Die Elektricität
im Dienste der Menschheit
.
Eine populäre Darstellung
der magnetischen und elektrischen Naturkräfte
und ihrer praktischen Anwendungen
.
Nach dem gegenwärtigen Standpunkte der Wissenschaft bearbeitet von
Dr. Alfred Ritter von Urbanitzky.
Mit 830 Illustrationen.
Vorwort
.
E
s wurde wohl kaum noch irgend einem Zweige der modernen Technik ein so allgemeines und reges Interesse auch von Seite der Laien- welt entgegengebracht, wie der Elektrotechnik. Allerdings grenzt das, was durch sie ermöglicht wird, zum Theile an das Unbegreifliche, an’s Märchenhafte; oder hätte vielleicht nicht Jeder noch vor wenigen Jahren den Gedanken: „die menschliche Sprache mit Blitzesschnelle einige hundert Meilen weit zu übertragen“, d. h. das Telephon zu erfinden, für die Idee eines Wahnsinnigen gehalten? Hätte man nicht die Uebertragung mechanischer Kraft durch den elektrischen Strom für ein Märchen erklärt? Hielt man nicht noch vor verhältnißmäßig kurzer Zeit die Glühlichtlampe und das Telephon für amerikanischen Humbug? — Mit unwiderstehlicher Gewalt drehen die herabstürzenden Wassermassen mächtige Räder oder Turbinen; diese setzen unsere elektrischen Maschinen in Bewegung, durch welche die Kraft des Wasser- falles in Elektricität umgewandelt wird. Um diese weiter zu leiten, bedarf man keiner großen Canäle, keiner theuren Röhrenleitungen — ein einfacher Draht genügt. Und so fließt unmerkbar und doch blitzschnell die rohe Wasserkraft, gebändigt durch die Elektricität, dahin über Berg und Thal, bis sie an jenem Orte angelangt ist, wo man ihrer bedarf. Hier giebt sie ihre Bändigerin wieder frei und nun treibt sie die Maschinen einer ganzen Fabrik. Und ist sie dort etwa nur im Stande, ein Rad, eine Welle oder eine Maschine zu drehen, wie der Wasserfall, dem sie ihr Entstehen verdankt? Keineswegs; wir brauchen nur das entsprechende Werkzeug hinzulegen und die Kraft des herabstürzenden Wassers leuchtet sonnenhell auf im Voltabogen oder verrichtet in der Zersetzungs- zelle die Arbeit des Chemikers oder Hüttenmannes. Der, einem Irrlichte gleich, geisterhaft sich bewegende Lichtschein in der Kabelstation kündet der alten Welt, was die neue erregt: die von Hemisphäre zu Hemisphäre eilende Botin ist wieder die Elektricität; sie warnt uns vor Feuer- und Wassernoth, sie lenkt die sturmschnell dahinbrausende Locomotive in sichere Bahnen, sie verräth dem Schiffer in dunkler Nacht den bergenden Hafen, sie mißt die Kugel im Fluge wie die Geschwindigkeit des Schalles.
In dieser wunderbaren Gefügigkeit, immer jene Kraftform annehmen zu können, die gerade die zweckmäßigste ist, liegt die große Bedeutung der Elektricität, eine Bedeutung, die in ihrem vollen Umfange durch die in den letzten Jahren veranstalteten Ausstellungen auch dem großen Publicum klar vor Augen trat. Das Interesse war geweckt und nun wurde der Wunsch nach Aufklärung laut, nach einem Führer durch dieses geheimnißvolle, weit ausgedehnte Gebiet. Gegen- wärtig herrscht nun zwar allerdings kein Mangel an fachwissenschaftlichen Specialwerken und Fachzeitschriften mehr; doch ist es nicht Jedermanns Sache, aus Brauchbarem und Unbrauchbarem das Praktische herauszusuchen, fünfzig Bände durchzustudiren, um schließlich so viel zu behalten, als in einen Band zusammengefaßt werden könnte und sich hierbei überdies noch durch langathmige mathematische Entwicklungen hindurchzuarbeiten. Den Leser dieser Mühe zu überheben, stellte ich mir zur Aufgabe. Dem Leser soll hiermit ein klarer Ueberblick über das Gesammtgebiet der modernen Elektrotechnik ermöglicht werden, und zwar unter der Voraussetzung, daß derselbe über kein fachliches Wissen verfügt, sondern nur allgemeine Bildung besitzt. Ferner soll das sehr ausgedehnte Register auch die Verwendung des Werkes als bequemes Nach- schlagebuch ermöglichen. Obwohl ich mir keineswegs die Größe und Schwierigkeit des Unternehmens verhehlte, schreckte ich doch nicht vor der Ausführung des- selben zurück, da ich bei dem Umstande, daß es sich um ein erstes Unternehmen dieser Art handelte, auf die Nachsicht der Leser rechnen zu dürfen glaube. Auch war ich der ausgiebigen und thatkräftigen Unterstützung der rühmlichst bekannten Verlagsbuchhandlung A.
Hartleben
und der Mitwirkung der kunstgeübten Xylographen
Günther
und
Rücker
sicher; ich erfülle eine angenehme Pflicht, an dieser Stelle den genannten Firmen meinen wärmsten Dank auszusprechen. Selbst weder Mühe noch Arbeit scheuend, ist durch unser Zusammenwirken vorliegendes Werk entstanden, welches ich, um wohlwollende Aufnahme bittend, hiermit der Oeffentlichkeit übergebe.
Dr. A. Ritter v. Urbanitzky.
