dem die
Hagener Accumulatorenfabrik
seit Anfang 1895 eine Straßenbahnstrecke betreibt, Bedeutung zu gewinnen. Er bat für gleiche Leistung etwa das halbe Gewicht
des Bleiaccumulators. Letzteres beträgt bei den besonders für den Betrieb von Motoren gebauten Formen i
mmer noch
35-40 kg für 1
Stunde und
Pferd;
[* 9] bei solchen für den Lichtbetrieb reichlich 2-3mal soviel.
Das hat zur Folge, daß beispielsweise beim Accumulatorenbetrieb von Straßenbahnen (s. Elektrische [* 10] Eisenbahnen) bei täglich dreimaligem Wechsel der Accumulatoren, also einem Fassungsvermögen derselben von Strom für etwa 40 km Fahrstrecke, das Gewicht der Batterie etwas weniger als 1/6 der ganzen und reichlich 1/5 der toten Last beträgt. Platten aus Bleilegierungen lassen sich ihrer größern Härte halber wesentlich leichter herstellen als reine Bleielektroden, und man verwendet sie daher namentlich gern für lokomobile Anlagen.
Übrigens dienen die Platten selbst nur als Gerippe für die den eigentlichen Accumulatoren bildende sog. aktive Masse, und nach der Art und der Herstellung dieser Masse unterscheiden sich die verschiedenen Fabrikate vorzugsweise voneinander. Nach dem ursprünglich Plantéschen Verfahren wird die Masse durch elektrolytische Oxydation der Bleielektroden selbst, die sog. Formierung, gewonnen. Das Verfahren ist langwierig, da der Prozeß sehr langsam in das Blei vordringt und von der Tiefe dieses Vordringens die Kapacität oder das Fassungsvermögen des Accumulators abhängt, giebt aber vorzügliche Resultate.
Einfacher ist das
Verfahren von Faure (1881), dessen
Patent in
Verbindung mit
Patenten von Sellon und von
Volkmar zu dem ersten
fabrikmäßig hergestellten Accumulator, dem der Electrical-Power-Storage-Company, geführt hat. Dieser Accumulator,
dessen
Anordnung seitdem typisch geworden, und der auch im übrigen fast allen spätern als Vorbild gedient hat, unterscheidet
sich zunächst in der äußern Form sehr wesentlich von den frühern. Planté hatte seine
Elektroden, um ihnen bei verhältnismäßig
geringem Raumbedarf eine große
Ausdehnung
[* 11] geben zu können, durch Kautschukstreifen voneinander isoliert, spiralig
zusa
mmengerollt.
Faure zerschnitt die großen Platten und ordnete die einzelnen Teile als ebene Platten so an, daß + und - miteinander wechseln. Volkmar endlich giebt ihnen die Form eines Gitters, das er durch Guß herstellt und in dessen beiderseits nach innen zu verjüngte Maschen er die Paste einstreicht, aus der später durch Formieren die aktive Masse sich bildet, die so natürlich fester haftet, als wenn sie, wie bei Faure, nur auf die glatten Platten aufgetragen wird. Als solche verwendete Faure anfangs für beide Platten mit verdünnter Schwefelsäure angemachte Mennige, später für die negative statt dessen eine Mischung von Bleiglätte und Mennige, oder auch wohl bloß ¶
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Bleiglätte, wieder mit Schwefelsäure oder mit einer Lösung von schwefelsaurer Magnesia angemacht.
Diese Platten werden je nach dem Fassungsvermögen, das man dem einzelnen Element zu geben beabsichtigt, in größerer oder geringerer Zahl durch Anlöten seitlich angegossener Zungen, der sog. Fahnen, an Bleistreifen zu einem Satz vereinigt, derart, daß nach dem Einsetzen der beiden Sätze in das Batteriegefäß die einzelnen Platten fingerförmig ineinandergreifen, überall den gleichen, durch isolierende Zwischenlagen (meist Glas) [* 13] gesicherten Zwischenraum haben und außerdem jede positive zwischen zwei negativen Platten liegt, zu welchem Ende der negative Satz halbe, nur auf der innern Seite mit Masse bedeckte Endplatten, scheinbar also eine Platte mehr hat als der positive Satz.
