Inhalt. (continued 3)

Abb. 102. Relais im Grundriß.

Zum Gebrauche werden die Fernleitungen an die beiden Klemmen a und b angeschlossen; die Klemme c wird mit der einen Klemme des Morseapparates, d mit dem einen Pol der Batterie und die andere Klemme des Apparats mit dem anderen Pole der Batterie verbunden. Kommt nun durch die Ferndrähte von der anderen Station ein Strom, so wird er, auch wenn er sehr schwach ist, den Anker des empfindlichen Relais anziehen; dadurch wird aber der lokale, durch den Morseapparat gehende Batteriestrom geschlossen und der Schreibstift auf den Papierstreifen niedergedrückt. Hört der Fernstrom auf, so geht der Anker des Relais zurück und unterbricht damit auch den lokalen Strom u. s. w.

Der Elektromotor.

Eine weitere, in der Praxis ungeheuer wichtig gewordene elektrische Maschine ist der Elektromotor.

Alle die Konstruktionen, nach denen man sich gute Elektromotoren selbst anfertigen kann, hier zu beschreiben, würde zu weit führen. Es seien deshalb nur die Haupttypen erwähnt.

Abb. 103. Elektromotor im Grundriß.

a) Mit zweipoligem Hufeisenanker. Der einfachste Motor besteht aus zwei einander mit den Polen gegenüberstehenden Elektromagneten, von denen der eine fest (Feldmagnet), der andere drehbar ist (Anker). Die Anordnung geht aus Abb. 103 hervor. A ist der feste, B der bewegliche Magnet; beide sind im wesentlichen ebenso hergestellt wie die der elektrischen Klingel, nur müssen hier die beiden Magnetschenkel weiter auseinanderstehen, da zwischen ihnen die Achse und deren Lagerträger Platz finden müssen. Das Verbindungsstück des drehbaren Magneten ist in der Mitte mit einer Bohrung versehen zur Aufnahme der Achse, die angelötet werden kann. Die Lager werden so hergestellt, wie es schon früher (siehe Seite 22 u. f.) beschrieben wurde, und müssen auch hier gleich eingeölt werden. Bei c wird die Achse mit einer Feile etwas aufgerauht und auf eine Strecke von 1 bis 2 cm in 2 oder 3 Lagen mit Bindfaden umwunden. Dabei ist darauf zu achten, daß alle Windungen regelmäßig nebeneinander liegen. Der dadurch entstandene Wulst ist reichlich mit Schellacklösung (siehe Seite 20) zu bestreichen. Er muß so dick sein, daß wir gerade noch ein etwa 1,5 cm langes Stückchen Messingrohr darüberschieben können. Letzteres wird in zwei Halbzylinder zersägt und so auf dem Wulste befestigt, daß die beiden Hälften einander nicht berühren. Ihre Befestigung erfolgt dadurch, daß wir sie nahe den äußeren Rändern mehrmals mit einem starken Seidenfaden umwinden (siehe auch Seite 143, Abb. 121). Diesen Teil der Maschine nennt man den Kollektor, obgleich die Bezeichnung hier nicht ganz richtig ist; besser wäre es, diesen Teil Kommutator zu nennen; denn er bewirkt, daß die Stromrichtung im Anker im geeigneten Moment geändert wird. Der Ausdruck Kollektor ist von den Ring- und Trommelankermaschinen übernommen. — Die Enden der Ankerbewickelung sind an den beiden Halbröhrchen, deren Stellung zu den Magnetpolen aus Abb. 104 zu erkennen ist, anzulöten. Der Strom wird dem Anker durch zwei auf dem Kollektor schleifende Federn aus Kupferblech (a und b) zugeführt. Wie die einzelnen Drähte zu verbinden sind, geht aus Abb. 103 hervor. Der Strom tritt bei d ein, geht durch die beiden Spulen des Feldmagneten zur oberen Schleiffeder (b), durch die Ankerwickelung zur unteren Schleiffeder (a) und durch e zur Stromquelle zurück.

Abb. 104. Wirkungsschema des Elektromotors.

Betrachten wir nun die drei schematischen Bilder der Abb. 104. In A geht der Strom so durch den Draht, daß die Pole die vermerkten Vorzeichen erhalten. Die Folge davon ist, daß die Ankerpole von denen des Feldmagneten angezogen werden, bis sie die in B angedeutete Stellung erreicht haben. Hier wird nun die Stromrichtung in der Ankerwickelung gewechselt, da der zur unteren Schleiffeder eintretende Strom jetzt durch die andere Kollektorhälfte in die Ankerwindungen eintritt; dadurch werden die einander gegenüberstehenden Pole gleichnamig magnetisch und stoßen einander ab, wodurch die Stellung C erreicht wird u. s. w.

Abb. 105. Vierpoliger Hufeisenanker.

Abb. 106. Verlauf des Stromes beim vierpoligen Anker.

b) Mit vierpoligem Hufeisenanker. Wollen wir die Wirkung dieses Motors verstärken, so können wir statt eines zweipoligen einen vierpoligen Anker verwenden, wie ihn Abb. 105 zeigt. Dementsprechend ist auch der Kollektor vierteilig zu machen, und es sind die Drahtenden der einzelnen Spulen so mit den vier Kollektorlamellen zu verbinden, wie das Abb. 106 zeigt. Hier sind die beiden Schleiffedern, das heißt die Stellen, an denen der Strom ein- und austritt, mit den Pfeilen α und β bezeichnet. Wie dann der Strom die Magnetpole umkreist, ist durch kleine Pfeile angedeutet. Wir können uns neben der Ampereschen Schwimmerregel zur Bestimmung der Magnetpole noch eine andere, etwas einfachere Regel merken. Sehen wir auf die Polfläche eines Elektromagneten und lassen den Strom gegen die Richtung der Uhrzeigerbewegung, also links herum kreisen, so wird der Pol ein Nordpol; geht dagegen der Strom in gleicher Drehungsrichtung wie der Uhrzeiger, also rechts herum, so wird der Pol ein Südpol.

Wir können noch weiter gehen und auch den Feldmagnet vierpolig machen. Dann müssen aber die einander gegenüberstehenden Pole des Ankers jeweils gleichnamig magnetisch sein und ebenso die Pole des Feldmagneten. Die Stromumkehr im Anker muß immer dann erfolgen, wenn Anker und Feldmagnetpole einander gegenüberstehen.

Abb. 107. Sechspoliger Elektromotor.

c) Mit sternförmigem sechspoligem Anker. Abb. 107 zeigt eine sechspolige Maschine, bei der aber Feldmagnete und Anker etwas anders angeordnet sind als bei der oben beschriebenen Maschine. Diese nach einer photographischen Aufnahme wiedergegebene Maschine kann sich jeder mit sehr geringen Hilfsmitteln anfertigen. Der Anker besteht aus einem sechsteiligen Stern, der aus geglühtem Eisendraht zusammengesetzt ist. Jeder Teil dieses Sternes besteht aus einem Drahtbündel, das fest mit dünnem Bindfaden zu umwinden ist. Durch die Mitte geht eine als Achse dienende Messingstange, die mit den Drähten verlötet ist. Damit die Polenden des Ankers alle gleichweit von der Mitte entfernt seien — und das ist sehr wichtig —, wurden die einzelnen Drähte zuerst etwas länger genommen und die umwundenen Bündel dann an der richtigen Stelle abgesägt; denn feilen lassen sich die Enden solcher Drahtbündel nicht gut. Die einzelnen Schenkel des Feldmagneten sind gleichfalls aus Drahtstücken hergestellt, die in ein aus vier Bandeisenstreifen hergestelltes und mit Draht umwundenes Sechseck eingeklemmt sind. In die vier Eisenbänder wurden an den sechs Stellen der Magnetschenkel halbrunde Ausschnitte eingefeilt, in welche die runden Drahtbündel eingeklemmt werden konnten, ohne ihre Form zu verlieren. Die Maschine ist für zweiphasigen Wechselstrom von 120 Volt gebaut, kann aber auch für Gleichstrom verwendet werden und dient zum Antrieb für eine Influenzelektrisiermaschine von 50 cm Scheibendurchmesser. Der Abstand zweier Sechseckseiten beträgt 20 cm. Werden die Magnetenden noch mit Polschuhen versehen (siehe unten), so wird die Wirkung erhöht.

d) Mit Doppel-T-Anker. Die Motoren mit dem Doppel-T-Anker sind zwar in ihrer Konstruktion sehr einfach, haben aber den Nachteil, daß wir uns den Anker, wie den Feldmagnet nicht selbst herstellen können. Wir kommen auf diese Ankerform bei der magnetelektrischen Maschine (Seite 138 u. f.) nochmals zurück und gehen darum hier nicht näher darauf ein. Bei all den hier beschriebenen Maschinen sind die Lager für die Achsen nach der auf Seite 22 u. f. angegebenen Weise anzufertigen und sofort zu ölen.

e) Mit Ringanker. Rudi erklärte in diesem Vortrag auch den Grammeschen Ring ziemlich ausführlich. Er hatte sich einen Ringankermotor gebaut, der ihn allerdings sehr viel Zeit und Arbeit kostete, wobei er sich aber durch manchen Mißerfolg nicht abschrecken ließ.

Es möge hier die Herstellung einer solchen Ringmaschine beschrieben werden; doch es sei vorher erwähnt, daß nur sauberste und sorgfältigste Arbeit einen guten Erfolg verbürgt.

Zuerst wollen wir jedoch das Wesen des Grammeschen Ringes kennen lernen, das Rudi mit einem einfachen Experiment seinen Hörern klar machte. Er umwickelte zwei halbkreisförmig gebogene kleine Eisenstangen nach der in Abb. 108 angegebenen Weise in wenig Windungen mit je einem isolierten Kupferdrahte, durch den er dann in einer bestimmten Richtung den Strom schickte und die dabei entstehenden Magnetpole durch die Ablenkung der Magnetnadel erkennen ließ. Als er nun die beiden Halbkreise so mit den gleichnamigen Polen zusammenhielt, daß ein geschlossener Kreis entstand, wirkte der Ring wie ein einziger, zweipoliger Magnet.

Abb. 108. Entstehung der Pole im Grammeschen Ring.

Abb. 109. Form f. d. Grammeschen Ring.

So einfach die Herstellung dieses Modells des Grammeschen Ringes ist, soviel Mühe und Sorgfalt erfordert der richtige Ringanker.

Der Kern des Ankers, der die Form eines flachen Ringes erhält, wird aus 0,5 mm starkem gut durchgeglühtem Eisendraht hergestellt, indem wir den Draht auf eine entsprechende Form aufwinden. Den Schnitt durch diese Form zeigt Abb. 109. Ein rundes Brettchen, dessen Durchmesser gleich dem der Öffnung des Ringes ist, wird beiderseits mit zwei größeren Brettchen begrenzt, so daß eine Rinne entsteht, in die der Draht hineingewickelt wird. (Die Größenverhältnisse der einzelnen Teile kann man der Abb. 114 entnehmen.) Zwischen die einzelnen Lagen wird reichlich eine dicke Schellacklösung gegossen, die nach dem Trocknen den Draht zusammenhält, so daß die runden Brettchen entfernt werden können.

Der Ring wird nun mit zwölf kleinen Drahtspulen umgeben, wie wir aus Abb. 110 ersehen können. Um diese Spulen möglichst regelmäßig anbringen zu können, bezeichnen wir die betreffenden Stellen durch Papierstreifchen, die wir mit Schellack aufkleben. Jede Spule erhält drei bis vier Lagen eines gut isolierten Kupferdrahtes. Über die Drahtstärken wird weiter unten (Seite 134) noch ausführlich gesprochen werden. Kommt mit Baumwolle umsponnener Draht zur Verwendung, so ist dieser während des Aufwickelns mit Schellacklösung zu bestreichen. Bei doppelt mit Seide umsponnenem Draht ist das nicht nötig, es trägt jedoch zur größeren Festigkeit der Spulen bei. Die Drahtenden werden von ihrer Isolierung befreit, und jeweils wird der Anfang des Drahtes der einen Spule mit dem Ende des Drahtes der nächsten zusammengedreht.

Abb. 110. Der mit 12 Spulen bewickelte Grammesche Ring.

Abb. 111. Holzkern für den Grammeschen Ring (Schnitt).

Abb. 112. Schnitt durch Holzkern und Ring.

Um den Anker bequem auf eine Achse montieren zu können, lassen wir uns einen Holzkern drehen, den Abb. 111 im Durchschnitt zeigt. Der dickere Teil soll gerade in den bewickelten Ring hineinpassen und der dünnere einen Durchmesser von mindestens 1,5 cm haben. Abb. 112 zeigt diesen Kern nochmals im Schnitt mit dem darübergeschobenen Ring, der an seiner Stelle genau senkrecht zu der Richtung der Längsbohrung fest sitzen muß. Um den Ring möglichst fest mit dem Holze zu verbinden, bestreichen wir beide Teile vor dem Zusammenfügen mit Schellackkitt (siehe Seite 5).

Der dünnere Teil des Holzkerns wird nun in zwölf gleiche Teile eingeteilt; auf den Teilstrichen sollen Kupferblechstreifen befestigt werden, die, wie Abb. 113 zeigt, alle an ihrem hinteren Ende umgebogen sind und an dem dickeren Teil des Kernes anliegen. Die Streifen (Kollektorlamellen) sollen so breit sein, daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen nur etwa 1 mm betragen. Um die Lamellen sicher und regelmäßig befestigen zu können, verfahren wir folgendermaßen: Wir bestreichen den Kern mit sehr dicker Schellacklösung und drücken die heißgemachten Blechstreifen auf, wenn der Schellack fast getrocknet ist. Die Streifen müssen sofort genau an ihre richtige Stelle gebracht werden, da sie nachträglich nicht mehr verschoben werden können. Um zu verhindern, daß sie beim Gange der Maschine durch die Zentrifugalkraft abgeschleudert werden, müssen wir sie nahe dem vorderen und hinteren Ende mit in Schellack getränktem Bindfaden umwinden (siehe auch Abb. 114). Nun werden die an dem dickeren Teil des Holzkernes anliegenden Enden der Kupferstreifen gereinigt und mit den zusammengedrehten Drahtenden der Spulen verlötet.

Abb. 113. Ringanker mit Kollektor.

Abb. 114. Fertiger Motor (links Ansicht, rechts Schnitt).

Die übrigen Teile der Maschine sind alle aus Abb. 114 und 115 zu erkennen. Die linke Hälfte der Abb. 114 ist als Ansicht von vorne, die rechte als Horizontalschnitt gezeichnet; nur der Kollektor und das Schleiffedergestell sind nicht geteilt, sondern ganz als Ansicht gezeichnet.

Zur Erzeugung eines kräftigen magnetischen Feldes, in welchem sich der Anker drehen soll, dienen zwei starke Elektromagnete. Für geringere Ansprüche genügt auch einer; es ist dann nur der untere in Abb. 114 auszuführen.