Inhalt.
Erste Abtheilung. Die moderne Elektrotechnik.
Seite
Einleitung
3
I
Geschichte des Magnetismus und der Elektricität
4
II.
Magnetismus.
Grunderscheinungen
37
Wirkungen zweier Magnete aufeinander
40
Magnetische Vertheilung oder Influenz
41
Constitution der Magnete
44
Erzeugung von Magneten
46
Tragkraft der Magnete
49
Magnetische Fernwirkung
51
Magnetische Intensität
52
Erdmagnetismus
53
III.
Elektricität.
1.
Elektricität durch Reibung und durch Influenz
.
Grunderscheinungen
62
Quellen der Elektricität
72
Gesetze der elektrischen Anziehung und Abstoßung
73
Elektricitätsverlust mit der Zeit
80
Elektricität durch Influenz oder Vertheilung
81
Theorie der Influenz und daraus gezogene Folgerungen
85
Potentialtheorie
88
Sitz und Vertheilung der Elektricität
90
Die Spitzenwirkung
95
Apparate zur Erregung der Elektricität
99
Scheibenelektrisirmaschine 99, Dampfelektrisirmaschine 102, Elektrophor 103, In- fluenzmaschinen
105
Apparate zur Ansammlung der Elektricität
112
Condensator 115, Kleist’sche Flasche 117, Franklin’sche Tafel
119
Die elektrische Entladung und ihre Wirkungen
123
Partialentladungen 128, Residuum 132, Fortpflanzungsgeschwindigkeit 134, Wärme- wirkung 137, Lichtwirkungen 141, mechanische Wirkungen 147, physiologische Wirkungen 153, chemische Wirkungen 153, elektrische Wirkungen 154, magnetische Wirkungen
154
2.
Die atmosphärische Elektricität
.
Elektricität der Luft
155
Das Gewitter
156
Das Nordlicht
158
3.
Der galvanische Strom
.
Entstehung des Stromes
160
Elektricitätserregung bei Berührung von Metallen untereinander oder mit Flüssig- keiten 160, Theorien der Elektricitätserregung 162, Spannungsreihen 167, Elek- tricitätserregung bei Berührung zweier Flüssigkeiten 173, galvanische Batterien 176, constante Batterien 183, Stromerregung durch Temperatur-Unterschiede oder Thermo- elektricität
188
Die Gesetze des galvanischen Stromes
192
Ohm’sches Gesetz 194, Schaltungen im inneren Stromkreise 195, Schaltungen im äußeren Stromkreise 199, Messung des Widerstandes 207, Messung der elek- tromotorischen Kraft 214, absolutes Maß-System 214, Messung der Stromstärke
216
Die Wirkungen des galvanischen Stromes im Schließungsbogen
227
Wärmewirkung 227, Lichtwirkungen 235, chemische Wirkungen 241, elektrolytisches Grundgesetz 250, Polarisation 250, Erklärung der Elektrolyse
251
Seite
Die Wirkungen des galvanischen Stromes außerhalb des Schließungsbogens
254
Elektrodynamik 254, Amp
è
re’s Theorie des Magnetismus 269, Wechselwirkungen zwischen Strömen und Magneten 272, Elektromagnetismus 275, Diamagnetis- mus 279, Drehung der Polarisationsebene
283
Die Induction
.
Arten der Induction
285
Einwirkung stromdurchflossener Spiralen auf Eisenstäbe 285, elektrische und Magneto- Induction 288, Extraströme 292, Inductionsströme höherer Ordnung 294, In- ductionsströme durch Erdmagnetismus 295, Rotationsmagnetismus 295, unipolare Induction
297
Gesetze der Induction
298
Inductionsapparate
301
Die Wirkungen der Inductionsströme
306
Geißler’sche Röhren 310, Schichtung des elektrischen Lichtes 311, magnetische Einwirkung auf das elektrische Licht 313, strahlende Materie 317, Elektrorepulsion
325
5.
Thierische Elektricität
330
Zweite Abtheilung. Magnetismus und Elektricität.
I.
Die Elektricitätsgeneratoren
339
1.
Geschichte der elektrischen Maschinen
340
2.
Die elektrischen Maschinen
360
Alliance-Maschine 360, Maschinen von M
é
ritens 361, Gramme 362, Schuckert 373, Gülcher 375, Fein 376, Brush 378, Bürgin 381, Schwerd-Scharnweber 382, Siemens \& Halske 383, Edison 390, Weston 394, Elphinstone 399; Wechselstrom- Maschine von: Gramme 404, Ganz \& Comp. 408, Siemens \& Halske 409, Ferranti-Thomson 417; Maschine von G
é
rard 423; Wechselstrom-Maschine von: Gordon 429, Ganz \& Comp. 432; Unipolar-Maschine von: Ball 437, Siemens 439, Ferraris 439
439
3.
Constructions- und Betriebsverhältnisse der elektrischen Maschinen
443
Gegenkraft 445, Stromstärke 446, internationales elektrisches Maß-System 451, Construction einzelner Maschinentheile 454, Verbindung mehrerer Maschinen
457
4.