Nach dem Faureschen Verfahren, oder einem aus ihm abgeleiteten arbeiten die meisten Fabriken. Nur die vorzüglichen Tudor-Platten der Firma Müller & Einbeck [* 14] (jetzt Accumulatorenfabrik, Aktiengesellschaft, Hagen [* 15] in Westfalen), [* 16] deren Vorgehen die deutsche Accumulatorenindustrie ein gut Teil ihres Vorsprungs vor der fast aller andern Industriestaaten zu danken hat, werden nach einem etwas abgeänderten Plante-Verfahren hergestellt. Die gleichfalls gegossenen Platten dieses Elementes haben horizontale Rippen, deren Zwischenräume nach Beendigung der Plante-Formation, um dem Elemente, namentlich für den Anfang, eine genügende Kapacität zu geben, mit der Faureschen Paste ausgestrichen werden, worauf die Platten abermals formiert werden. Durch Pressen hergestellt und daher viel dichter und bei demselben Gewichte von größerer Widerstandsfähigkeit als Gußplatten ist das Gerüst des Accumulators der Elektricitäts-Maatschappij, System de Khotinsky in Gelnhausen. [* 17]
Außer den genannten sind in der größern Praxis vorzugsweise in Gebrauch die von Gottfr. Hagen in Köln [* 18] und von Correns und diejenigen von Huber und von der Maschinenfabrik Oerlikon bei Zürich, [* 19] die beiden letztern namentlich für lokomobile motorische Anlagen, aber auch für Lichtanlagen. Bei Huber sind die Massewürfel, welche die Maschen des als Gerippe dienenden Volkmarschen Gitters ausfüllen, sämtlich durchlocht, um ihre bei Ladung und Entladung statthabenden Volumenänderungen, die sonst ein allmähliches Lockern und schließliches Herausfallen derselben aus den Maschen, auch ein Verbiegen der Platten veranlassen, unschädlich zu machen, zugleich aber auch die Berührungsfläche mit der Säure und damit die Leistungsfähigkeit und die Kapacität des Accumulators zu vergrößern.
Der Oerlikon-Accumulator hat, soweit er für lokomobile Anlagen benutzt wird, statt des gewöhnlichen flüssigen ein durch Hinzufügen von Natron-Wasserglas zu der verdünnten Schwefelsäure erhaltenes gelatinöses Elektrolyt, was den großen Vorteil hat, daß durch die bei lokomobilen Anlagen unvermeidlichen Stöße und Erschütterungen kein Verschütten des Elektrolytes statthaben und daß aus den Platten keine Füllmasse herausfallen kann, daß die Gasentwicklung beim Laden vermieden ist, und daß selbst das Zerbrechen eines Gefäßes keinen Schaden bringt.
Die elektromotorische Kraft oder die Kle
mmspannung der einzelnen Zelle
[* 20] ist, unabhängig von der besondern Art des Elements,
nach anfänglich raschem, nur wenige Minuten andauerndem Fall lange Zeit hindurch (je nach der Stärke
[* 21] des Entladestroms und
der besondern Art des Elementes 3-10
Stunden hindurch) nahezu völlig gleichbleibend, würde aber, wenn
weiter benutzt, rasch wieder fallen.
Die Kapacität des einzelnen Elementes, d. i. die Elektricitätsmenge [* 22] in Amperestunden, die es während der Entladung abgiebt und die mit der Zahl der zu einem Satz vereinigten Platten, natürlich aber auch mit deren Größe wächst, steigt bei den meisten Fabriken ziemlich gleichartig von gegen 30 bis 2000 Amperestunden; die Kapacität für 1 kg Gewicht ist dagegen sehr verschieden, von 1,83 und 2,9 für rasche und langsame Entladung beim Tudor-Accumulator bis 5,9 beim Oerlikon- und 11,1 beim Huber-Accumulator für lokomobile motorische Anlagen.
Durch Vereinigung mehrerer Elemente zu einer Batterie kann die Kapacität erhöht werden, indem man die Elemente zu zweien oder mehrern nebeneinander schaltet, es muß aber durch Hintereinanderschaltung einer entsprechenden Zahl von Zellen die Spannung der Batterie auf die erforderliche Höhe gebracht werden. Diese ändert sich während der Entladung um soviel mal mehr als bei der Einzelzelle, als Zellen hintereinander geschaltet sind. Für Lichtbetrieb mit 110 Volt würde die Spannung beispielsweise, wollte man während der ganzen Entladezeit alle 60 Zellen hintereinander einschalten, fallen von 60 x 1,9 = 114 Volt bis auf 60 x 1,85 = 111 Volt; ein Unterschied, der für einen günstigen Betrieb der Lampen [* 23] zu groß ist, und den man dadurch vermeidet, daß man anfangs nur 58 Zellen einschaltet, wobei die Spannung = 58 x 1,9 = 110,2 beträgt, und die beiden noch fehlenden erst nach dem ersten und zweiten Drittel der Entladezeit hinzuschaltet.
Der Wirkungsgrad der Accumulatoren, d. h. das Verhältnis der durch Entladen nutzbar wieder gewonnenen Stromarbeit zu der hineingeladenen, ist ein verhältnismäßig hoher; er beträgt bei guten Accumulatoren 75-80 Proz.
Vgl. Rühlmann, Über elektrische Sammler (in der «Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure», 1887, 1889);
Hoppe, Die Accumulatoren für Elektricität (2. Aufl., Berl. 1892): Sack, Die elektrischen Accumulatoren (Wien [* 24] 1892);
Zacharias, Die Accumulatoren (Jena [* 25] 1892).
Specielle Anleitung für die Behandlung der Accumulatoren geben: Heim, Accumulatoren für Beleuchtungsanlagen (Lpz. 1892) und die vorzügliche Beschreibung, Aufstellung, Behandlung und Erhaltung von der Accumulatorenfabrik Hagen in Westfalen (Hagen 1890).