Der untere Magnet wird ähnlich hergestellt, wie der, den wir auf Seite 113 kennen gelernt haben. In ein ziemlich langes Stück Bandeisen b (Abb. 114) wird in die Mitte ein Loch gebohrt, das später das Lager für die Achse aufnehmen soll. In einem Abstand von der Mitte, der sich aus der Figur ergibt, sind zwei starke Stücke Rundeisen c einzunieten, die die Magnetschenkel bilden. Die Nietfortsätze (d) sind durch Befeilen oder auf der Drehbank herzustellen. Wer im Besitze eines Gewindeschneideapparates ist, tut am besten, alle in der Figur als vernietet gezeichneten Teile zu verschrauben. Um den Ring auf einer möglichst großen Fläche zu umfassen, werden die Pole mit sogenannten Polschuhen (e) versehen. Die Form eines Polschuhes ist aus Abb. 116, sein Größenverhältnis zum Anker an Abb. 115 (e¹) zu erkennen (e¹ sind zwar die Polschuhe des oberen Magneten; diese aber haben genau dieselbe Form wie die des unteren). Bevor wir die Polschuhe aufnieten, müssen die fertig gewickelten Drahtspulen (f) über die Kerne geschoben werden. (Über Drahtstärken siehe unten.)

Die beiden Schenkel des oberen Magneten sind etwas anders geformt. Damit die Gestelle der Schleiffedern Platz und Spielraum haben, sitzen die Kerne, die hier flach sind, weiter außen. b¹ ist ein Stück Bandeisen von derselben Stärke wie b. Es enthält in der Mitte ebenfalls eine Bohrung zur Aufnahme des Lagers, ferner zwei Löcher für die beiden Nietzapfen (d¹) des flachen Kernes c¹; dieser erhält auf seiner Außenseite einen kurzen Fortsatz (in der Figur etwas zu lang gezeichnet), der nach unten zeigt und dem Anker, wie dies aus der Figur zu ersehen ist, möglichst nahe steht. Die übrigen Löcher in b¹ werden jetzt auch gleich eingebohrt, doch soll erst später ihre Lage und Weite mitgeteilt werden. Diese Teile können wir auch in Abb. 115 erkennen. Die einzelnen Stücke sind da mit denselben Buchstaben bezeichnet wie in Abb. 114. Die linke Hälfte der Abbildung ist als von oben gesehen gezeichnet; die rechte ist so gedacht, als wäre die Maschine in Höhe der Kollektormitte durchschnitten und ebenfalls von oben gesehen. Entsprechend dem flachen Querschnitt der Kerne c¹ sind auch die Drahtspulen f¹ flach, genau über den Kern passend herzustellen. Die Polschuhe e¹ werden wie bei dem unteren Magneten erst dann aufgenietet, wenn die bewickelten Spulen über die Kerne geschoben sind. Da c¹ weiter von der Mitte entfernt ist als c, so muß e¹ so an c¹ angenietet werden, daß die Abstände von e, e und e¹, e¹ gleich sind; denn die Polschuhe sollen nachher beim Montieren der Maschine genau übereinander liegen.

Abb. 115. Motor von oben gesehen (rechts Schnitt).

Abb. 116. Gestalt eines Polschuhes.

Jetzt richten wir uns ein starkes Grundbrett (a) aus hartem Holze her, ferner zwei starke rechteckige Holzsäulen (g), die ihrer ganzen Länge nach zu durchbohren sind. Die Höhe der beiden Säulen muß folgender Summe genau gleich sein: der Entfernung der unteren Seite von b bis zur oberen Fläche von e plus 1 mm plus der Dicke des bewickelten Ankers plus 1 mm plus der Entfernung der unteren Fläche von e¹ bis zur unteren Seite von b¹. Durch die Längsbohrung von g und durch entsprechend einzubohrende Löcher in b, b¹ und a wird eine an ihren Enden mit Gewinden versehene Messingstange (h) gesteckt, und durch Aufschrauben der Muttern i und i¹ werden die einzelnen Teile fest zusammen gezogen. Es ist vorteilhaft, für die Mutter i in dem Grundbrett eine Versenkung einzubohren. Auf der Unterseite von g ist ein Einschnitt einzusägen, in den der Bandeisenstreifen b genau hineinpaßt, so daß die Säule nicht auf b sondern auf a aufsteht; natürlich darf der Einschnitt nur so groß sein, daß auch b noch genügend fest gehalten wird.

Für die Achse (k) des Ankers wählen wir eine je nach der Größe der Maschine 5 bis 10 mm starke Messingstange. Nach ihrer Dicke muß sich die Weite der Bohrung durch den Holzkern (l) des Ankers richten. Letzterer wird dadurch an der Achse befestigt, daß wir ihn an einem an dieser angelöteten Messingblechscheibchen (m) anschrauben. Das untere Ende der Achse ist ein wenig abzurunden und zuerst mit gröberer, dann mit feinerer und schließlich mit allerfeinster Schmirgelleinwand abzureiben. Unter der mittleren Bohrung von b ist ein starkes Glasplättchen (n) in a einzulassen; es dient der Achse als Auflager. Die beiden Lager (o) in b wie in b¹ werden auf die bekannte Weise mit Kupferdraht hergestellt und in den betreffenden Bohrungen eingelötet (siehe Seite 22 u. f.). Die Lager sind sofort einzuölen.

Sind nun die einzelnen Teile in der angegebenen Weise montiert, so muß sich der Anker ohne zu streifen zwischen den Polschuhen, von denen er höchstens 1 mm Abstand haben darf, drehen lassen.

Es wären nun noch die Schleiffedern anzubringen. Sie sollen so den Kollektor berühren, daß die Magnetpole an den Punkten α und β (Abb. 115) entstehen. Wie aus dem Schema Abb. 108 erhellt, entstehen die Pole da, wo der Strom ein- und austritt. Die Verbindungslinie der Berührungspunkte müßte also senkrecht stehen zu der Verbindungslinie der Mitten der Magnetkerne. In Wirklichkeit aber ist die günstige Lage der Berührungspunkte etwas im Sinne der Ankerdrehung verschoben. Da wir diese Lage nur durch Probieren herausfinden können, müssen wir die Schleiffedern an einem drehbaren Gestelle anbringen. Die günstige Stellung können wir daran erkennen, daß beim Gang der Maschine die auf dem Kollektor auftretenden Funken kleiner sind, als bei jeder anderen Lage. Eine Platte aus dünnem Holz (Ahorn) oder besser aus Vulkanfiber oder Hartgummi, deren Form aus Abb. 115 p — p zeigt nur die eine Hälfte — hervorgeht, ist in der Mitte durchbohrt und wird so auf b aufgelegt, daß die Achse durch diese Bohrung hindurchgeht. In jeder Ecke dieser Platte wird ein in Abb. 114 mit q bezeichneter 2 bis 3 mm starker Kupferdraht befestigt. An je zweien auf der gleichen Seite sich befindenden Drähten wird ein federnder Kupferstreifen r angelötet. r ist so zu biegen und die zweimal rechtwinkelig umgebogenen Drähte q sind so zu stellen, daß die Schleiffeder unter gelindem Druck auf dem Kollektor aufliegt. Hart neben p ist ein Loch in b¹ einzubohren und mit einem Gewinde zu versehen, in das die Metallschraube s (mit breitem Kopf) hineinpaßt. Indem wir nun p während des Ganges der Maschine um die Achse drehen, können wir, wie bereits erwähnt, die günstigste Berührungsstelle für die Schleiffedern ausfindig machen und sie in dieser Lage durch Anziehen der Schraube s fixieren.

Abb. 117. Bewickelungsschema.

Wie die Spulen zu bewickeln und untereinander zu verbinden sind, geht aus dem Schema Abb. 117 hervor.

Bestimmung der Drahtstärken.

Jetzt wollen wir noch sehen, wie wir die Stärken und Längen der Drähte für unsere Bewickelungen bestimmen können. Man beachte folgende Punkte:

1. Der Widerstand der Bewickelung des Feldmagneten soll stets etwas größer sein als der der Ankerwickelung (Feldmagnet = 35, Anker = 25). Der Widerstand eines Drahtes ist proportional seiner Länge und umgekehrt proportional seinem Querschnitte. Der Querschnitt q berechnet sich aus dem Durchmesser des Drahtes nach der Formel: q = π · (d2)^², worin π = 3,14 ist. (Man benutze auch die Tabellen am Schlusse des Buches.)

2. Der Widerstand in einem Ringanker ist gleich ¼ des Widerstandes im ganzen Ankerdraht, da dem Strom zwei Wege, die nur halb so lang sind als die genannte Ankerwickelung, offenstehen.

3. Bauen wir einen Motor mit Rücksichtnahme auf eine bestimmte Stromquelle, so kann er um so größer ausgeführt werden, je mehr elektrische Energie uns zur Verfügung steht. Die Energie eines Stromes wird in Watt gemessen und ist gleich dem Produkt aus Spannung und Stromstärke. 1 Watt gleich 1 Volt mal 1 Ampere (siehe auch zweiter Vortrag S. 84 u. f.). Haben wir bei gegebener Energie verhältnismäßig hohe Spannung und geringe Stromstärke, so ist es nach dem Ohmschen Gesetze (S. 86 u. f.) vorteilhafter, längere und dünnere Drähte für die Bewickelung zu verwenden, als wenn wir eine geringe Spannung und eine große Stromstärke haben. Um einen Anhaltspunkt für die absoluten Maße zu geben, sei folgendes gesagt. Ist der Feldmagnet eines Motors an Größe dem Magnet einer mittelgroßen elektrischen Klingel gleich und steht uns eine Batterie von etwa 3 bis 6 Leclanché-Elementen zur Verfügung, so mag die Bewickelung des Feldmagneten gleich der der betreffenden elektrischen Klingel sein, also für jede Spule etwa 20 m eines 0,5 mm starken Kupferdrahtes.

4. Schalten wir die Magnet- und Ankerwickelung hintereinander (Hauptstrommaschine), das heißt so, daß der Strom zuerst die Magnetschenkel umkreist, dann durch den Ankerdraht fließt und schließlich wieder zur Stromquelle zurückkehrt (siehe auch Abb. 125), so ist der Gesamtwiderstand der Maschine größer, als wenn wir die beiden Wickelungen nebeneinander (Nebenschlußmaschine) schalten, also so, daß sich der Strom beim Eintritt in den Motor teilt und einerseits um den Feldmagnet, anderseits um den Anker fließt, um beim Austritt aus der Maschine sich wieder zu vereinigen und zur Stromquelle zurückzukehren (Abb. 126). Wollen wir einen Motor von vornherein als Nebenschlußmaschine bauen, so ist der Widerstand der Ankerdrähte eben so groß oder etwas kleiner zu wählen, als der der Drähte des Feldmagneten. Näheres über die Unterschiede dieser Schaltungsweisen ist bei der Beschreibung der Dynamomaschine ausgeführt (S. 148).

5. Um aus den hier gegebenen Anhaltspunkten die Drahtmaße für eine der hier beschriebenen Maschinen berechnen zu können, vergleichen wir zuerst den für den Motor zur Verfügung stehenden Strom mit dem, den die unter 3. erwähnten 3 bis 6 Leclanché-Elemente liefern. Den inneren Widerstand des oben erwähnten Motors berechnen wir mit Hilfe der Widerstandstabelle (im Anhang) und erhalten für die Bewickelung des Ankers 3,2 Ohm, dies sind 2⁄5 des gesamten Widerstandes: es kommen auf den Feldmagneten 3⁄5, also 4,8 Ohm, so daß wir im ganzen einen Widerstand von 8 Ohm erhalten. Haben wir einen Strom, der die doppelte Anzahl von Watt liefert wie die 3 bis 6 Elemente, so sind die Dimensionen des Motors etwa 1,5mal so groß auszuführen; der gesamte Widerstand (8 Ohm) hat aber gleich zu bleiben für den Fall, daß auch das Verhältnis von Spannung zu Stromstärke gleichgeblieben ist. Wollen wir dagegen den Motor für einen Strom bauen, der zwar dieselbe Energie besitzt wie die Leclanchébatterie, aber bei geringerer Stromstärke eine höhere Spannung hat, so ist der Gesamtwiderstand der Maschine dadurch größer zu machen, daß man mehr Windungen macht, also längeren und dünneren Draht verwendet.

6. Sind wir nun über die Dimensionen und die Drahtwiderstände der herzustellenden Maschine im klaren, so schätzen wir mit Hilfe der Widerstandstabelle Länge und Stärke des Drahtes, der auf eine Spule kommen soll, ungefähr ab. Um erkennen zu können, ob der Draht die gegebene Spule auch ausfüllt oder auf ihr hinreichend Platz findet, müssen wir den inneren Spulendurchmesser (also die Kerndicke) zu dem äußeren Spulendurchmesser addieren — die Maße sind immer in Millimetern auszudrücken — die Summe mit 2 dividieren und das Resultat mit π (π = 317) multiplizieren. Wir erhalten dadurch die mittlere Länge einer Windung. Um die Zahl der Windungen festzustellen, müssen wir die Dicke des Drahtes mit der Isolierung kennen.

Nehmen wir zum Beispiel an, der Kerndurchmesser sei 1 cm, der äußere Spulendurchmesser 3 cm, die Spulenlänge 5 cm, der Widerstand des Drahtes 1 bis 1,5 Ohm und die Drahtdicke hätten wir auf 0,5 mm, mit der Isolierung also auf 0,7 mm, geschätzt. Wir wollen nun die erforderliche Länge und den Widerstand berechnen.

Spulendurchmesser = 30 mm, Kerndurchmesser = 10 mm,

somit mittlere Länge einer Windung

10 + 302 · π = 20 · 227 = 62,9 mm, rund 6,3 cm.

Wieviel Windungen haben auf der 50 mm langen Spule eines mit der Isolierung 0,7 mm starken Drahtes Platz?

50 : 0,7 = 71,4 Windungen.

Wieviel Lagen gehen auf die Spule, wenn ihr Halbmesser 15 mm, der Halbmesser des Kernes 5 mm beträgt?

15 − 5 = 10 mm; 10 : 0,7 = 14,3 Lagen.

Somit ergeben sich 71,4 · 14,3 = 1021,02 Windungen. Jede Windung hat eine durchschnittliche Länge von 6,3 cm, also ergibt sich für die Gesamtlänge

rund 1021 · 6,3 cm = 64,32 m.

Da die Dicke des Drahtes ohne die Umspinnung 0,5 mm beträgt, so ergibt sich nach der Tabelle ein Widerstand von

64,32 · 0,08 = 5,1 Ohm.

Wir haben also nicht sehr gut geschätzt; der Widerstand ist etwa 4mal zu groß. Wir müssen deshalb die gleiche Rechnung nochmals für einen etwas stärkeren Draht durchführen. Nehmen wir zum Beispiel für den nackten Draht 0,7, für den umsponnenen 1 mm an, so brauchen wir davon 31,5 m, deren Widerstand sich auf etwa 1,25 Ohm beläuft.

7. Die hier angegebenen Verhältnisse brauchen nur dann berücksichtigt zu werden, wenn wir von dem Motor unter größtmöglicher Ausnützung der vorhandenen elektrischen Energie Arbeit verlangen. Soll die Maschine nur ein Spielzeug sein, das sich dreht, wenn man einen Strom hineinleitet, so sind wir daran nicht gebunden und können die Maße für die Bewickelungsdrähte ganz willkürlich wählen.

Induktionsströme.

Nachdem Rudi seine verschiedenen Motoren vorgeführt und erklärt hatte, ging er dazu über, soviel über Induktionsströme zu sprechen, als unbedingt zum Verständnisse der magnetelektrischen Maschine und der Dynamomaschine nötig war. An einigen kurzen Experimenten zeigte er zuerst die Haupterscheinungen der Magnetinduktion und dann die der Elektroinduktion.