Die galvanischen Batterien, Secundärelemente und Thermosäulen
461
Elemente mit einer Flüssigkeit und Polarisation
462
Element von: Volta 462, Pulvermacher 462, Fechner 464, Blanc-Filipo 464, Stöhrer 465, Halm 465, Walker 465, Tyer 466, Maistre
467
Elemente mit einer Flüssigkeit ohne Polarisation
467
Element von: Warren de la Rue \& Müller 468, Gaiffe 470, Leclanch
é
470, Lalande \& Chaperon 474, Grenet 479, Bunsen 480, Hauck 481, Trouv
é
482, Maiche
484
Elemente mit zwei Flüssigkeiten unveränderlicher chemischer Zusammensetzung
486
Element von: Daniell 486, Kramer 486, Muirhead 487, Siemens \& Halske 488, Trouv
é
489, Minotto 490, Meidinger 491, Kohlfürst 492, Callaud 493, Reynier
496
Elemente mit zwei Flüssigkeiten veränderlicher chemischer Zusammensetzung
496
Element von: Bunsen 497, Callan 499, Howell 500, Scrivanow 500, Mari
é
- Davy 501, Fuller
501
Batt riebestandtheile
502
Verbindung der Elemente zu Batterien
507
Batterien für: elektrische Beleuchtung 509, medicinische Zwecke 515, elektrische Zündung
524
Secundärelemente
527
Secundärelemente von: Plant
é
529, M
é
ritens 540, Kabath 541, Faure 541, Schulze 543, Böttcher
543
Das Laden der Secundärelemente
545
Die Thermosäulen
551
Thermosäulen von: Bunsen 551, Markus 551, Clamond und Mure 652, Noe 554, Hauck
555
Seite
II.
Der elektrische Strom vom Generator bis zur Verbrauchsstelle
556
1.
Stromregulirung und Vertheilung
557
Magnetschaltung nach Wheatstone 558, Schaltung von Deprez 559, Compound- Maschinen 563, Stromregulatoren von: Maxim 565, K
ř
i
ž
ik 567, Brush 569, Siemens 570, Edison 571, Gravier 576; Secundärgeneratoren von Gaulard \& Gibbs
578
2.
Stromleitung und Registrirung
580
Stromleitung 580, Elektricitätsmesser
588
III.
Die praktischen Anwendungen der Elektricität
596
1.
Das elektrische Licht
596
Das elektrische Licht in seiner historischen Entwicklung
596
Lampen für elektrisches Licht
613
I.
Gruppe.
Glühlicht oder Incandescenzlampen
614
Lampe von: Edison 614, Swan 619, Maxim 621, Lane-Fox 624, Siemens 625 Cruto 626, Bernstein 626, Böhm 627, Diehl 628; Herstellung der Lampen 628, Vergleichung der Lampen
638
II.
Gruppe.
Halbglühlicht oder Halb-Incandescenzlampen
642
Lampe von: Reynier 642, Werdermann 645, Brougham 646, Ducretet 647, Hauck 647, Jo
ë
l
649
III.
Gruppe.
Regulatorlampen
650
Lampe von: Foucault-Duboscq 650, Mersanne 652, Gaiffe 654, Jaspar 655, Piette \& K
ř
i
ž
ik 657 Siemens \& Halske 662, Zipernowsky 664, Schwerd \& Scharn- weber 665, Brush 566, G
é
rard 669, Cance 671, Weston-Möhring 671, Serrin 672, Gramme 674, Crompton 675, Gülcher 677, Tschikoleff 680, Sedlaczek \& Wikulill 681, Solignac 684, Schmidt
685
IV.
Gruppe.
Elektrische Kerzen
686
Kerze von: Jablochkoff 686, Wilde 689, Morin 689, Jamin
690
V.
Gruppe.
Lampen mit gegeneinander geneigten Kohlen
692
Lampe von: Staite 692, Rapieff 692, G
é
rard 693, Clerc (Soleil-Lampe) 694, Heinrichs
697
Die Kohlen für Bogenlampen und deren Erzeugung
699
Elektrische Beleuchtungsanlagen
701
Lichtmaschinen 706, Lampen 707, Messen der Lichtstärke 711, Vergleichung des elektrischen Lichtes mit dem Gaslichte 717, elektrische Beleuchtung von: Theatern 725, Fabriken und Werkstätten 734; Centralstationen 738, elektrische Beleuchtung im Berg- und Tunnelbau 740, elektrisches Licht im: Eisenbahnwesen 745, Seewesen 749, auf Straßen und öffentlichen Plätzen 782; transportable Beleuchtungsanlagen 766, elektrisches Licht in der Heilkunde
770
2.
Elektrochemie, Metallurgie und Galvanoplastik
774
Elektrochemie
776
Elektrische Färberei 776, elektrische Bleiche 778, Rectification des Alkohols 779, elektrolytische Analyse
782
Elektrometallurgie
784
Erzscheider von: Siemens 784, Vavin 786, Edison 787; magnetische Reinigung der Porzellanmasse 787, elektrisches Verfahren zur Gewinnung von Gold und Silber 788, Schmelzen schwerflüssiger Stoffe durch den Voltabogen 789, Reinmetall- gewinnung
791
Galvanoplastik
794
Gramme’sche Maschine 796, Weston’s Maschine
798
Galvanostegie
802
Decapiren 802, Verkupferung 804, Vermessingen u. Bronziren 805, Vergoldung 805, Versilberung 806, Vernickeln 807, Ueberziehen von Metallröhren im Innern 809, Verkupferung von Stahldraht 809, Befreiung von galvanoplastischen Nieder- schlägen 810, Justiren der Münzplättchen
810
Seite
Die eigentliche Galvanoplastik
811
Herstellung der Formen 812, Vorbereitung der Formen 815, Reproduction von Münzen und Medaillen 817, Reproduction von Büsten, Statuen 818, Herstellung von Kolossalfiguren 819, Galvanoplastik in den graphischen Künsten 821, Correc- turen der Druckplatten 822, Reproduction von Kupferstichplatten 823, Galvano- graphie 823, Glyphographie 823, Copiren der Holzschnitte 823, Sterotyp- platten 824, Naturselbstdruck 824, galvanisches Aetzen
825
3.
Die Elektricität als bewegende Kraft
825
Aeltere Elektromotoren
826
Motor von: Dal Negro 828, Jacobi 827, Elias 828, Froment 830, Hjorth 831, Page
833
Umkehrbarkeit elektrischer Maschinen
834
Vorgänge bei der elektrischen Uebertragung der Kraft
837
Einfluß der Entfernung 840, Vergleichung der älteren Elektromotoren mit den modernen Maschinen
842
Praktische Anwendungen der elektrischen Uebertragung der Kraft
843
Elektrische Bahnen: Berliner Gewerbe-Ausstellung 845, Bleicherei zu Breuil-en- Auge 846, Lichterfelde 848, Mödling-Brühl 850, Portrush 853, Zaukerode 855, Hohenzollerngrube 856; elektrische Förderung 856, Gesteinsbohrer 857, Hammer 860, elektrische Aufzüge und Krahne 860, elektrisches Pflugsystem 864, elektrische Bremsen
865
Neuere kleine Elektromotoren und deren Anwendungen
867
Motor von: Deprez 867, Trouv
é
867, Griscom 869, Borel 871, Bürgin 871, Jablochkoff 872; elektrische Briefpost 872, elektrische Feder 872, phonisches Rad
874
4.
Die Telephonie
875
Historische Entwicklung der Telephonie
876
Das Bell’sche Telephon und seine Modificationen
894
Telephon von: Bell 894, Siemens 897, Gower 898, Fein 899, Ader 900, Arsonval 902, Böttcher 902, Gray 903, Phelps
903
Batterietelephone und Mikrophone
904
Telephon von Edison 904, Mikrophon von: Berliner 906, Heller 908, Blake 909, Heller 908, Blake 909, Locht-Labye 909, Wreden 910, Croßley, Ader, Gower 910, Boudet
912
Telephone und Mikrophone besonderer Construction
913
Eisendraht-Telephon 913, Quecksilber-Telephon 914, chemisches Telephon 915, Dolbear’s Telephon 916, Torsions-Mikrophon 917, Thermophon
918
Die Telephon-Anlagen (
A.
Doppelstationen)
918
Ruf-Apparat (Wecker) 921, deutsche Telephonstation 923, Telephonstation Böttcher 927, Telephonstation Ader 928, Telephonstation Locht-Labye
928
B.
Centralstationen
929
Schweizer-Umschalter 929, Klinkenumschalter 932, Telephonleitungen 938, Fern- sprechen auf langen Linien
947
C.
Telephonische Musikübertragung
956
D.
Specielle Anwendungen des Telephones und Mikrophones
960
Radiophon, Telephot und Phonograph
971
Photophon 971, Radiophon 976, Telephot 978, Phonograph
980
5.
Die elektrische Telegraphie
981
Geschichte der Telegraphie
981
Die moderne Telegraphie
1002
Der Morse-Apparat
1002
Stift- oder Reliefschreiber 1002, Farbschreiber 1005, Arbeits- und Ruhestrom 1006, Normalfarbschreiber 1008, polarisirter Farbschreiber 1009, Taster oder Morseschlüssel 1011, Relais 1012, Blitzschutz-Vorrichtungen
1014
Der Hughes-Apparat
1017
Die Wecker und Uebertragungs-Vorrichtungen
1020
Die automatischen Telegraphen-Apparate
1024
Die Duplex- und Multiplex-Telegraphie
1026
Telegraphen-Apparate für besondere Zwecke
1041
Kabeltelegraphie 1041, Haus- und Hotel-Telegraphie 1048, automatische Melde-Apparate 1053, automatische Feuermelder 1054, die Zeittelegraphie 1059, Eisenbahn-Signalwesen
1067
Erste Abtheilung.
Magnetismus und Elektricität.
Einleitung.
G
egen Ende des achtzehnten Jahrhundertes gewann die Dampfmaschine durch die Erfindungen von
Humphry Potter, James Watt
und Anderen eine Vollendung, welche der Anwendung der Dampfkraft eine ungeahnte Verbreitung und Bedeutung verlieh. Im Jahre 1807 benützte sie bereits
Fulton
zum Betriebe eines Schiffes, welches den Verkehr zwischen New-York und Albany vermittelte; im Jahre 1814 baute
Robert Stephenson
seine erste, für das Kohlenwerk Killingworth bestimmte Locomotive und 1829 wurde die erste Dampfeisenbahn (von Liverpool nach Manchester) in Betrieb gesetzt. Das Zeitalter des Dampfes war angebrochen. Nun ist kaum mehr als ein halbes Jahrhundert verflossen und schon gewinnt es den Anschein, als ob ein neues Zeitalter, eine neue Epoche in der Culturgeschichte der Menschheit beginnen sollte. Die beiden geheimnißvollen Naturkräfte,
Elektricität
und
Magnetismus
, deren Wesen zu enträthseln bisher noch nicht gelungen ist, erringen sich mit jedem Tage eine größere Bedeutung. Nicht streng wissenschaftliche Forschungen, Laboratoriums- Experimente oder gelehrte Hypothesen und Theorien sind es, die gegenwärtig das allgemeine Interesse in so hohem Maße beanspruchen, sondern praktisch verwerthbare Erfindungen; weder dem Fachmanne noch dem Laien können sie unbemerkt bleiben, da sie auf Schritt und Tritt, wohin wir auch unsere Blicke wenden mögen, uns entgegentreten.