Magnetinduktion.

Zur Demonstration der Entstehung von Induktionsströmen hatte sich Rudi eine große hohle Drahtspule gemacht, auf der nahezu 80 m eines 0,5 mm starken Drahtes aufgewickelt waren. (Es genügen für diesen Versuch aber auch kleinere Spulen.) Eine größere Anzahl von Stricknadeln hatte er einzeln magnetisiert (Magnetisieren siehe Seite 90 u. 140) und dann so zu einem Bündel zusammengebunden, daß alle gleichnamigen Pole auf derselben Seite waren. Dadurch war ein starker Stabmagnet entstanden. Die Drahtenden der Spule verband Rudi mit seinem Vertikalgalvanoskop. Sobald er dann den Stabmagnet in die Spule hineinschob, schlug die Nadel des Instruments einen Augenblick nach der einen Seite aus; als er ihn herauszog, geschah der Ausschlag nach der anderen Seite. Das gleiche Experiment wiederholte er, indem er den Magnet viel rascher hineinsteckte und herauszog; dabei wurden die Ausschläge des Galvanoskopes größer als vorher.

Nach diesem Versuche schob Rudi eine kurze Betrachtung über die Kraftlinien ein, über die er ja schon im zweiten Vortrag eingehend gesprochen hatte. Er erklärte fernerhin, daß, wenn ein Leiter der Elektrizität von Kraftlinien durchschnitten wird, in ihm elektrische Ströme auftreten. In einem beliebig geformten Leiter sind die Ströme ungeordnet und kommen nicht zur Geltung. Geben wir aber dem Leiter die Form eines langen, zur Spule aufgewickelten Drahtes, so summieren sich die kleinsten Stromimpulse zu einem durch seine Wirkungen erkennbaren elektrischen Strome. Ein Strom wird nur so lange erzeugt, als die Kraftlinien in Bewegung sind. Je rascher sie sich bewegen, desto stärker ist der Strom. Der Strom, der beim Eintritte von Kraftlinien in einem Leiter entsteht, ist in seiner Richtung dem Strom, der durch die austretenden Kraftlinien hervorgerufen wird, entgegengesetzt.

Elektroinduktion.

Ähnlich wie ein Stahlmagnet wirkt eine von einem Strome durchflossene Spule. Um auch das zu zeigen, hatte sich Rudi eine kleinere Spule gemacht, die in die größere eingesteckt werden konnte. Auch die kleinere Spule war hohl, so daß es möglich war, einen Eisenkern in sie hineinzuschieben. Rudi führte den Versuch zuerst ohne, dann mit dem Eisenkern aus. In letzterem Falle war die Wirkung bedeutend stärker, da durch die Gegenwart des Eisens die Zahl der Kraftlinien sehr vergrößert wurde.

Der dritte Versuch bestand darin, daß Rudi die kleine Spule mit dem Eisenkern in der großen stehen ließ und den Strom zur kleinen plötzlich ein- und ausschaltete. Beim Einschalten des Stromes erhielt er den Ausschlag des Galvanoskopes nach derselben Seite wie beim Eintauchen des Magneten; das Ausschalten entsprach in dieser Beziehung seinem Herausnehmen.

Nach diesen einleitenden Versuchen ging Rudi zur Erklärung der Wirkungsweise der magnetelektrischen Maschine über. Er hatte sich selbst eine solche gefertigt, und wir wollen nun sehen, wie man dabei zu Wege gehen muß, um zu einem sicheren und guten Ergebnisse zu gelangen.

Die magnetelektrische Maschine.

Um eine gutgehende magnetelektrische Maschine herstellen zu können, bedürfen wir vor allem eines starken Stahlmagneten, dessen Form von der des Ankers abhängt. Von den drei uns schon bekannten Ankerformen kommen nur die beiden in Abb. 118 dargestellten in Betracht.

Abb. 118. Ankerformen für magnetelektrische Maschinen.

Für die Stahlmagnete eignet sich der dänische Stahl am besten; für unsere Zwecke jedoch genügt gewöhnlicher Werkzeugstahl, der in 50 bis 70 cm langen Stäben als Rund- und Bandstahl von den verschiedensten Querschnittdimensionen in den Handel kommt. Es können auch Sägeblätter verwendet werden.

Die Doppel-T-Anker sind für solche Maschinen geeigneter als die sogenannten Hufeisenanker, haben aber den Nachteil, daß wir sie nicht selbst herstellen können. Man kann sie dagegen bei jedem Mechaniker kaufen.

Der Werkzeugstahl kommt meist in weichem, geglühtem Zustand in den Handel; trotzdem ist es vorteilhaft, ihn vor der Bearbeitung nochmals durchzuglühen. Da es sich hier um ziemlich starke Stücke handelt, wird allerdings in den meisten Fällen selbst ein guter Bunsenbrenner nicht mehr genügen, die Eisenstäbe richtig zum Glühen zu bringen.

Abb. 119. Die improvisierte Schmiedeesse (Schnitt).

Die Schmiedeesse.

Wir müssen uns deshalb rasch eine kleine Schmiedeesse anfertigen. An das eine Ende eines Gummischlauches stecken wir einen alten Trichter aus Eisenblech, an das andere einen Blasebalg. Der Trichter wird mit der Öffnung nach oben in eine mit Sand gefüllte Kiste gesteckt und der Schlauch zu einem in die Seite eingebohrten Loche hinausgeleitet. Die Trichteröffnung wird etwa zur Hälfte mit etwas mehr als nußgroßen Kieselsteinen angefüllt. Den Schnitt durch diese Einrichtung zeigt Abb. 119.

Nehmen wir nun an, unser Anker habe einen Durchmesser von 25 mm und eine Länge von 30 mm, so brauchen wir ein 60 cm langes, 12 mm breites und 3 mm dickes, ferner ein 18 cm langes, 15 mm breites und 3 mm dickes Stück Bandstahl. Ersteres wird in zehn, je 6 cm lange, letzteres in vier, je 4,5 cm lange Stäbe zerlegt. Wie diese später zu einem Magnetstock angeordnet werden, geht aus Abb. 120 hervor. Um den Anker an einer möglichst großen Fläche nahe zu umschließen, müssen in den einander gegenüberstehenden Magnetschenkeln der Ankerkrümmung entsprechende Aushöhlungen angebracht werden (siehe Abb. 120 A). Um die einzelnen Stäbe zu einem festen Ganzen zusammenzuhalten, müssen die längeren an dem dem Ankerausschnitt entgegenliegenden Ende, die kürzeren an beiden Enden durchbohrt werden. Es erübrigt nun noch, alle Kanten, mit Ausnahme derer der Ankerausschnitte, mit Feile und Schmirgelpapier wohl abzurunden.

Je dünner die einzelnen Stäbe sind, desto besser lassen sie sich magnetisieren, weshalb sich Sägeblätter sehr gut eignen. Auch können wir dann das Magnetisieren in Ermangelung eines starken Stromes durch Streichen mit einem Stahlmagneten bewerkstelligen (siehe unten). Zum Ausfeilen der Rundung für den Anker klemmen wir dann eine größere Anzahl solcher Blätter zusammen in den Schraubstock und befeilen sie mit der halbrunden Eisenfeile.

Härten und Magnetisieren von Stahlstäben.

Jetzt müssen die Stahlstäbe gehärtet werden. In einem Holzkohlenfeuer, das wir auf unserer Schmiedeesse entfachen, werden sie einzeln bis auf helle Rotglut erhitzt und dann direkt aus dem Feuer heraus in kaltes Wasser geworfen. Nachdem so alle Stäbe gehärtet sind, werden sie mit Schmirgelleinwand von der durch das Glühen entstandenen Oxydschicht etwas befreit und müssen dann magnetisiert werden. Zu diesem Zweck stellen wir uns eine Drahtspule her, in die die Stahlstäbe gerade hineinpassen. Die Bewickelung muß so gewählt werden, daß mit der uns zur Verfügung stehenden Stromquelle ein möglichst starker Gleichstrom durch möglichst viele Windungen fließt. Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes (Seite 86 u. f.) ist es nicht schwer, das festzustellen. Ist unsere Stromquelle überhaupt schwach, so müssen wir den Strom entsprechend länger wirken lassen, was jedoch den Mangel an Intensität bei weitem nicht ersetzen kann. Es ist weit vorteilhafter, 12 Ampere 2½ Minuten wirken zu lassen, als z. B. 1 Ampere 30 Minuten. Nach einem andern Verfahren, das aber auch einen starken Strom erfordert, verfährt man folgendermaßen: Man windet sich aus 2 bis 2,5 mm starkem, isoliertem Kupferdraht eine Spule, die aber für die kürzeren Magnetstäbe nicht länger als 2 cm, für die längeren nicht länger als 2,5 bis 3 cm sein darf. In diese Spule bringen wir den zu magnetisierenden Stab so, daß die Spule genau über seiner Mitte liegt; erst jetzt wird ein möglichst starker Strom durch die Windungen geschickt und der Stab so in der Spule etwa 15 bis 20 mal hin und her geschoben, daß das Stabende der einen Seite immer nur bis zum Spulenende der gleichen Seite geführt wird. Man hört wieder in der Mitte auf und zwar so, daß jede Stabhälfte gleich oft durch die Spule gegangen ist; dann wird der Strom abgestellt. Steht uns kein starker Strom zur Verfügung, so tun wir gut daran, das Magnetisieren von einem zuverlässigen Mechaniker besorgen zu lassen. Stehen uns gute, starke Stahlmagnete zur Verfügung, so können wir unsere Stäbe auch durch Streichen magnetisch machen. Das einfachste Verfahren, wozu wir auch nur einen Magneten brauchen, besteht darin, daß man erst den einen, z. B. den Nordpol des Strichmagneten, in der Mitte auf den zu magnetisierenden Stab aufsetzt, ihn unter starkem Aufdrücken nach dem Ende zu führt, da hochhebt, in der Luft im Bogen zurückgeht, wieder in der Mitte aufsetzt u. s. f. 10 bis 20 mal; dann wiederholt man das gleiche Verfahren mit dem anderen Pol nach der anderen Seite des Stabes. Bessere Resultate gibt folgendes Verfahren: Wir legen zwischen 2 Stabmagnete ein Holz, das so dick wie die Magnete und 1 bis 2 cm kürzer als die zu magnetisierenden Stäbe ist; rechts liegt der Nordpol, links der Südpol am Holz an. Darauf wird der Stahlstab so gelegt, daß seine Enden auf den Magnetpolen aufliegen. Zwei weitere Stabmagnete werden, durch ein 5 mm dickes Hölzchen getrennt, so in der Mitte des Stabes aufgesetzt, daß sie mit diesem Winkel von 45° bilden und daß rechts der Nord-, links der Südpol aufliegt. Nun fährt man erst an das eine Ende (nicht darüber hinaus!), dann über die Mitte weg nach dem anderen u. s. f. 10 bis 20 mal und hört so in der Mitte auf, daß man gleich oft über jede Hälfte gefahren ist.

Es ist besonders darauf zu achten, daß die eine Hälfte, also fünf Stück, der längeren Stahlstäbe an dem mit dem Ausschnitt versehenen Ende + (nord-) magnetisch, die andere Hälfte der Stäbe an dem ausgeschnittenen Ende − (süd-) magnetisch werden. Mit einer freischwebenden Magnetnadel stellen wir die Nord- und Südpole der einzelnen Magnete genau fest und bezeichnen sie deutlich mittels Tinte mit den Zeichen + und −. Nun werden diese Magnete in der aus Abb. 120 hervorgehenden Anordnung zusammengestellt. Zwei Eisenstäbe, die an beiden Enden mit Gewinden versehen sind, werden durch die Löcher geschoben, und mit je zwei Muttern werden die Magnete fest zusammengepreßt. Sollten an den Berührungsflächen der einzelnen Magnete infolge des Glühens oder eines anderen Umstandes Unebenheiten aufgetreten sein, so müssen diese durch Schleifen, was aber vor dem Magnetisieren auszuführen ist, mit Schmirgel beseitigt werden, feilen läßt sich gehärteter Stahl nicht mehr!

Den so gewonnenen Magnetstock können wir dadurch verstärken, daß wir uns noch Magnete von passender Größe herstellen, mit denen wir die Zwischenräume zwischen den einzelnen Stäben ausfüllen, natürlich unter richtiger Berücksichtigung der Pole.

Abb. 120. Der aus einzelnen Stäben zusammengesetzte Magnetstock.

Abb. 121. Gleich- und Wechselstromabnehmer auf einer Achse.

Wir kommen nun zur Bewickelung des Ankers. Je länger und dünner der Draht ist, den wir verwenden, desto höher ist die Spannung und desto geringer die Stromstärke. Für eine Maschine in den hier angegebenen Dimensionen dürfte ein 0,3 bis 0,5 mm starker Draht die besten Resultate ergeben. Die Drahtenden werden zu einem Kollektor geführt, wie er schon auf Seite 123 beschrieben worden ist. Die Stellung der Schleiffedern ist hier genau dieselbe wie dort. Außer diesem Kollektor, der den in den Spulen induzierten Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, können wir auch einen solchen zur Abnahme von Wechselstrom auf der Achse anbringen. Er besteht einfach aus zwei nebeneinander liegenden, aber voneinander isolierten Metallringen. Abb. 121 zeigt beide Kollektoren nebeneinander auf einer Achse. Die Drahtenden der Spule, die zu dem äußeren der beiden Kollektoren führen, müssen natürlich unter dem inneren hindurchgehen.

Abb. 122. Verschiedene Formen für Feldmagnete.

Verwenden wir statt des Doppel-T-Ankers den in Abbildung 118 B abgebildeten, so ist der dazu nötige Stahlmagnet etwas einfacher herzustellen. Abb. 122 zeigt drei verschiedene Formen. Für die Verwendung von Sägeblättern dürfte die Form C am geeignetesten sein; natürlich müssen dann mehr als drei Streifen zusammengelegt werden. Die Stirnfläche des Feldmagneten soll mindestens 1 qcm groß sein.

Abb. 123 zeigt den Anker mit den Spulen (d) und deren Stellung zum Feldmagnet (a) im Schnitt; c ist die Achse, b der Ankerkern, e der Kollektor. Diese Teile sind den entsprechenden des auf Seite 123 beschriebenen Elektromotors in jedem Punkte gleich. Für die Bewickelung gilt das nämliche wie beim Doppel-T-Anker.

Der Anker der magnetelektrischen Maschine muß, um einen elektrischen Strom zu liefern, ziemlich rasch gedreht werden. Wir befestigen deshalb auf der Achse eine aus Hartholz gedrechselte Welle, über die wir einen Riemen oder eine Schnur zu einem Schwungrade leiten. Wir können dazu das Schwungrad einer Nähmaschine mit Fußbetrieb verwenden, wenn wir die Nähmaschine von dem Tischchen abheben. Wir können uns aber auch ein Schwungrad folgendermaßen selbst herstellen: Wir sägen uns aus einem breiten Brett, das wir eventuell aus anderen zusammenleimen, eine runde Scheibe. Auf ihre beiden Seiten kleben wir je einen Ring aus starkem Pappendeckel, der so groß ist, daß er den Rand der Scheibe um etwa 0,5 cm überragt. Dadurch wird eine Rinne gebildet, in der eine Schnur laufen kann, ohne abzugleiten. Es ist nun noch eine Kurbel anzubringen und die Scheibe auf einer Achse an einem Gestelle zu befestigen. Dessen Konstruktion ausfindig zu machen, überlassen wir der Phantasie des jungen Bastlers.