Fragen wir nach der Ursache, welcher die Elektricität ihre Macht, ihre Be- deutung verdankt, so wird uns diese Frage dadurch beantwortet, daß wohl keine andere Naturkraft sich so leicht in jede gewünschte Form der Kraft verwandeln läßt, als eben die Elektricität. Sie verläßt ihre Geburtsstätte und eilt am tiefen Meeresgrunde von Continent zu Continent, erzählt dort, was die Menschen drüben und herüben treiben; sie fliegt durch die Lüfte und flüstert uns die Worte ins Ohr, wie der weit entfernte liebe Freund sie gesprochen hat — auch nicht eine Silbe ist auf dem weiten Wege aus dem dünnen Eisenfaden verloren gegangen.
1*
Die Elektricität ist auch musikalisch geworden; und wie richtig, wie sicher nimmt sie die leisesten wie die kräftigsten Töne auf, die Triller der sterbenden Primadonna, wie den Triumphgesang der siegreich zurückkehrenden Helden! Dann muß sie in den engen Draht und durcheilt in diesem mit Blitzesschnelle viele, viele Meilen; am Bestimmungsorte angelangt, jubelt sie wieder laut auf im Triumphgesange des Helden, haucht sie wieder die Triller der Primadonna aus. Im tiefen Waldes- schatten, zwischen hohen Felsenklippen stürzt brausend und tobend ein Wasserfall ins Thal hinab. Weitab von menschlicher Behausung, besuchte ihn früher nur selten ein kühner Wanderer. Und jetzt! Jetzt muß er mächtige Turbinen drehen, welche mit Hilfe unserer Maschinen seine gewaltige Kraft wieder in Elektricität umwandeln. In unfaßbarer Schnelligkeit durcheilt diese ihre Leitungsdrähte, weder Berge noch Thäler, weder Flüsse noch Wälder hemmen ihren Lauf, und bei den Wohnstätten der Menschen angelangt, verwandelt sie sich wieder in Wärme und Licht, in mechanische Kraft oder leistet chemische Arbeit. Der weit entfernte Wasserfall muß unsere Straßen und Plätze, unsere Wohnungen und Magazine mit Licht, mit hellem Tageslichte versehen, muß unsere Maschinen treiben, die Arbeit des Chemikers und Hüttenmannes übernehmen! Hat etwa Aladdin’s Wunderlampe mehr geleistet? Ist wirklich die moderne technische Wissenschaft prosaisch oder fehlt nicht vielmehr der gottbegnadete Dichter, um die Wunder, welche die Elektricität verrichtet, in begeisterten Gesängen zu verherrlichen?
I.
Geschichte des Magnetismus und der Elektricität.
Wie unscheinbar waren die ersten Erscheinungen, in welchen das Zwillings- paar, Magnetismus und Elektricität, zuerst beobachtet wurde! Und in der That legte man diesen auch keinerlei Bedeutung bei. Die Eigenschaft des geriebenen Bernsteines, leichte Körperchen anzuziehen, machte jenen zu einem beliebten Spielzeuge griechischer Frauen. Ueber den Magnetstein herrschten die kindlichsten Anschauungen. Die Alten kannten eben nur den
natürlich
vorkommenden Magnetstein.
Plinius
schreibt dessen Auffindung einem Hirten Namens
Magnes
zu. Derselbe sollte einmal beim Hüten seiner
Hecrde
auf eine Stelle gekommen sein, an welcher die Nägel seiner Schuhe und die Eisenspitze seines Stabes nur mit Mühe vom Boden losgemacht werden konnten. Er grub nach und fand den natürlichen Magnetstein. Nach Anderen soll der Stein den Namen
„Lithos herakleia“
geführt haben, was so viel als Herkulesstein oder Stein von Heraklea bedeuten würde. Die Stadt Heraklea scheint später den Namen Magnesia bekommen zu haben und dann wäre das Wort Magnet aus dem Namen jener Stadt abgeleitet. Wenngleich
Lucrez
(geb. im Jahre 95 v. Chr.) bereits erwähnt, daß der Magnetstein auch Eisen
abstoßen
könne und durch andere Körper durchwirke, so waren doch die Vor- stellungen der Alten über den Magnetismus äußerst unklare. Sie wußten nichts über die Polarität eines Magnetes, ja Plinius giebt sogar an, daß der Diamant im Stande sei, dem Magnete seine ganze Kraft zu rauben.