Abb. 123. Schnitt durch die magnetelektrische Maschine mit Hufeisenanker.

Wirkungsweise der magnetelektrischen Maschine.

Die Wirkungsweise der magnetelektrischen Maschine erklärte Rudi im Anschluß an die Experimente über Magneto- und Elektroinduktion. Dort haben wir gesehen, daß in einem Leiter elektrische Ströme entstehen, sobald Kraftlinien sich in ihm bewegen. Dabei konnten wir beobachten, daß das Ein- oder Austreten der Kraftlinien für die Stromrichtung bedingend war. Maxwell hatte eine Regel aufgestellt, die uns gestattet, die Richtung des Induktionsstromes sicher festzustellen. Betrachten wir die Abb. 124, die die Kraftlinien eines Magnetstabes NS darstellt; wir sehen an den eingezeichneten Pfeilen, daß diese Linien, vom Nordpol nach allen Seiten ausstrahlend, sich nach dem Südpol hin bewegen. Die Maxwellsche Regel heißt: Betrachtet man eine Drahtspule, die sich in einem magnetischen Felde[5] bewegt, in der Richtung der Kraftlinien, so bringen eintretende Kraftlinien einen Strom hervor, der der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzt ist, austretende dagegen einen solchen, der dieselbe Drehungsrichtung hat wie der Uhrzeiger.

Abb. 124. Drahtringe, die sich in einem magnetischen Feld bewegen.

In Abb. 124 sind fünf Drahtringe eingezeichnet. Nehmen wir an, daß sich I und II von links nach rechts bewegen und III, IV und V von rechts nach links, so werden die induzierten Ströme in der eingezeichneten Richtung fließen.

Betrachten wir nun die Verhältnisse bei unserer magnetelektrischen Maschine mit dem Hufeisenanker in der in Abb. 123 dargestellten Lage, so gehen die Kraftlinien im Bogen vom +-Pol des Stahlmagneten durch den Anker hindurch zum −-Pol. Dabei treten sie in die linke Drahtrolle von vorn, in die rechte von hinten ein, da sie in einem Bogen von einem Pol zum anderen gehen. Wird der Anker so gedreht, daß die linke Spule gewissermaßen nach oben aus der Bildfläche heraustritt und die rechte sich abwärts bewegt, so treten aus beiden Spulen Kraftlinien so lange aus, bis der Anker eine Drehung von 90° gemacht hat. Wird er dann weiter gedreht, so dringen Kraftlinien ein, aber von der anderen, der hinteren Seite her, bis die Pole des Ankers, nachdem er sich um 180° gedreht hat, vor denen des Magneten stehen. Wir wollen die Richtung der während der halben Umdrehung in den beiden Spulen induzierten Ströme feststellen. Dabei soll „von vorn gesehen“ jedesmal die Richtung vom Anker zum Feldmagneten, „von hinten gesehen“ die umgekehrte Richtung angeben. Zuerst, während sich die linke Spule nach oben bewegt, treten von hinten kommende Kraftlinien aus ihr heraus, oder, wie man sich auch ausdrücken kann, die Zahl der von hinten in die Spule eindringenden Kraftlinien wird ständig geringer; der Strom wird also von hinten gesehen im Sinne der Uhrzeigerbewegung durch die Spule fließen. Beginnt die Spule nach einer Drehung von 90° sich wieder abwärts zu bewegen, so wird die Zahl der von vorn eindringenden Kraftlinien beständig größer. Betrachten wir nun wie vorhin die Spule von hinten, so fließt der induzierte Strom immer noch im Sinne der Uhrzeigerbewegung. Jetzt wollen wir sehen, was unterdessen in der anderen Drahtrolle — die ursprünglich rechts stand — vor sich gegangen ist. Hier sind zuerst die von vorn kommenden Kraftlinien aus der Spule ausgetreten, dann — nach einer Viertelumdrehung — die von hinten kommenden eingetreten, also gerade umgekehrt wie bei der zuerst betrachteten Drahtrolle. Hier fließt demnach der Induktionsstrom von hinten gesehen entgegen dem Sinne der Uhrzeigerbewegung. Daraus folgt, daß der Strom in den Spulen, die sich oberhalb der Bildebene bewegen, in der einen, in denen, die sich unterhalb der Ebene bewegen, in der anderen Richtung fließt. Verbinden wir die Drahtenden der Spulen so wie bei einem gewöhnlichen Elektromagnet, bei welchem der Draht um den einen Magnetschenkel rechts, um den anderen links herum aufgewickelt ist, so werden sich die in den beiden Drahtrollen induzierten Ströme nicht entgegenfließen, sondern addieren; dagegen werden sie die Drähte während der ersten halben Umdrehung in der einen, während der zweiten in der anderen Richtung durchfließen, da ja in beiden Spulen in dem Augenblick, in dem sie die Pole des Feldmagneten passieren, der Induktionsstrom seine Richtung ändert.

Führen wir die Drahtenden der Ankerspulen zu zwei ganzen, voneinander isolierten Ringen auf der Achse und leiten mittels zweier Schleiffedern den Strom in einen Draht, so durchfließt er diesen unter fortwährender Änderung seiner Richtung. Davon können wir uns überzeugen, wenn wir das Vertikalgalvanoskop mit den Schleiffedern verbinden und die Maschine ganz langsam in Gang setzen: nach je einer halben Ankerumdrehung wird die Nadel des Instrumentes zuerst nach der einen, dann nach der anderen Seite ausschlagen. Drehen wir aber den Anker sehr rasch, so bekommen wir überhaupt keinen Ausschlag, weil die einzelnen Impulse, die ständig ihre Angriffsrichtungen auf die Nadel ändern, so rasch nacheinander eintreffen, daß die Trägheit der Nadel und des Magneten diesen nicht erlauben, den Impulsen zu folgen. Wir können dagegen mit einer kleinen Glühlampe das Vorhandensein eines Stromes nachweisen, denn der Kohlenfaden wird in der gleichen Weise erhitzt, ob der Strom in der einen oder anderen Richtung ihn durchfließt.

Um von der magnetelektrischen Maschine Gleichstrom abnehmen zu können, haben wir auch den zweihälftigen Kollektor auf der Achse montiert. Daß dieser als Kommutator, als Stromwender wirkt, haben wir schon auf Seite 123 gesehen.

Die Dynamomaschine.

Sich selbst eine Dynamomaschine, die wirklich als Generator zu gebrauchen ist, anfertigen zu wollen, ist ein Unternehmen, das meistens daran scheitert, daß eben eine solche Maschine in allen ihren Teilen ganz genau berechnet sein will. Wer sich nach den Berechnungsangaben auf Seite 134 u. f. einen größeren Motor gebaut hat, kann unter Umständen das Glück haben — es wäre ein Zufall —, daß derselbe auch als Generator zu verwenden ist. Unter den beschriebenen Motoren kann in dieser Beziehung am meisten von den vierpoligen mit Hufeisenanker oder von solchen mit Doppel-T-Anker erwartet werden. Wie wir die Maschinen auf ihre Fähigkeiten dieser Art hin zu prüfen haben, wird am Ende des Abschnittes erwähnt. Jetzt wollen wir zuerst hören, was Rudi in seinem Vortrag über das Prinzip der Dynamomaschine ausführte.

Abb. 125. Schema einer Hauptstrommaschine.

Wir haben gesehen, daß, wenn sich ein Drahtkreis in einem magnetischen Felde bewegt, in diesem — dem Drahtkreis — ein elektrischer Strom erzeugt wird. Der Strom ist umso stärker, je stärker das magnetische Feld ist. Nun ist es eine bekannte Tatsache, daß wir ein Stück weiches Eisen mit Hilfe eines elektrischen Stromes zu einem viel stärkeren Magnet machen können als ein gleich großes Stück Stahl. Es lag deshalb der Gedanke nahe, für magnetelektrische Maschinen statt Stahlmagnete Elektromagnete zu verwenden und den Strom für diese entweder einer Batterie, oder einer kleineren magnetelektrischen Maschine zu entnehmen. Werner v. Siemens kam zuerst (i. J. 1867) auf den Gedanken, den Ankerstrom selbst zur Erregung der Feldmagnete zu verwenden. Auch das weichste Eisen, wenn es einmal magnetisch gemacht war, behält eine Spur von Magnetismus, die genügt, einen wenn auch sehr kleinen Strom im Anker zu erzeugen. Dieser kleine Strom wird um den Feldmagnet geleitet und macht ihn ein wenig stärker, wodurch auch der induzierte Strom wieder stärker wird und den Feldmagnet noch stärker macht u. s. f., bis die Grenze der Magnetisierungsfähigkeit des Eisens erreicht ist. Zur besseren Veranschaulichung dieses Vorganges stellte Rudi eine Tafel mit der in Abb. 125 dargestellten Figur auf.

Diese Tafel zeigt die sogenannte Hauptstrom- oder Serienschaltung, weil der Hauptstrom, das ist der ganze im Anker erzeugt werdende Strom, durch die Windungen des Feldmagneten fließt. Anders verhält sich das bei der in Abb. 126 dargestellten Schaltungsweise, der sogenannten Nebenschlußschaltung. Hier liegen die Feldmagnete im Nebenschluß zu dem im Anker erzeugten und durch das Leitungsnetz (X) fließenden Strom. Diese Schaltungsweise ist die gebräuchlichere, da durch einen bei R (Abb. 126) eingeschalteten Rheostaten (siehe Anhang) die Spannung bequem reguliert werden kann. Mache ich den Widerstand in R größer, so sinkt die Spannung, mache ich ihn kleiner, so steigt sie.

Abb. 126. Schema einer Nebenschlußmaschine.

Abb. 127. Schema einer Maschine mit Fremderregung.

Es können auch beide Schaltungsweisen kombiniert werden (Verbund- oder Compoundmaschine), doch ist hier nicht der Platz, auf all diese Einzelheiten einzugehen; wir wollen uns lieber nur mit solchen Experimenten beschäftigen, die den Verhältnissen unseres einfachen Laboratoriums angepaßt sind.

So wollen wir z. B. sehen, wie wir einen Elektromotor zur magnetelektrischen Maschine machen können: Wir verbinden die Drahtenden der Feldmagnetwickelung mit einer Batterie und können dann, wenn der Anker gedreht wird, von den Schleiffedern Strom abnehmen. Diese Schaltungsweise zeigt Abb. 127.

Abb. 128. Einschaltung eines Hilfsstromes in den Stromkreis der Dynamo.

Wollen wir mit einem unserer Motoren unser Glück probieren, ob er auch als Generator zu verwenden ist, so müssen wir folgendermaßen verfahren: Wir schalten Anker und Feldmagnet hintereinander (Serienschaltung), in den Stromkreis des Feldmagneten eine Stromquelle und in den äußeren Stromkreis ein Amperemeter X ein, wie aus Abb. 128 ersichtlich ist. (Die Elemente können natürlich auch an einer anderen Stelle des Stromkreises eingeschaltet werden.) Dieser Hilfsstrom braucht nicht stärker zu sein, als daß er den Motor gerade noch in langsame Rotation versetzt. Drehen wir nun den Anker gewaltsam in entgegengesetzter Richtung, als er durch den Batteriestrom gedreht wurde, so wird er einen Strom erzeugen, der gleichgerichtet mit dem der Elemente ist. Während die Maschine im Gang ist, verbinden wir zuerst die beiden Punkte a und b (Abb. 128) durch einen kurzen Kupferdraht und schalten dann die Batterie aus. An dem angeschlossenen Amperemeter können wir jetzt sehen, ob das Glück uns hold war und unseren Motor auch als Generator arbeiten läßt.

Nachdem Rudi die wichtigsten theoretischen Dinge über Motoren und Generatoren besprochen hatte, ging er dazu über, seinen aufmerksamen Zuhörern die praktische Anwendung dieser Maschinen im Großbetriebe zu erklären.

Die elektrische Lokomotive.

Zuerst führte er eine kleine elektrische Lokomotive vor. Er hatte sie sich aus einer Spielzeugeisenbahn, an deren Maschine die Betriebsfeder gebrochen war, hergestellt, indem er einen kleinen Elektromotor so auf der Lokomotive, von der er Kessel und Uhrwerk entfernt hatte, befestigte, daß die Welle des Motors unmittelbar auf dem oberen Rande des Lokomotivenrades auflag. Um die Reibung zwischen diesen beiden Rädern zu vergrößern, legte er in die Furche der Motorwelle einen kleinen Gummiring.

Das Geleise der Bahn, das ein großes Oval bildete, befestigte er auf einem entsprechend großen Pappendeckel, den er, um ihm mehr Halt zu geben, auf der Unterseite mit Holzleistchen benagelte. In Abständen von etwa 10 cm stellte er Tragmasten aus Weidenholzstäbchen auf und verband je zwei, die einander gegenüber standen, während das Geleise zwischen ihnen hindurchlief, mit einer Schnur. An dieser wurde die aus 1 mm starkem Kupferdraht bestehende „Oberleitung“ befestigt. Damit die Unterseite, an welcher der stromabnehmende Schleifbügel entlanggleiten sollte, auch an den Befestigungsstellen völlig glatt sei, lötete er auf der Oberseite Drahthäkchen an, die in Schlingen der Aufhängeschnüre eingehängt wurden. Der Schleifbügel war in der Form gebogen, wie wir sie an unseren Straßenbahnen sehen, isoliert von dem übrigen Gestell auf der Lokomotive befestigt und mit der einen Polklemme des Motors verbunden. Die andere Klemme wurde mit dem Gestell der Maschine und außerdem mit einer auf der Radachse aufliegenden Schleiffeder in leitende Verbindung gebracht. Die einzelnen Schienen des Geleises waren untereinander verlötet. Der Strom eines kleinen Akkumulators, der durch die Oberleitung in den Motor eintreten und durch die Räder und Schienen wieder zurückfließen konnte, ließ unsere elektrische Lokomotive ohne Schwierigkeiten eine stattliche Anzahl kleiner Wagen mit ziemlich großer Geschwindigkeit hinter sich herziehen.

Abb. 129. Einfache Bogenlampe.

Die Bogenlampe.

Auch eine kleine Bogenlampe fertigte sich Rudi. Abb. 129 zeigt ihre Einrichtung: Auf dem Grundbrett a ist die Säule b errichtet, in welcher der Hebel c mit dem Griff d befestigt ist. Der Hebel ist aus Holz und darf sich nicht zu leicht um seine Achse drehen, damit er in jeder Lage, in die wir ihn bringen, stehen bleibt. Er hat bei e ein Loch, in welchem die Kohle K_₁ festgesteckt werden kann; für denselben Zweck ist in a, bei f ein Loch. Für K_₁ und K_₂ verwenden wir möglichst dünne Bogenlampenkohlen, die wir, wenn wir nur einen schwachen Strom zur Verfügung haben, mit dem Messer sehr fein zuspitzen. Um die Kohlen wickeln wir blanke Kupferdrähte, die zu den Klemmen g und h führen. Um den Lichtbogen zu erzeugen, verbinden wir die beiden Klemmen mit unserer stärksten Stromquelle, bringen die beiden Kohlespitzen zuerst miteinander in Berührung und rücken sie dann ein paar Millimeter auseinander, in welchem Augenblicke der Lichtbogen entsteht. Dies wird bei unserem einfachen Apparat aber nur kurze Zeit dauern, da die Kohlespitzen abbrennen; wir müssen deshalb von Zeit zu Zeit K_₁, durch Verstellen des Hebels tiefer rücken. Bei großen Bogenlampen werden die Kohlenstifte durch ein selbsttätig wirkendes Uhrwerk auf dem richtigen Abstand erhalten.

Der Kurzschluss.

Um das Wesen des berüchtigten Kurzschlusses zu erklären, hatte Rudi für den Vortrag eine kleine Spielerei hergerichtet. Er klebte sich aus Packpapier ein kleines Häuschen und malte Fenster, Türen u. s. w. auf. An beiden Giebeln ließ er zwei weiße Isolierknöpfe sehen. Rechts und links vom Hause, den Giebeln gegenüber stellte er je eine Telegraphenstange auf. Von den Isolierknöpfen am linken Giebel des Hauses führten zwei starke Kupferdrähte über die Telegraphenstange nach der Akkumulatorenbatterie. Diese Leitungen setzte er mit zwei dünnen Eisendrähten durch das Haus hindurch über die Isolierknöpfe am rechten Giebel bis zu der zweiten Telegraphenstange fort, an welcher eine Leiter lehnte, auf der ein aus Papier geschnittener Arbeiter stand. Der Arbeiter schien an einer Glühlampe zu arbeiten, die an die beiden Eisendrähte angeschlossen war und glühte. In dem Papierhaus legte Rudi auf die Leitung leicht zusammengeballtes mit wenig Tropfen Petroleum beträufeltes Seidenpapier.

Er erklärte, daß hier von einer starken Stromquelle in einer durch das Haus führenden Leitung der Glühlampe Elektrizität zugeführt werde. Die Glühlampe biete dem Strom einen sehr großen Widerstand, so daß er eine gewisse Stärke nicht überschreiten könne. Wenn nun aber der an der Leitung arbeitende Mann aus Unachtsamkeit ein Werkzeug, z. B. eine Zange fallen ließe, und sie würde so auf die beiden Leitungsdrähte zu liegen kommen, „wie dieses Stückchen Draht hier“ — dabei legte er ein Stückchen Kupferdraht auf die beiden Eisendrähte —, so würde auch im großen das gleiche Ereignis eintreten wie hier im kleinen. Kaum hatte er das Kupferdrahtstückchen auf die Leitung gelegt, als diese anfing glühend zu werden und durchschmolz; einen Augenblick später stand das Haus in Flammen. Dadurch, daß der Strom, statt den schwierigen Weg durch die Glühlampe nehmen zu müssen, durch das Drahtstückchen kurz geschlossen — daher das Wort „Kurzschluß“ — war, wurde er so stark, daß die Leitungsdrähte zu glühen anfingen und das auf ihnen liegende Papier im Hause entzündeten. In Wirklichkeit liegt zwar kein Seidenpapier auf den Leitungsdrähten, diese sind aber meist mit leicht entzündlichen, sehr stark brennenden Materialien wie Pech, Wachs, Guttapercha u. s. w. isoliert.

Die Sicherungen.

Mit obigem Versuch kann man gleichzeitig auch noch einen zweiten verbinden, der zeigt, in welcher Weise die Sicherungen wirken. Zu diesem Zweck unterbrechen wir den einen der Zuleitungsdrähte zu dem Häuschen und überbrücken die Unterbrechung mit einem dünnen Streifchen von Stanniolpapier, das so viel Strom durchläßt, daß das Lämpchen noch hell leuchtet, aber doch so dünn ist, daß es sofort schmilzt, wenn die Leitung kurz geschlossen wird. Wir machen den Versuch dann zuerst mit der Sicherung, die so rasch durchschmilzt, daß der Strom unterbrochen wird, bevor der dünne Eisendraht im Häuschen zum Glühen kommen kann. Darauf verbinden wir die unterbrochene Stelle direkt und stellen den Kurzschluß noch einmal her, wobei nun wie vorhin das Haus in Flammen aufgehen wird.

Abb. 130. Drahtschnecke für den Zigarrenanzünder.

Der elektrische Zigarrenanzünder.

Rudi erwähnte nun noch die Verwendung der Elektrizität zu Heizzwecken, doch konnte er dazu keine Apparate oder Experimente vorführen, obgleich ein hierher gehöriger Apparat, zu dessen Betrieb nur ein paar kleine Akkumulatorenzellen nötig sind, nicht schwer herzustellen ist. Es ist der elektrische Zigarrenanzünder. Wir stellen durch einige Versuche fest, wie stark ein etwa 7 bis 10 cm langer Eisendraht sein muß, damit er von dem ungeschwächten Strome unserer Akkumulatorenbatterie bis zur Weißglut erhitzt wird, ohne aber durchzuschmelzen. Der Draht wird zu einer Schnecke zusammengebogen, wie Abb. 130 zeigt. Dann besorgen wir uns — bei einem Mechaniker wird das zu haben sein — ein kleines Stückchen Asbestpappe, von der wir ein rundes Scheibchen abschneiden, das so groß ist, daß es unsere Drahtschnecke reichlich überdeckt. Ein zweites Scheibchen von derselben Größe muß durch Spalten möglichst dünn gemacht werden. Nunmehr richten wir uns einen runden Holzstab her von etwa 10 cm Länge und mit einem Durchmesser, der dem der Asbestscheibchen gleich ist. Ferner brauchen wir noch einen mit mehreren Löchern versehenen Ring aus Messingblech, dessen äußerer Durchmesser ebenfalls gleich dem der Scheibchen und dessen innerer etwas größer als der der Drahtschnecke ist. Auf die eben abgefeilte Stirnseite des Holzstabes wird zuerst die dicke Asbestscheibe gelegt, dann die Drahtschnecke so, daß ihre Enden a und b (Abb. 130) rechts und links heraussehen, darauf kommt die dünne Asbestscheibe, und schließlich wird das Ganze durch Aufnageln des Messingringes zusammengehalten. Die freien Drahtenden löten wir an zwei dicken isolierten Kupferdrähten an; diese führen wir in Rinnen, die in den Holzstab geschnitten werden, nach dessen unterem Ende, wo sie an zwei Klemmschrauben enden. Den einen dieser Drähte können wir auch durch eine Kontaktfeder ersetzen, deren Befestigung aus der den ganzen Apparat darstellenden Abb. 131 hervorgeht. Wird ein hinreichend starker Strom durch die Drahtschnecke geleitet, so fängt diese an zu glühen, und dadurch wird auch die dünne Asbestscheibe glühend, an welcher dann die Zigarre angezündet werden kann. — Für die Drahtschnecke Platindraht statt Eisendraht zu verwenden, ist, von dem hohen Preis des Platins abgesehen, natürlich weit vorteilhafter.

Abb. 131. Der Zigarrenanzünder.

Schluss.

Zum Schluß seines Vortrages erklärte Rudi noch kurz das wichtigste vom Akkumulator und vom Telephon. Bei der Erklärung des Akkumulators führte er ein einfaches Experiment aus: Er stellte in ein mit verdünnter Schwefelsäure (1 : 10) angefülltes Standglas zwei Bleiblechstreifen, die er kurz vorher mit einem Messer blank geschabt hatte. Durch diese Zelle leitete er den Strom von zwei Akkumulatoren, worauf die eine der Platten sich bräunte, die andere ihren Glanz verlor und grau wurde. Bevor er die Bleiplatten an den Akkumulator anschloß, brachte er sie mit dem Vertikalgalvanoskop in Verbindung, welches keinen Strom anzeigte; nachdem dann die eine Platte stark gebräunt war, tat er dasselbe nochmals, wobei nun die Nadel des Instrumentes so weit ausschlug, als es ihr möglich war.

Endlich sprach Rudi noch über das Telephon. Dieser Apparat wird im nächsten Vortrag ausführlich behandelt werden.

Schon im dritten Vortrag haben wir die grundlegenden Begriffe über Induktionsströme und ihr Entstehen kennen gelernt. In diesem Vortrage nun behandelte Rudi die schwierigeren Induktionserscheinungen, nämlich die Selbstinduktion und die Wirbelströme.

Wir haben gesehen, daß, wenn wir in einer hohlen Drahtspule eine zweite von einem Strome durchflossene bewegen, in der äußeren Ströme induziert werden, deren Richtung wir mit Hilfe der Maxwellschen Regel (Seite 146) bestimmen können, wobei es natürlich einerlei ist, ob die induzierte Spule die äußere und die induzierende die innere ist, oder umgekehrt. Wir wollen nun auch noch sehen, wie sich die elektromotorische Kraft des induzierten (sekundären) Stromes zu der Intensität des induzierenden (primären) Stromes und der außerdem noch mitwirkenden Größen verhält.

Abb. 132. Rudi mit den Vorversuchen für seinen Vortrag: „Wechselströme höherer Frequenz“ beschäftigt.

Regeln zur Bestimmung der elektromotorischen Kraft des Induktionsstromes.

1. Je stärker der induzierende Strom (oder Magnet) ist, umso größer ist unter sonst gleichen Verhältnissen die elektromotorische Kraft des induzierten Stromes.

2. Je größer die Anzahl der Windungen des sekundären Stromkreises ist, umso größer ist die elektromotorische Kraft in diesem.

3. Je rascher die Entfernung des primären Stromes (oder Magneten) von der sekundären Spule geändert wird, oder je plötzlicher der primäre Strom geschlossen oder geöffnet wird, umso größer ist die elektromotorische Kraft des Induktionsstromes.

Aus diesen drei Regeln können wir folgendes allgemeine Gesetz ableiten.

Je größer die Zahl der Kraftlinien ist, die während der Zeiteinheit in die mit Drahtwindungen erfüllte Flächeneinheit ein- oder austreten, umso größer ist die elektromotorische Kraft des Induktionsstromes.

Selbstinduktion.

Schon im vorigen Vortrag wurde erwähnt, daß ein- und austretende Kraftlinien in jedem Leiter der Elektrizität, von welcher Beschaffenheit oder Gestalt er auch sei, Induktionsströme hervorrufen. Wird eine Drahtspule von einem Strome durchflossen, den wir abwechselnd öffnen und schließen, so werden in ihr die Kraftlinien, die eine der vielen Windungen aussendet, die benachbarten Windungen treffen und dadurch in diesen Induktionsströme hervorrufen. Es fließt also hier der induzierende und der induzierte Strom in einem und demselben Drahte. Dabei ist die Richtung des induzierten Stromes, wie wir mit Hilfe der Maxwellschen Regel feststellen können, beim Schließen des primären Stromes diesem entgegengesetzt, beim Öffnen mit ihm gleichgerichtet.

Diese Tatsachen können wir durch ein sehr einfaches Experiment erläutern. Wir verbinden den einen Pol einer Stromquelle mit einer Blechplatte, den anderen mit einem spitzen Nagel, den wir zur bequemeren Handhabung durch das vordere Ende eines Holzstabes geschlagen haben. Wir drücken abwechselnd den Nagel auf das Blech und heben ihn wieder ab. In dem Augenblick, in welchem sich die Spitze von dem Blech entfernt, können wir das Auftreten eines kleinen Fünkchens beobachten. Diese Erscheinung wird etwas verstärkt, wenn wir einen der Verbindungsdrähte, statt ihn ausgestreckt zu lassen, auf einen Bleistift aufwickeln; noch mehr verstärkt wird sie, wenn wir die Drahtspulen z. B. eines Elektromagneten in den Stromkreis einschalten. Der beim Schließen des Stromes entstehende Induktionsstrom ist, wie man auch schon an dem viel kleineren Funken erkennt, schwächer — da er dem Hauptstrom entgegenfließt — als der beim Öffnen entstehende. Die beim Schließen und Öffnen auftretenden Funken nennt man Schließungs- und Öffnungsfunken.

Diese Art von Induktion nennt man Selbstinduktion, die dabei auftretenden Ströme Extraströme. Sie entstehen nicht nur beim Öffnen und Schließen des Hauptstromes, sondern bei jeder Veränderung in seiner Stärke oder Richtung.

Wirbelströme.

Wir wollen jetzt sehen, wie sich diese Ströme in Leitern verhalten, die nicht die Gestalt eines Drahtes haben, z. B. in den Eisenankern von Dynamomaschinen. Hier wären massive Eisenmassen der Induktionswirkung derartig stark ausgesetzt, daß die darin auftretenden Induktionsströme, die in diesem speziellen Fall Wirbelströme genannt werden, die größten Verluste verursachen würden, weil sich dabei die zur Drehung des Ankers aufgewandte Energie zum großen Teil statt in Elektrizität in Wärme verwandeln würde. Es werden deshalb bei größeren Maschinen die Anker nicht aus einem Stücke hergestellt, sondern quer zu der Richtung der Wirbelströme unterbrochen, indem sie aus vielen dünnen Eisenblechplättchen, die durch Papierscheiben voneinander isoliert sind, zusammengesetzt werden.

Abb. 133. Apparat zur Demonstration der Wirbelströme (von oben gesehen).

Abb. 134. Derselbe von der Seite gesehen.

Um zu zeigen, wie stark die Erwärmung von Leitern durch Wirbelströme werden kann, können wir uns einen Apparat herstellen, den Abb. 133 von oben, Abb. 134 von der Seite zeigt. a ist ein starkes Grundbrett; auf diesem ist an dem Gestell b der starke Elektromagnet c befestigt. Die Form des Elektromagneten, dessen Pole sich einander unmittelbar gegenüberstehen müssen, geht zur Genüge aus der Abbildung hervor. Es sei nur erwähnt, daß der die beiden Schenkel verbindende Bügel, da er ziemlich lang ist, recht stark sein muß. Die Polenden sollen 4 bis höchstens 5 mm voneinander abstehen. Zwischen den Polen soll sich der Rand einer 2 mm starken Kupferscheibe d bewegen. Wir können auch ein anderes Metall verwenden als Kupfer, das ziemlich teuer ist; nur Eisen ist ungeeignet, da es von dem Magneten angezogen wird; wir müßten es ganz genau in der Mitte zwischen den beiden Polen drehen, was aber nur sehr schwer zu erreichen ist, da man selten eine völlig ebene Blechplatte bekommen wird. Die Scheibe wird von einer Achse getragen, die in Lagern auf den beiden Lagerträgern (e) ruht. Die Lager sind wie üblich herzustellen (siehe Seite 22). An dem einen Ende der Achse wird eine kleine Welle (f) angebracht und darunter ein großes Übersetzungsrad (g), das mit einer Kurbel (h) versehen wird und um eine in dem Lagerträger befestigte Achse gedreht werden kann. Über das große und das kleine Triebrad wird eine starke Schnur oder ein runder Riemen gelegt, der sehr straff angespannt sein muß.

Schicken wir nun durch den Elektromagneten einen starken Strom und lassen die Scheibe rotieren, so werden wir zuerst wahrnehmen, daß die Scheibe unserer Kraft einen umso größeren Widerstand entgegensetzt, je rascher wir sie drehen wollen. Erhalten wir die Kupferscheibe längere Zeit in möglichst rascher Rotation, so wird sie sich so stark erhitzen, daß daraufgegossenes Wasser laut zischend verdampft.