Fast ebenso unklar als die Entdeckung des Magnetismus überhaupt ist auch jene der Magnetnadel geblieben. Klaproth schreibt sie den Chinesen zu. Er fand in dem Wörterbuche
Schu-e-wen
von
Hiu-tschin
aus dem Jahre 121 n. Chr. für das Wort Magnet die Erklärung: Name eines Steines, mit welchem man der Nadel die Richtung gebe. In einem anderen chinesischen Wörterbuche aus dem elften Jahrhunderte wird angegeben, daß sich die Schiffer bereits unter der Dynastie der
Tsin
(265—419) der Magnetnadel bedienten. Sie ließen dieselbe nach Süden zeigen und kannten auch bereits ihre Abweichung (Declination) von der genauen Richtung. Die erste Anwendung der Magnetnadel erfolgte jedoch nicht in der Schiff- fahrt, sondern bei Landreisen mittelst des magnetischen Karrens oder Tschi-nan-tschin. Poggendorff beschreibt diesen in seiner Geschichte der Physik in folgender Weise: „Diese Karren waren zweiräderige Fuhrwerke, auf welchen sich vor dem Sitze eine kleine Figur mit ausgestrecktem Arme auf einem Stift beweglich befand. In dem ausgestreckten Arme war ein kleiner Magnetstab, durch welchen dieser Arm immer nach Süden gerichtet wurde. Solcher Karren bedienten sich die chinesischen Kaiser, wenn sie große Reisen oder Kriegszüge durch unbebaute oder wüste Gegenden ihres weitläufigen Reiches unternahmen. Zuweilen hatten diese Karren oder Wagen zwei Stockwerke und neben der magnetischen Figur, welche die Richtung des Weges angab, befanden sich noch zwei andere, welche die Länge desselben anzeigten, vermuthlich durch einen Mechanismus wie er in den Wegmessern angewandt wird.“ Nach der mythologischen Geschichte der Chinesen soll der Kaiser
Huang-ti
der Erfinder dieser Wagen gewesen sein, wornach die Erfindung in das Jahr 2364 v. Chr. zu setzen wäre. Jedenfalls ist aber die Anwendung der Magnetnadel zu Landreisen älteren Datums als jene zu Seefahrten. Die ältesten verläßlichen Nachrichten hierüber finden sich in der etwa im Jahre 1111 oder 1117 verfaßten Naturgeschichte des
Ke-u- tsung-schy
. In dieser wird mitgetheilt, daß man die Magnetnadel mittelst Wachs an einem Faden aufhängen oder auch auf einem Schilfhalm in einem Gefäße mit Wasser schwimmen lassen könne; auch wird erwähnt, daß die Nadel etwas von der Südrichtung abweicht.
Auch die Zeit, zu welcher die Bussole in Europa eingeführt wurde, ist nicht mit Sicherheit anzugeben. Es wird häufig angenommen, daß der aus Pasitano bei Almafi gebürtige Seefahrer
Flavio Gioja
etwa um das Jahr 1302 den Compaß erfunden habe; es ist wohl möglich, daß diesem Manne die Einführung des Compaß in der Schifffahrt am mittelländischen Meere zu verdanken ist, aber bekannt war derselbe jedenfalls schon bedeutend früher. So findet man in dem von
Guyot de Provins
beiläufig im Jahre 1190 verfaßten Gedichte
„La Bible“
die Angabe, daß die Schiffer bei trübem Himmel die Magnetnadel zu Rathe ziehen. Auch
Jacques de Vitry
gedenkt in seiner
„Historia naturalis“
(1215 bis 1220) der Magnetnadel als einer nicht mehr neuen Sache. Der erste Europäer, welcher die Declination der Magnetnadel genauer beobachtete und auch derselben ausdrücklich Erwähnung that, war wahrscheinlich
Christoph Columbus
. Diese Thatsache wurde lange Zeit gar nicht anerkannt, indem man die Abweichung der Nadel von der genauen Nord-Süd-Richtung einer ungenauen oder fehlerhaften Construction der Nadel zuschrieb. Die Variationen in der Nadelrichtung an einem und demselben Orte wurden zuerst von
Henry Gellibrand
im Jahre 1634 beobachtet.
Im Jahre 1544 folgte die Entdeckung der
Inclination
, d. h. der Neigung, der um eine
horizontale
Axe drehbaren Nadel gegen den Horizont durch
Hart- mann
; dieser erwähnt derselben in einem an den Herzog Albrecht von Preußen gerichteten Schreiben.
Robert Normann
(1576) untersuchte diese Erscheinung genauer und fand auch, daß der Magnetismus das Gewicht der Eisenstücke nicht verändere. Die Ursache, welcher die Magnetnadel ihre Eigenschaft, stets nach einer bestimmten Richtung zu zeigen, verdankt, war bisher unbekannt geblieben. Erst
William Gilbert
, dessen wir in der Geschichte der Elektricität noch ausführlicher gedenken müssen, gab die Erklärung hiefür, indem er die Erde selbst als einen großen Magnet betrachtete. Ihm ist daher auch die Entdeckung des Erdmagnetismus zuzuschreiben. Aus seiner Annahme erklärte sich auch leicht und ungezwungen die Zunahme der Inclination in der Richtung vom Aequator gegen die Pole zu. Die Bestätigung der Theorie Gilbert’s durch das Experiment brachte
Hudson
, der Entdecker der Hudsonsbai, auf einer im Jahre 1608 unternommenen Reise in die nördlichen Breiten bei. Gilbert und Hartmann wußten auch bereits, daß Süd- und Südpol, Nord- und Nordpol sich abstoßen, daß also der Nordpol der Magnet- nadel nach dem magnetischen Südpole der Erde zeige. Gilbert beobachtete auch schon das Magnetischwerden vertical stehender Eisenstangen und bemerkte hierbei, daß sie an ihrem unteren Ende einen Nordpol zeigen und daß diese Erscheinung noch kräftiger hervortritt, wenn der Eisenstab die Richtung der Inclinationsnadel ein- nimmt. Er wußte auch, daß ein in der Richtung der Magnetnadel liegender Eisenstab durch Hämmern magnetisch werden könne, und daß durch Glühen der Magnetismus zerstört werde, beim Abkühlen jedoch wieder zum Vorschein kommt, sobald hierbei das Eisenstück in die Richtung der Magnetnadel gelegt wird. Auch die magnetische Fernwirkung durch die Luft und andere Körper war ihm nicht unbekannt geblieben. Eine weitere Vermehrung unserer Kenntnisse über den Magnetismus haben wir
Halley, Johann Karl Wilke, Graham
und
Canton
zu verdanken. Die Arbeiten und Forschungen dieser Männer fallen in das achtzehnte Jahrhundert. Zu Ende dieses Jahrhundertes beobachtete
Coulomb
das Verhalten eines Magnetes bei seiner Theilung. Er fand, daß ein Magnet, in zwei, drei und mehr Theile getheilt, Bruchstücke giebt, von welchen jedes wieder einen Nord- und einen Südpol zeigt; dieses Verhalten führte ihn zur Aufstellung einer Theorie über die Consti- tution der Magnete, mit welcher wir uns später noch zu beschäftigen haben werden. Die berühmten Untersuchungen von
Gauß
und ebenso die Versuche von
Jamin
gehören bereits dem gegenwärtigen Jahrhunderte an.
Die ersten Beobachtungen elektrischer Erscheinungen sind ebenso unsicher nach- zuweisen, wie die der magnetischen; doch reichen auch jene weit ins Alterthum zurück. Es wird so ziemlich allgemein angenommen, daß
Thales
, einer der sieben Weisen Griechenlands, der Erste sei, welcher die Anziehungskraft des geriebenen Bern- steines beobachtete.
Thales
wurde 640 v. Chr. zu Milet geboren und starb 548 während er den olympischen Spielen anwohnte. Der Bernstein führte den Namen
Elektron
, zu Deutsch „Zugstein“, und von diesem Worte ist auch unser gegen- wärtiger Ausdruck „Elektricität“ abgeleitet. Das deutsche Wort
Bernstein
deutet nicht auf die elektrischen Eigenschaften dieses Harzes, sondern auf seine Fähigkeit zu brennen; seine Ableitung ergiebt sich aus dem niederdeutschen Worte
bernen
= brennen.
Die Angaben von
Theophrastus
und
Plinius
über Steine, welche durch Reiben die Eigenschaft erhalten sollen, leichte Körperchen anzuziehen, haben wenig Bedeutung, da sie zu unklar sind. Theophrastus von Eresus auf Lesbos, der berühmteste Mineraloge des Alterthumes, erwähnt nämlich eines Steines mit den erwähnten Eigenschaften, welchen er
Lynkurion
nannte; welches Mineral er damit meinte, konnte jedoch nicht in Erfahrung gebracht werden. Plinius erzählt, daß der
Carbunculus
sowohl durch Reiben als auch durch Erwärmen von der Sonne die Fähigkeit erhalte, leichte Körperchen anzuziehen; darnach könnte man vermuthen, daß unter dem Carbunculus des Plinius unser Turmalin zu verstehen sei. Dem widerspricht jedoch die Thatsache, daß der Turmalin den Alten nicht bekannt war, daß diesen vielmehr die Holländer erst um das Jahr 1703 aus Indien mitbrachten.
Nicht unbekannt konnten jedoch die Erscheinungen der atmosphärischen Elek- tricität den Alten geblieben sein, da Gewitter in diesen südlichen Gegenden eben nicht gar so selten waren. Außerdem kannten sie aber auch das
Elmsfeuer
, aller- dings ohne dessen elektrischen Ursprung zu ahnen. Poggendorff führt diesbezüglich mehrere interessante Stellen an; so z. B. aus
Cäsar’s
afrikanischem Kriege: „Plötzlich entstand ein ungeheurer Sturm mit Steinregen (Hagel?) und in derselben Nacht glühten von selbst die Spitzen an den Speeren der fünften Legion.“ Ferner: „In Sicilien wurden den Soldaten die Speere leuchtend, und das Gestade glänzte von zahlreichen Funken.“ Wie sehr man über die Natur des Elmsfeuers im Un- klaren war, zeigt Plinius, welcher dieses zu den Sternen zählte. Er sagt: Es giebt Sterne auf dem Meere und auf dem Lande. Ich selbst sah den Speeren der Sol- daten, die Nachts Wache hielten, ein sternähnliches Licht sich anhängen. Auch auf die Segelstangen und andere Theile des Schiffes setzten sie sich mit eigenthümlichem Geräusche, wie Vögel hüpfend von einem Orte zum anderen.
Wenn sie einzeln kommen, sind sie verderblich, die Schiffe in den Grund bohrend und wenn sie in den Boden gesunken sind, die Kiele entzündend. Als Doppelsterne aber sind sie heilsam, Vorboten einer glücklichen Fahrt und durch ihre Ankunft wird jene schreckliche Helena verscheucht. Des- halb schreibt man dem Pollux und Kastor diese Erscheinung zu und ruft sie an als Götter auf dem Meere. Auch die Häupter der Menschen umleuchten sie in den Abendstunden zu großer Vorbedeutung. Die Ursache aber von Allem ist unbekannt, verborgen in der Majestät der Natur
.“
Wie es kam, daß die Schiffer in Kastor und Pollux ihre Schutzgötter ver- ehrten, hiefür erzählt Poggendorff folgende Sage: „Kastor und Pollux machten den Argonautenzug mit und wurden einst auf dieser Fahrt von einem schrecklichen Sturme überfallen. Als alle laut zu den Göttern flehten, erschienen plötzlich auf den Häuptern von Kastor und Pollux zwei sternähnliche Flämmchen und darauf legte sich das Ungewitter. Seitdem wurden Kastor und Pollux die Schutzgötter der Schiffer und empfingen den Namen der Dioskuren.“ Was unter der schrecklichen Helena zu verstehen sei, ist nicht bekannt.