Dämpfung.

Ein zweiter Versuch zeigt, daß diejenigen Ströme, die in einem sich in einem magnetischen Felde bewegenden Leiter entstehen, stets so gerichtet sind, daß sie diesen Leiter in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen streben. Dieses Gesetz ist zuerst von Lenz ausgesprochen und nach ihm das Lenzsche Gesetz genannt worden. Um den Versuch auszuführen, nehmen wir die Schnur von dem Triebrad und der kleinen Welle herunter und versetzen, bevor der Elektromagnet erregt ist, die Scheibe in rasche Rotation, indem wir das freie Achsenende zwischen Daumen und Zeigefinger drehen. Wir werden jetzt längere Zeit warten müssen, bis die Scheibe wieder zur Ruhe kommt; darauf drehen wir sie nochmals an und schließen dann den Strom, der den Elektromagneten erregt; fast sofort wird die Scheibe zur Ruhe kommen.

Diese Tatsache wird dazu benutzt, um die großen Schwingungszeiten der Nadeln von empfindlichen Meßinstrumenten zu dämpfen, indem die z. B. auf eine Drahtspule reagierenden Magnete sich zwischen massiven Kupferplatten bewegen müssen, in denen sie bei ihrer Bewegung Ströme induzieren, die sie — die Magnete — in entgegengesetzter Richtung zu bewegen bestrebt sind. Dadurch wird ein zu langes Hin- und Herschwingen verhindert.

Einfache Elektrisiermaschine.

Wir haben gesehen, daß in einer einfachen Drahtspule beim Öffnen und Schließen des Stromes Induktionsströme entstehen, die so hoch gespannt sind, daß sie sogar einen kleinen Luftwiderstand unter Bildung eines Funkens überwinden können. Daß ein solcher Strom, wenn er durch den menschlichen Körper geleitet wird, in diesem deutlich gefühlt werden muß, ist ziemlich klar.

Abb. 135. Schema einer elektrischen Klingel.

Wir wollen nun sehen, wie wir eine einfache elektrische Klingel als Elektrisiermaschine gebrauchen können. Wir verbinden die Klingel unter Einschalten eines Kontaktknopfes wie üblich mit einer Stromquelle. Um unnötiges Geräusch zu vermeiden, stopfen wir die Glockenschale mit Papier aus. Die Stellschraube an der Kontaktfeder stellen wir so, daß der Hammer sich möglichst rasch hin und her bewegt. Betrachten wir das Schema einer elektrischen Klingel in Abb. Abb. 135, so fließt der Strom von der Klemme a durch die Windungen des Elektromagneten b nach c und durch die Feder und den Anker zur Kontaktspitze d, von wo er über e zur Batterie zurückkehrt. Wird nun der Anker angezogen und dadurch der Strom unterbrochen, so entsteht bei d ein Öffnungsfunke; in diesem Augenblick muß also die Spannungsdifferenz zwischen c und d sehr groß gewesen sein. Schließen wir den Strom, so daß der Hammer ständig hin und her schwingt, und berühren wir mit der einen Hand c, mit der anderen d, so wird der Öffnungsstrom lieber den geringeren Widerstand unseres Körpers als den großen Luftwiderstand bei d überwinden und deshalb zum größten Teil unseren Körper durchfließen.

Wir können uns, um nicht immer c und d anfassen zu müssen, aus zwei Messingrohrstücken Handeln machen. An dem einen Ende des Rohres löten wir einen etwa 1 m langen isolierten Kupferdraht fest und treiben auf der gleichen Seite einen Holzzapfen, der als isolierender Griff dienen soll, in die Röhre. Die freien Enden der Drähte werden dann mit c und d verbunden. Wollen wir für weitere Versuche die Stärke des elektrisierenden Stromes verändern, so müssen wir den Hauptstrom entsprechend regeln.

Der Induktionsapparat.

Der einfache Induktionsapparat dient dazu, Ströme niederer Spannung in solche hoher Spannung umzuwandeln. Man kann deshalb auch einen derartigen Apparat als Transformator bezeichnen.

Im wesentlichen kennen wir den Apparat schon aus dem vorigen Vortrag. Er besteht aus einer inneren Drahtspule mit wenig Windungen eines dicken Drahtes und aus einer äußeren mit sehr viel Windungen eines dünnen Drahtes. Da, wie wir gesehen haben, die elektromotorische Kraft des Induktionsstromes mit von der Zahl der Kraftlinien abhängt, die ihn erzeugen, so wickeln wir den inneren, den primären Draht auf einen Eisenkern auf. Damit in diesem keine schädlichen Wirbelströme auftreten können, fertigen wir ihn nicht aus einem massiven Stück, sondern setzen ihn aus einzelnen Drahtstücken zusammen. Wir verwenden geglühten, oxydierten Eisendraht von 0,5 bis 1,5 mm Stärke. Bevor wir den Draht in einzelne Stücke zerschneiden, müssen wir ihn strecken, da sonst, wenn die Stäbchen verbogen und verbeult sind, in dem Kerne unnütze Hohlräume entstehen. Zu diesem Zwecke befestigen wir in einem langen Zimmer oder im Korridor etwa an einer Türklinke das eine Drahtende; am anderen Ende des Raumes wickeln wir den Draht einige Male um einen etwa fingerstarken Holzstab und ziehen nun, den Stab mit beiden Händen umfassend, so lange und so stark an dem Draht, bis er an irgend einer Stelle reißt. Man ziehe vorsichtig, daß man beim Riß nicht zu Boden stürze. Den nun völlig geraden Draht läßt man ausgestreckt am Boden liegen und schneidet ihn hier in die einzelnen Stäbchen auseinander. Letztere werden mit dünner Schellacklösung bestrichen, nach dem Trocknen zu einem Bündel zusammengelegt und fest mit Leinenfaden in regelmäßig aneinanderliegenden Windungen umbunden.

Unmittelbar auf den Eisenkern, der auf beiden Seiten höchstens 0,5 mm frei bleiben soll, wird der primäre Draht in zwei bis vier Lagen (genaueres über Drahtmaße siehe Seite 134 u. f.) und in einer Stärke von 0,8 bis 2 mm möglichst regelmäßig aufgewunden. Das Anbringen von Randscheiben ist gänzlich überflüssig und hindert nur nachher beim Wickeln der sekundären Spule.

Nachdem die Enden des primären Drahtes durch Anbinden vor dem Aufrollen bewahrt sind, wird die Spule mit zwei bis drei Lagen eines starken in Schellack getränkten Papiers umgeben. Der Rand der Papierhülle soll auf beiden Seiten genau mit der untersten Drahtlage abschneiden.

Sobald der Schellack getrocknet ist, können wir mit dem Wickeln der sekundären Spule beginnen. Am geeignetsten ist ein möglichst dünner mit Seide umsponnener Kupferdraht. Verwenden wir einen mit Baumwolle isolierten Draht, so muß dieser während der Bewickelung mit Schellacklösung bestrichen werden. Die einzelnen Windungen müssen sauber und genau nebeneinander gelegt und jede Lage muß, bevor die nächste darüber gewickelt wird, mit einem dünnen, in Schellack oder heißes Paraffin getauchten Papier umgeben werden. Alle Lagen sollen gleichviel Windungen haben, damit sie alle gleich lang sind. Die dazwischen gelegten Papiere sollen auf jeder Seite 1 mm über die äußerste Windung hinaussehen. Sollte beim Wickeln der Draht reißen, oder werden von vorneherein mehrere Drähte verwendet, so dürfen die Verbindungsstellen, die zu verlöten sind, nicht mitten in der Lage sein, sondern sind an ihren äußersten Rand zu verlegen. Wir müssen also den Draht, wenn er nicht zufällig aufgeht, da abschneiden, wo er eine Lage beendet hat. Bei kleinen Apparaten, an die wir keine großen Anforderungen stellen, braucht dieser Umstand nicht berücksichtigt zu werden, und man kann den Draht sparen.

Die Spulmaschine.

Das Bewickeln führt man am besten mit der Hand aus. Es ist ein zeitraubendes und mühsames Geschäft, namentlich wenn der Draht sehr dünn ist; wir können es aber, die nötige Geduld vorausgesetzt, mit der Hand pünktlicher machen, als mit einer Spulmaschine, die freilich den großen Vorteil der Zeitersparnis für sich hat. Abb. 136 zeigt eine solche Einrichtung. Die Spule, auf die wir aufwickeln, ist mit c bezeichnet und sitzt fest auf einer aus starkem Eisendraht hergestellten Kurbel. b ist die Rolle, von der der Draht abgenommen wird; damit er immer straff gespannt bleibt, wird b durch die Feder a gehemmt. Je breiter die Spule c, desto größer muß ihr Abstand von b sein.

Abb. 136. Spulmaschine.

Ist auch die sekundäre Spule fertig gewickelt, so werden ihre beiden Drahtenden vorläufig in der Mitte über der Rolle zusammengedreht. Dann können die Randscheiben aus dünnem Holz oder aus schellackierter Pappe angebracht werden. Diese Scheiben sitzen an den freien Enden des Drahtkernes fest auf. Der etwa noch vorhandene Zwischenraum zwischen ihnen und der Spule wird mit Paraffin ausgegossen. Ist dies erkaltet, so umgeben wir die ganze Rolle mit einer Schutzhülle aus Karton, die mit den Randscheiben abschneidet. Die Enden des die Hülle bildenden Kartonstreifens werden zusammengeleimt oder durch Umwickeln mit einer Lage Bindfaden zusammengehalten. Die Drahtenden der sekundären Spule werden durch zwei Löcher in der Kartonhülle herausgeleitet.

In zwei quadratische Brettchen sägen wir je einen runden Ausschnitt, der gerade so groß ist, daß wir die fertige Spule hindurchschieben können. Auf einem Grundbrett von passender Größe werden diese beiden Brettchen so befestigt, daß die durch die beiden Löcher geschobene und hier angeleimte Spule auf beiden Seiten etwa 1 cm frei herausragt. Auf den beiden Brettchen bringen wir zwei Klemmschrauben an, mit denen wir die freien Enden des sekundären Drahtes verbinden.

Abb. 137. Schnitt durch einen einfachen Induktionsapparat.

Die Abb. 137 und 138 veranschaulichen diese Anordnung im Schnitt und im Grundriß. a zeigt das Grundbrett, b die quadratischen Brettchen, in deren runden Löchern die Spule ruht. c ist der Eisenkern, d die primäre, e die sekundäre Wickelung und mit f sind die beiden Klemmen bezeichnet.

Daß wir Induktionsströme erzeugen können, indem wir den primären Strom abwechselnd schließen und öffnen, haben wir bereits gesehen. Wir bringen deshalb an unserem Apparat eine Vorrichtung an, die die Unterbrechung in regelmäßigen, sehr rasch aufeinanderfolgenden Intervallen selbsttätig ausführt. Eine solche Einrichtung kennen wir schon von der elektrischen Klingel her (Seite 113). Die von der Klingelkonstruktion kaum abweichende Form des Unterbrechers an unserem Induktionsapparat ist aus den beiden Figuren zu erkennen: g ist ein Eisenanker, der an der Feder h angelötet ist; letztere ist an der Messingsäule i so befestigt, daß g gerade vor dem Eisendrahtkern steht, und zwar in einem Abstande von 2 bis 3 mm. k ist die in einer Messingsäule verschraubbare Stellschraube, die mit einer Kontaktspitze aus Platin versehen ist. Wie die Enden des primären Drahtes mit den Klemmen α und β verbunden werden, ist aus der Abb. 138 ersichtlich.

Abb. 138. Einfacher Induktionsapparat von oben gesehen.

Bei diesem Apparat können wir die Stärke des Induktionsstromes nicht unmittelbar regeln. Da es jedoch oft von Vorteil ist, diese je nach Bedarf ändern zu können, so sei weiterhin noch eine andere Form der Elektrisiermaschine beschrieben, die auch für die Ausführung der oben schon beschriebenen Versuche (Seite 137 u. f.) sehr praktisch ist. Der Hauptunterschied gegenüber dem zuvor angeführten Apparat besteht darin, daß die sekundäre Spule beweglich ist. In Abb. 139 bezeichnen die gleichen Buchstaben wieder die gleichen Teile wie in den beiden vorhergehenden Abbildungen. Der Eisenkern c ist nach rechts 1,5 bis 2 cm länger als die primäre Spule d, mit der er links eben abschneidet. Er ist in dem starken Brettchen b so befestigt, daß er mit seiner Bewickelung nach links hinausragt. Die sekundäre Spule e wird auf eine Kartonhülle aufgewickelt, die glatt über d paßt. Sie wird wie oben mit Randscheiben und einer Schutzhülle aus Karton versehen und auf dem Brettchen l angeleimt, das so dick ist, daß, wenn es auf a aufliegt, die darauf befestigte sekundäre Spule über die primäre geschoben werden kann. Rechts und links von dem Brettchen l sind Leistchen auf a anzunageln, damit es in der dadurch entstandenen Rinne Führung hat und ohne Beschädigung der Spulen hin und her geschoben werden kann. Der Unterbrecher wird hergestellt, wie oben schon beschrieben.

Abb. 139. Induktor mit verschiebbarer sekundärer Rolle.

Es ist klar, daß der Induktionsstrom umso schwächer wird, je weiter wir die sekundäre Spule herausziehen; wir können also durch ihr Hin- und Herschieben die Stärke des sekundären Stromes ohne Abänderung des primären regeln.

Schrauben wir die Stellschraube des Unterbrechers so weit nach vorn, daß der Anker am Eisenkern fest anliegt, so kann keine Unterbrechung des Stromes mehr stattfinden. Bewegen wir jetzt die sekundäre Spule hin und her, so erhalten wir, wie wir schon im dritten Vortrag (Seite 137 u. f.) sahen, ebenfalls Induktionsströme.

Abb. 140. Schaltungsschema des Kondensators.

Der Funkeninduktor.

Der Kondensator.

Wir wissen, daß die Spannung des Induktionsstromes mit von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher der erregende Strom unterbrochen wird. Ferner wissen wir, daß an der Unterbrechungsstelle jeweils ein Funke auftritt, wenn der Strom geöffnet wird. Das Auftreten des Funkens zeigt uns aber, daß der Strom nicht plötzlich unterbrochen wird, das heißt nicht in der kurzen Zeit von seinem normalen Wert auf 0 herabsinkt, in der die tatsächliche Trennung des Leiters erfolgt, sondern daß er infolge der Selbstinduktion den Luftzwischenraum anfangs überwindend, nur allmählich schwächer wird, bis er ganz unterbrochen ist. Wollen wir also die Wirkung eines Induktionsapparates verstärken, so müssen wir danach trachten, den Funken an der Unterbrecherstelle möglichst zu verkleinern. Wir betrachten das Schema Abb. 140, in welchem K den Eisenkern, P die primäre, s die sekundäre Wickelung, E die Stromquelle, A den Eisenanker und ab die Unterbrecherstelle bezeichnet. Wenn wir den zwischen a und b entstehenden Funken verkleinern wollen, so müssen wir die Spannungsdifferenz dieser Punkte verringern, was wir dadurch erreichen, daß wir ihre Kapazität vergrößern, indem wir einen Kondensator (Ko) an sie anschließen, wie das auf der Abb. 140 zu ersehen ist. Der Kondensator muß eine große wirksame Fläche haben und wird deshalb aus einzelnen Stanniolblättern hergestellt, die durch Papier voneinander isoliert sind. Er wird in einem Kasten untergebracht, der zugleich die Grundlage für die Induktorrolle bildet, und von der Größe dieser hängen auch die Maße des Kastens ab. Die isolierenden Papierblätter schneiden wir aus nicht zu dünnem Seidenpapier (oder dünnem Paraffinpapier) so groß, daß sie mit etwa 0,5 cm Spielraum in dem Kasten Platz finden. Die Stanniolblätter müssen 1 bis 2 cm kleiner sein als die Papiere und auf einer Seite einen 4 bis 5 cm langen Fortsatz haben (siehe Abb. 141). Um die Isolierfähigkeit der Seidenpapiere zu erhöhen, werden sie in Schellacklösung gebadet. In ein flaches Gefäß, etwa eine hinreichend große Entwicklungsschale, wie sie in der Photographie gebraucht werden, gießen wir den Schellack. Die zugeschnittenen Seidenpapiere werden dann einzeln durch die Lösung durchgezogen und mit je zwei Stecknadeln an einer ausgespannten Schnur zum Trocknen aufgehängt. Danach werden die Stanniolblätter, durch die schellackierten Papiere voneinander getrennt, so aufeinandergelegt, daß beim ersten der Fortsatz nach rechts, beim zweiten nach links, beim dritten wieder nach rechts u. s. w. herausragt, wie dies in Abb. 141 zu sehen ist. Den fertigen Kondensator zeigt Abb. 142 A. Um die Fortsätze der Stanniolblätter fest zusammenzuhalten und gut mit einem Draht verbinden zu können, biegen wir uns aus Messingblech eine Klammer a (Abb. 142 B) und versehen sie mit einem Muttergewinde und einer Schraube b. Damit sich letztere beim Zusammenklemmen der Fortsätze nicht in das Stanniol einbohrt, wird das Blechstückchen c dazwischen gelegt.

Abb. 141. Lage der Stanniolblätter mit ihren Ansätzen.

Abb. 142. Der fertige Kondensator.

Da der Kondensator aber nicht nur die Unterbrecherfunken abzuschwächen, sondern auch oszillatorische Schwingungen zu erzeugen hat, muß die Größe seiner Kapazität in einem bestimmten Verhältnis zu der Größe des ganzen Apparates stehen; die günstigste Bemessung findet man, wenn man zuerst nur wenig Blätter in den Kondensator legt und die damit erzielte Funkenlänge des Induktors mißt. Darauf legt man einige Blätter mehr ein und mißt — natürlich unter sonst gleichen Bedingungen — wieder die Funkenlänge. Ist sie größer geworden, so legt man noch mehr Blätter ein u. s. f., bis die Länge der Funken wieder abnimmt. Als Anhaltspunkt mag folgendes dienen: nehmen wir an, die Länge der Stanniolblätter verhielte sich zur Breite wie 3⁄5 zu 2⁄5 und sie seien jeweils so lang wie die Induktorrolle, so mögen für kleine Apparate 30 bis 40 Blätter genügen, für größere wird sich deren Zahl auf 200 bis 250 belaufen. Wie der Kondensator einzuschalten ist, wurde oben schon besprochen.

Solche Induktionsapparate, die mit Kondensatoren versehen sind, nennt man Funkeninduktoren, da man ziemlich starke Funken mit ihnen erzeugen kann; häufig werden sie auch mit dem Namen ihres ersten Erbauers Ruhmkorff bezeichnet.

Je größer wir die Funkeninduktoren bauen, desto mehr Sorgfalt ist auf die Isolierung der einzelnen Windungen und besonders der einzelnen Lagen zu verwenden. Denken wir uns einen Leiter, der gewissermaßen selbst elektromotorisch tätig ist, wie z. B. ein Element, so ist die Spannungsdifferenz zweier seiner Punkte um so größer, je weiter die Punkte von der Mitte entfernt sind (siehe Seite 106 u. f.). Ein solcher Leiter ist z. B. der sekundäre Draht eines Induktionsapparates. Ein Punkt des Drahtes in einer Lage ist von dem direkt über ihm liegenden Punkt des Drahtes in der nächsten Lage nur um einen Bruchteil eines Millimeters durch das jede Lage bedeckende Papier getrennt; da sich zwischen zwei solchen Punkten eine große Anzahl wirksamer Windungen befindet, so kann je nach der Größe des Apparates eine recht beträchtliche Potentialdifferenz zwischen diesen Punkten auftreten, die unter Umständen stark genug ist, die Isolierung zu durchschlagen und damit den Apparat sehr zu schädigen. Wir müssen deshalb bei Induktoren, deren Spulenmaße 10 bis 12 cm in der Länge und 5 cm im Durchmesser übersteigen, schon stärkeres Papier, das tüchtig mit Schellack oder heißem Paraffin zu bestreichen ist, zur Isolierung der einzelnen Lagen anwenden. Bei größeren Apparaten soll zur Isolierung ausschließlich reines Paraffin, das in sauberen Gefäßen flüssig zu machen ist, angewendet werden.

Sollen die Funkeninduktoren für eine Funkenlänge von zehn oder noch mehr Zentimeter gebaut werden, so genügt diese einfache Art der Isolierung auch nicht mehr. In diesem Falle müssen wir die Spule in zwei Teilen herstellen, die durch einen mehrere Zentimeter breiten Zwischenraum voneinander getrennt sind. Abb. 143 zeigt den Schnitt durch die Rolle eines solchen Apparates. Die Drahtenden der beiden Spulen e_₁ und e_₂ sind natürlich so miteinander zu verbinden, daß ein die Windungen durchfließender Strom den Kern stets in gleicher Richtung umkreist.

Abb. 143. Schnitt durch die Rolle eines Funkeninduktors.

Ferner dürfen wir bei diesen größeren Induktoren die Befestigung der Spule nicht mehr in der oben beschriebenen Weise mit den Holzrähmchen (b) bewerkstelligen, sondern wir müssen, wie aus Abb. 143 hervorgeht, unter entsprechender Verlängerung des Eisenkerns die Randscheiben R aus Holz herstellen. Sie müssen fest auf dem Kern aufsitzen und mindestens 5 mm von der Spule abstehen. Ihr Durchmesser sei um 2 cm größer als der der Spule.

Es müssen jetzt noch die Zwischenräume, die in Abb. 143 mit P bezeichnet sind, mit Paraffin ausgegossen werden. Wir legen um die Spule herum einen Kartonstreifen, der so groß ist, daß er beiderseits fest an den Randscheiben R anliegt, aber die Spule nicht ganz umschließt, sondern oben einen 1 cm breiten Spalt freiläßt, durch welchen das Paraffin in die Hohlräume P_₁, P_₂ und P_₃ eingegossen wird. Nach Erkalten des Gusses wird der Karton wieder entfernt, da bei diesen größeren Apparaten die Schutzhülle aus einem besser isolierenden Material hergestellt werden muß. Am geeignetsten ist ein Überzug aus gutem Seidenstoff oder aus einer dünnen Hartgummiplatte, die in kochendem Wasser weich gemacht und dann solange als sie noch heiß und biegsam ist, um die Spule herumgelegt wird. Entlang der zusammenstoßenden Ränder der Ebonitplatte werden schon vor ihrem Erhitzen mit einem glühenden Nagel Löcher eingebrannt, durch die jetzt ein Seidenband genestelt wird, damit es die Hülle zusammenhält.

Abb. 144. Befestigung der Induktorrolle.

Wie schon erwähnt, bildet der Kasten, in dem der Kondensator untergebracht wird, zugleich die Grundlage für die Induktorrolle. Um dieser einen sicheren Halt zu geben, werden die hölzernen Randscheiben (R) auf der Unterseite etwas abgeflacht und von der Innenseite des Kastens angeschraubt. Für sehr große und schwere Apparate dürfte sich die in Abb. 144 dargestellte Befestigungsart am meisten empfehlen. Die Randscheiben erhalten auf ihrem Umfange eine Furche, wie auch auf Abb. 143 ersichtlich, durch die eine starke Saite läuft (S in Abb. 144); diese geht durch entsprechende Löcher in dem Deckel (a) des Kastens hindurch und wird innen verknotet.

Isoliermethode bei grösseren Induktoren.

Für Apparate, die Funken von 15 cm Länge und mehr liefern sollen, genügt es nicht, die sekundäre Wickelung in zwei oder vielleicht auch drei Spulen zu trennen, sondern wir müssen uns etwa 20 bis 30 einzelne ganz flache Spulen herstellen, die die Form von Scheiben mit einer Dicke von 0,5 bis 1 cm und einen Durchmesser von 8 bis 16 cm haben. Zum Wickeln der Scheiben müssen wir uns eine besondere Einrichtung herstellen. Zuerst fertigen wir auf der Drehbank eine Holzwalze, deren Durchmesser gleich dem der mit starkem Papier umwickelten primären Spule ist. Zwei Holzscheiben, die je auf einer Seite völlig eben sein müssen — man stellt sie am besten auf der Drehbank her — sind in der Mitte durchbohrt, so daß sie knapp passend auf die Holzwalze aufgeschoben werden können. Jetzt schneiden wir uns einen Kartonstreifen, der 5 mm breit und so lang ist, daß seine Enden, wenn er um die Holzwalze herumgelegt wird, gerade zusammenstoßen. Mit einem Papierstreifen leimen wir die Enden des Kartons zusammen und achten darauf, daß dieser selbst nicht an der Walze kleben bleibt. Nun werden die beiden Scheiben von rechts und links auf die Walze geschoben, so daß der Kartonring zwischen sie zu liegen kommt; die Scheiben werden fest an ihn angepreßt und mit ein paar in die Walze geschlagenen Nägeln oder mit Klammern festgehalten. Vorher mußten wir jedoch noch in jede Scheibe möglichst nahe des mittleren großen Loches ein kleines von 1 bis 2 mm Weite bohren. Bevor wir nun die zweite Scheibe auf die Holzwalze schieben, führen wir das Ende des aufzuwindenden Drahtes durch dieses kleine Loch, so daß ein Stück von etwa 10 cm Länge herausragt und mit einem Reißnagel an der Holzwalze befestigt werden kann. Die Spulmaschine ist ähnlich herzustellen wie die auf Seite 165 abgebildete; die abgeänderte Einrichtung ist aus Abb. 145 zu erkennen, wo mit a das Grundbrett, mit b das Lagerbrett, das oben mit einem Einschnitt für die Holzwalze versehen ist, mit c der Träger der Spule d, von der der Draht abgenommen wird, mit e die Holzscheibe, und mit f die an d schleifende Bremsfeder bezeichnet ist. Eine Kurbel ist überflüssig, da wir die dicke Holzwalze bequem selbst anfassen und drehen können.

Abb. 145. Spulmaschine für den Funkeninduktor.

Wenn wir mit dem Bewickeln beginnen wollen, so stellen wir auf einen Spiritusbrenner ein Gefäß mit siedendem Paraffin hart neben die Spulmaschine und richten uns einen Pinsel her, der so schmal und lang ist, daß man mit ihm zwischen den beiden Holzscheiben bis auf die Holzwalze reichen kann. Mit diesem Pinsel tragen wir Paraffin auf den zwischen den Scheiben liegenden Ring auf, doch nicht zu viel, damit die Unterlage für die erste Wickelung nicht uneben wird. Jetzt beginnen wir mit dem Aufspulen des Drahtes. Jede Lage, die aus 20 bis 30 Windungen bestehen wird, soll mit einer dünnen Schicht von heißem Paraffin überstrichen werden. Nach jeweils fünf oder sechs Lagen, so lange die Windungen dem Kern noch nahe und somit klein sind, bei den mittleren Windungen nach je drei, bei den äußersten nach je einer Lage, schalten wir einen Streifen dünnen, paraffinierten Papiers ein.

Wie aus Abb. 150 zu ersehen ist, soll der Durchmesser der nach den Spulenenden zu liegenden Scheiben kleiner sein, als der der in der Mitte liegenden. Ist eine Spule fertig gewickelt, so wird zuletzt noch soviel Paraffin aufgestrichen, daß die oberste Drahtlage noch 1 mm hoch überdeckt ist.

Sollten sich während des Bewickelns durch das Bestreichen mit Paraffin Unebenheiten einstellen und die einzelnen Windungen nicht mehr genau nebeneinander legen lassen, so braucht uns das weiter keine Sorge zu machen; wir wickeln dann regellos unter reichlicher Zugabe von Paraffin einige Lagen auf, winden einen paraffinierten Papierstreifen mehrmals darüber, wickeln wieder einige Lagen, schalten wieder Papier ein und so fort. Das sorgfältige, regelmäßige Wickeln hat nur den Vorteil einer geringen Raumersparnis, den wir mit einem recht beträchtlichen Zeitverlust ziemlich teuer bezahlen müssen. Bei schlecht isolierten Drähten, z. B. solchen, die nur einmal mit Baumwolle umsponnen sind, ist es freilich doch sehr zu empfehlen, die Bewickelung möglichst regelmäßig auszuführen, da sich sonst einige Kurzschlußstellen bilden und bei größerer Zahl dem Apparat recht schädlich werden könnten.

Nach Erkalten des letzten Paraffingusses werden die Holzscheiben entfernt. Sollte dies mit Schwierigkeiten verbunden sein, so kann man durch Beklopfen mit dem Hammer etwas nachhelfen. Dem Übelstande des Haftenbleibens können wir auch dadurch vorbeugen, daß wir die Innenseiten der Holzscheiben mit passenden, in Schellacklösung getränkten und gut getrockneten Papierscheiben belegen. An der Spule bleibt dann das Papier haften, während sich das Holz leicht löst; aber auch das Papier muß dann wieder sorgfältig, eventuell durch Befeuchten mit reinem Alkohol entfernt werden.

In dieser Weise werden alle Spulen hergestellt. Dabei ist aber auf eines besonders zu achten. Bei der einen Hälfte aller Drahtscheiben beginnen wir mit der ersten Windung auf der rechten Seite, lassen also das Drahtende zu dem kleinen Loch der rechten Scheibe heraussehen und hören mit der letzten Windung auf der linken Seite auf; diese Spulen werden im folgenden mit I bezeichnet. Bei den Spulen der anderen Hälfte, die mit II bezeichnet sind, beginnen wir links und hören rechts auf.

Abb. 146. Abb. 147 Verbindung der einzelnen Spulen.

Es handelt sich nun darum, alle die einzelnen Spulen auf die primäre Rolle aufzuschieben und ihre Drahtenden in gute leitende Verbindung zu bringen. Wir legen je eine Spule I und eine Spule II so aufeinander (siehe Abb. 146), daß die inneren Drahtenden a_₁ und a_₂, die vorher vollständig von ihrer Isolierung befreit wurden, aufeinander zu liegen kommen; die Enden selbst führen wir, wie Abb. 147 zeigt, nach rechts zu dem Loche der Spule hinaus und drehen sie so weit fest zusammen, daß wir die Drahtscheiben nachher noch 3 bis 5 mm voneinander entfernen können. Darauf wird der überschüssige Draht abgeschnitten, so daß die zusammengedrehten Enden, die noch verlötet werden müssen, nur ein kleines Stümpfchen bilden. Letzteres wird mit einem kleinen Tropfen Lötwasser, das völlig säurefrei sein muß — man setze zur Vorsicht noch etwas Salmiaksalz zu — versehen; ein kleines Stückchen Lötzinn, das wir papierdünn gehämmert haben, wird auf die Drahtenden gelegt und mit einem 3 bis 4 mm dicken glühenden, auf Salmiak von der Oxydschicht gereinigten Kupferdraht berührt, worauf es zwischen den Drähten verfließt. Das verlötete Ende wird zwischen den Spulen so nach außen gerichtet, wie das aus Abb. 148 ersehen ist. In gleicher Weise werden sämtliche Spulen I und II miteinander verbunden, und dann die einzelnen Paare auf die primäre Rolle aufgeschoben, alle freien Drahtenden nach oben gerichtet. Jede der Spulen soll von der nächsten einen 3 bis 5 mm breiten Abstand haben, und die dadurch entstehenden Hohlräume müssen mit Paraffin ausgegossen werden, nachdem die hölzernen Randscheiben in der oben beschriebenen Weise befestigt wurden (Seite 172).

Abb. 148. Verbindung zweier Spulen.

Abb. 149. Kartonkamm zum Einrichten der Spulen.

Um diese Arbeit genau ausführen zu können, fertigen wir uns ein kammartiges Gebilde aus starkem Karton oder Pappendeckel (Abb. 149), dessen Zähne eine Breite von 5 mm und eine Länge haben, die gleich dem Durchmesser der Drahtscheiben ist; die Zwischenräume zwischen den Zähnen sind gleich der Dicke der Drahtscheiben. Ferner richten wir uns einen Karton, der so groß ist, daß er, um die Rollen herumgelegt, an den hölzernen Randscheiben fest anliegt, aber oben nicht schließt, sondern einen zum Eingießen des Paraffins genügend breiten Spalt frei läßt. Bevor wir jedoch diesen Kartonmantel befestigen, legen wir die Zähne unseres Kammes zwischen die Drahtrollen, so daß alle genau in gleichem Abstande und parallel nebeneinander liegen. Dann erst wird der Karton herumgelegt und mit einer Schnur mehrfach fest umwickelt. Die Drahtenden müssen alle zu dem freigelassenen Spalt heraussehen. Jetzt kann der Kamm herausgenommen und das Paraffin eingegossen werden. Nach dem Erkalten des Gusses wird der Kartonmantel abgenommen, die freien Drahtenden werden verlötet und im übrigen wird verfahren, wie oben (Seite 172) schon beschrieben wurde.

Für größere Induktoren seien außer dem Gesagten noch einige besondere Winke gegeben. 1. Da das Verhältnis der sekundären Rollenlänge zur Länge des Eisenkernes mit der primären Wickelung nicht einerlei ist, so ist es ratsam, sich die im Verhältnis zur übrigen Arbeit kleine Mühe zu machen, etwa 3 bis 5 verschieden lange Primärrollen herzustellen. Die Sekundärspule wird dann am besten auf ein Hartgummi-, eventuell auch Glasrohr aufmontiert, in das die Primärspulen gerade hineinpassen. Die beste Wirkung wird ausprobiert. Ist dann die größte oder die kleinste Spule die beste, so machen wir uns noch eine größere resp. kleinere. Als Ausgang für die Bemessungen dienen die in Abb. 150 dargestellten Verhältnisse. (In Abb. 150 sind die einzelnen Scheiben der Deutlichkeit wegen dicker und daher in etwas geringerer Anzahl gezeichnet.) Als Ergänzung für die allgemeine Tabelle auf Seite 182 dienen die folgenden Angaben speziell für die oben beschriebene Wickelungsart. Endlich muß bei solchen Apparaten die Isolation noch sorgfältiger hergestellt werden. Als isolierende Masse genügt auch hier reines Paraffin; besser ist es, wenn man 4 Teile Kolophonium schmilzt und darin 4 Teile Bienenwachs und 2 Teile Guttapercha löst. An Stelle des oben beschriebenen Kartonmantels wird jetzt ein ganz geschlossener Blechmantel gelegt; die Längsnaht wird verlötet und gegen die Randscheibe mit Glaserkitt oder einer Mischung aus Asbest und Wasserglas abgedichtet. In dem Blechmantel müssen zwei Löcher vorgesehen sein; durch das eine wird die Isoliermasse eingegossen, wobei die Luft durch das andere Austritt findet. Ist der Raum, der in Abb. 150 schwarz angelegt ist, ganz ausgefüllt, so wird das eine Loch in dem Mantel mit einem Kork verschlossen; in das andere wird mit einem durchbohrten Kork ein Glasrohr angesetzt, das man mit einer Wasserstrahlsaugpumpe verbindet. Während man den Blechmantel möglichst gleichmäßig (durch eine größere Anzahl kleinerer Flämmchen) auf 115 bis 120° erhitzt, saugt man mit der Strahlpumpe die Luft ab. Das Verfahren soll 24 Stunden ununterbrochen fortdauern; es hat den Zweck, die sehr schädlichen Luftreste aus der Isoliermasse zu entfernen.

Abb. 150. Schematischer Schnitt durch einen großen Funkeninduktor.

Die Klemmschrauben, an die die Drahtenden der sekundären Wickelung geführt werden, dürfen keine Kanten, sondern müssen möglichst runde Formen haben, da, wie wir im ersten Kapitel schon sahen, hochgespannte Elektrizität aus Spitzen und scharfen Kanten leicht ausströmt (siehe Seite 44). Bei den größeren Apparaten ist es auch vorteilhaft, die Klemmen nicht auf die Randscheiben aufzuschrauben, sondern auf zwei Glassäulen zu befestigen, die wir neben der Induktorrolle in das Grundbrett eingelassen haben.

Abb. 151. Kommutator (Horizontalschnitt).

Abb. 152. Kommutator (Vertikalschnitt).

Ferner ist es vorteilhaft, auf dem Apparat noch einen Kommutator anzubringen; wir können ihn wie den auf Seite 101 beschriebenen herstellen. Geeigneter ist der im folgenden beschriebene Stromwender, der zugleich auch als Ausschalter dient. Eine Holzwalze a (Abb. 151 und 152) wird der Länge nach durchbohrt; zwei Achsenhälften b werden von rechts und links in die Bohrung hineingeschoben, dürfen aber einander innen nicht berühren. Wie sie befestigt werden, geht aus Abb. 153 hervor: wir löten an b ein Messingscheibchen c an, das an a angeschraubt wird. Die eine Achsenhälfte (b_₂) wird am Ende quer durchbohrt, und in dem Loch wird der dünnere Messingstift f, der als Griff dient, angelötet. Nun werden an a auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten die Kupferblechstreifen d angeschraubt; der Streifen d_₁ wird mit b_₁ und b_₂ mit d_₂ in leitende Verbindung gebracht. Die Lagerträger e verfertigen wir aus starkem Messingblech und die Lager selbst, welche hier nicht geölt werden dürfen, in der bekannten Weise (Seite 22). Zwei kupferne Schleiffedern g werden so auf dem Grundbrett angeschraubt, daß sie rechts und links an der Walze a schleifen. Jetzt verbinden wir e_₁ mit der Kontaktspitze des Unterbrechers und e_₂ mit dem freien Ende der primären Wickelung durch dicke Kupferdrähte oder Kupferblechstreifen. Die Verbindungsstellen sind zu verlöten. Auf den Federstreifen e_₁ und e_₂ ist je eine Klemmschraube (α und β) anzulöten. Steht nun die Walze a wie in Abb. 151, so tritt der Strom bei α ein und geht durch d_₁, b_₁ nach e_₁, durch den Unterbrecher in den Apparat und kommt durch e_₂, b_₂, d_₂ und β zurück. Drehe ich a um 90°, so ist der Strom ausgeschaltet; drehen wir in der gleichen Richtung nochmals um 90°, so geht der Strom von α zuerst nach d_₂, e_₂ und kommt durch e_₁, d_₁ nach β zurück, durchfließt also den Apparat in umgekehrter Richtung wie vorhin.

Abb. 153. Befestigung der Achse des Kommutators.

Drahtmasse für Induktionsapparate.

Bei einfachen Elektrisiermaschinen brauchen wir uns an keine bestimmten Verhältnisse der Bewickelungen zu halten; es gilt hier ganz allgemein: primäre Spule aus wenig Windungen eines dicken Drahtes, sekundäre Spule aus viel Windungen eines dünnen Drahtes.

Bei der Herstellung von Funkeninduktoren halte man sich an die folgenden Tabellen Seite 182 und 183.

Unterbrecher.

Bei kleineren Apparaten bis zu 4 cm Funkenlänge reicht der gewöhnliche Unterbrecher aus. Auch für größere Induktoren, bis zu 15 cm Funkenlänge, genügt diese Konstruktion, nur müssen dann die Kontaktteile des Unterbrechers aus ziemlich starken Platinstücken bestehen. Auch können wir, da bei den dicken Induktorrollen der Eisenkern ziemlich hoch liegt, die Feder des Hammers senkrecht stellen, wie aus Abb. 154 hervorgeht: K bezeichnet den Eisenkern, H den Hammer, P den Platinkontakt, F die Feder, die durch die Stellschraube S mehr oder weniger gegen die Spule hineingedrückt werden kann, welcher Umstand es ermöglicht, die Schnelligkeit der Unterbrechungen etwas zu regeln. Man mache den Eisenkern H möglichst leicht und den Hebel c kurz.

Maße für einfachere Funkeninduktoren

Funken- länge Primäre Rolle Sekundäre Rolle Nötige Stromspannung

Draht- stärke Zahl der Lagen Draht- stärke Draht- länge Drahtgewicht

mm mm mm m ca. kg Volt

1 bis 10 0,8 bis 1 2 0,1 400 bis 800 — etwa 2 bis 5

10 bis 50 1 bis 1,3 2 oder 3 0,1 1000 bis 7000 — etwa 5 bis 7

50 bis 100 1,3 bis 1,7 3 0,1 bis 0,2 7000 bis 15000 0,75 bis 1,5 (bei 0,1 mm) 2,5 bis 3 (bei 0,2 mm) etwa 7 bis 8 (Akkumulator)

100 bis 200 1,7 bis 2,2 3 oder 4 0,2 (0,1) 15000 bis 30000 5 bis 10 (bei 0,2 mm) 1,5 bis 3 (bei 0,1 mm) etwa 8 bis 12 (Akkumulator)

Maße für bessere Funkeninduktoren

Alle Maße in mm Eisenkern Primärrolle Sekundärrolle

Funken- länge Länge Dicke Stärke der einzelnen Eisenstäbe Länge Zahl der Lagen Draht- stärke Durch- messer Länge Äußerer Durchmesser Breite der Einzelspulen

100 150 16 0,8 140 2 1 34 130 80 4

200 360 35 1 300 3 2 70 260 140 4

300 600 42 1,2 540 3 2,5 85 440 230 3

Abb. 154. Einfacher Unterbrecher.

Abb. 155. Quecksilberunterbrecher.

Abb. 156. Träger des Hebels zum Quecksilberunterbrecher.

Quecksilberunterbrecher.

Abb. 155 zeigt einen sehr gut arbeitenden und für Apparate bis zu 30 cm Funkenlänge ausreichenden Unterbrecher, einen sogenannten Quecksilberunterbrecher. Eine Messingsäule oder auch aus Holz gefertigte Säule S wird an ihrem unteren Ende zur Beseitigung im Grundbrett etwas abgedreht und mit einem Gewinde versehen, an ihrem oberen zweiseitig abgeflacht. Auf diese abgeflachten Stellen werden zwei Messingblechstreifen (a_₁ und a_₂ in Abb. 156) angelötet, die je mit einer Bohrung zu versehen sind, in welche eine Stricknadel (b) hineinpaßt. c zeigt uns einen gleicharmigen Hebel aus Aluminiumblech oder Holz, der links den Eisenanker (H) trägt und rechts zur Aufnahme eines 2 bis 3 mm starken Kupferdrahtes (d) durchbohrt ist. In der Mitte erhält c ein Loch, in welches die oben erwähnte Stricknadel paßt. Um die Säule S wird ein Messingring (R) gelegt, der an einer Stelle durchlocht wird. Über das Loch lötet man eine kleine Schraubenmutter, durch die man eine Schraube eindrehen und damit den Ring an der Säule befestigen kann. Außerdem wird an R ein Häkchen zum Einhängen der Feder e angelötet. Unter das rechte Ende des Hebels wird auf einem Holzfuß f ein kleiner Glasbehälter g aufgestellt, in welchen das Quecksilber eingegossen wird. Das Ende des Drahtstiftes d wird mit einer Platinspitze versehen. Ferner wird ein schmaler Messingblechstreifen (h) rechtwinkelig umgebogen, auf einer Seite durchbohrt, mit einem Muttergewinde versehen und mit der anderen über dem Anker (H) an der Randscheibe des Induktors angeschraubt. Durch das Gewinde geht die Schraube i, mit der wir die Entfernung des Ankers vom Magnetkerne K regeln können. Zum Gebrauch wird über das Quecksilber, das von dem Platinende des Stiftes d gerade berührt wird, eine etwa 2 cm hohe Schicht Petroleum aufgegossen. Der Strom tritt durch einen über den Rand des Glases in das Quecksilber eingetauchten Kupferblechstreifen k ein und geht durch d, c und b in die Säule S und von da den üblichen Weg durch den Apparat. Bei welcher Stellung der Schraube i und des Ringes R, durch dessen Verschieben die Spannung der Feder e reguliert werden kann, der Unterbrecher am besten funktioniert, ist durch Probieren ausfindig zu machen.

Elektrolytischer Unterbrecher nach Wehnelt.

Für Unterbrechungen sehr hoher Zahl wird gewöhnlich der Wehneltsche oder elektrolytische Unterbrecher gebraucht. Für unsere Zwecke ist er jedoch nicht geeignet, schon deswegen nicht, weil er sehr starke Ströme erfordert. Rudi hatte sich trotzdem nur zur Demonstration für seinen Vortrag einen Wehneltschen Unterbrecher hergestellt, zu dessen Betriebe ihm seine zwölfzellige Akkumulatorenbatterie gerade ausreichte.

An das Ende eines 2 bis 3 mm starken Kupferdrahtes lötete er ein 5 mm langes Stückchen Platindraht und hämmerte es zur feinen Spitze aus. Diesen Draht schob er mit der Spitze voran in eine Glasröhre und schmolz sie gerade über der Platinspitze so ab, daß letztere noch 1 mm weit herausragte. Die Platin- und die daran anschließende Glasspitze brachte er in der Stichflamme des Lötrohrs bis zur hellen Weißglut, damit die beiden Teile innig miteinander verschmelzen sollten. An das aus der Glasröhre hervorragende Ende des Kupferdrahtes lötete er eine Klemmschraube. In ein ziemlich großes rundes Einmachglas stellte er dann einen halbzylindrischen Mantel aus Bleiblech, der einen über den Rand des Gefäßes hinausragenden Fortsatzstreifen trug, an dem eine Klemme angelötet war. Die Glasröhre befestigte er in einem auf das Gefäß passenden Holzdeckel nahe dem Rande, so daß er durch Drehen des Deckels sie der Bleiplatte beliebig nähern konnte. Die Röhre ragte von oben ungefähr bis in die Mitte des Gefäßes, das er mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt hatte.