Man wollte den Alten auch die Kenntniß von Blitzschutzvorrichtungen zuschreiben, aber sehr mit Unrecht, wie man leicht ersehen kann aus dem damals verbreiteten Glauben: Zeus schone den Lorbeerbaum, Lorbeerzweige seien deshalb ein Schutz gegen Gewitter. Wohl aber scheint der Orient nicht aller derartigen Kenntniß ent- rathen zu haben. So erzählt
Ktesias
, der Leibarzt des persischen Königs Artaxerxes Mnemon (circa 400 v. Chr.), daß die Inder Eisenstangen in den Boden stecken, um Wolken, Hagel und Blitzstrahlen abzulenken. Zu demselben Zwecke bedienten sich die Chinesen langer, oben zugespitzter Bambusröhren. Es wurde auch behauptet, daß die vielen hohen Spitzen auf dem Salomonischen Tempel Blitzschutzvorrich- tungen gewesen seien, und daß die Ketten auf den Thürmen russischer Kirchen ursprünglich diesem Zwecke dienten, doch beruhen diese Annahmen auf sehr zweifel- haften Nachrichten.
Alles zusammengenommen, wußten die Alten über Elektricität eigentlich nichts; selbst die wenigen Erscheinungen, die ihnen bekannt waren, die elektrische Eigenschaft des Bernsteines, der Blitz und das Elmsfeuer, wußten sie in keinen Zusammenhang zu bringen. Und so blieb es nahezu 2000 Jahre! In diesem ganzen langen Zeitraume ist gar kein Fortschritt in der Erkenntniß der Elektricität zu verzeichnen.
William Gilbert
war es vorbehalten, durch Auffindung neuer Thatsachen, Anstellung vieler Versuche zum eigentlichen Gründer der Elektricitäts- lehre zu werden. Zu Colchester im Jahre 1540 geboren, machte er seine Studien in Oxford und Cambridge, unternahm Reisen ins Ausland und ließ sich endlich als Arzt in London nieder, wo er im Jahre 1603 starb. Sein für die damalige Zeit bedeutendes Wissen gewann ihm rasch die Gunst der Königin Elisabeth, welche ihn reichlich mit Mitteln zur Ausführung seiner wissenschaftlichen Unter- nehmungen unterstützte und auch zu ihrem Leibarzte erkor. Da um dieselbe Zeit auch Lord Baco am Hofe der Königin verkehrte, ist es wohl möglich, daß des Letzteren Schreib- und Denkweise auf Gilbert bestimmend einwirkten. Jedenfalls schlug er nicht den Weg gewagter philosophischer Hypothesen ein, um Naturerscheinungen zu erklären, sondern stellte, wie es Baco forderte, durch das Experiment directe Fragen an die Natur. Auf diese Art gelang es ihm auch, unser Wissen wesentlich zu erweitern. Wußte man bisher nur vom Bernsteine, daß dieser durch Reiben elektrisch werde, so fand Gilbert diese Eigenschaft auch an verschiedenen Edelsteinen, Glas, Schwefel, Kolophon u. s. w.; er zeigte auch, daß Metalle durch Reiben nicht elektrisch werden, daß aber elektrische Körper dieselben anziehen, wenn die Metalle leicht beweglich, etwa nach Art der Magnetnadel aufgehängt werden. Dies ist allerdings nicht strenge richtig, doch wenn man bedenkt, daß damals der Unter- schied und die Wirkungsweise zwischen Leiter und Isolator noch gänzlich unbekannt waren, ist dieser Irrthum leicht zu begreifen. Man kannte auch noch nicht den Unterschied zwischen Glas- und Harz- oder positiver und negativer Elektricität, ebensowenig wie die elektrische Abstoßung. Gilbert beobachtete jedoch bereits den Einfluß der Feuchtigkeit auf elektrische Erscheinungen, wußte, daß glühende Körper und Flammen nicht elektrisch werden und unterschied Magnetismus und Elektricität ganz wohl voneinander. Er giebt an, daß Elektricität nur durch Reiben entstehe, daß feuchte Luft sie vernichte, ein elektrischer Körper sehr viele Körper anziehe, ein Magnet dagegen nur Eisen und Stahl. Allerdings sagt er auch, daß bei der magnetischen Anziehung sich beide Körper bewegen, bei der elektrischen aber nur einer. Er war auch der Erste, welcher das Wort „elektrisch“ gebrauchte. Ihm ist es zu verdanken, daß die Aufmerksamkeit der Gelehrten den elektrischen Erscheinungen zugewandt wurde. So fügte der Jesuit
Nicolo Cabeo
den elektrischen Körpern noch Wachs und einige andere zu, fanden die Florentiner Physiker, daß durch Annäherung einer Flamme an einen elektrischen Körper dieser seine elektrische Kraft verliert. Auch
Fracastro, Descartes
und andere Physiker des siebzehnten Jahr- hunderts beschäftigten sich mit Elektricität, verließen hierbei jedoch den von Gilbert so glücklich eingeschlagenen experimentellen Weg und begnügten sich damit, gelehrte Hypothesen aufzustellen.
Erst
Otto von Guericke
trat wieder in die Fußstapfen Gilbert’s und erweiterte die Kenntnisse elektrischer Erscheinungen wesentlich. Guericke wurde im Jahre 1602 zu Magdeburg geboren, studirte zunächst in Leipzig und Jena die Rechte, wandte sich aber dann in Leyden dem Studium der Mathematik, Geometrie und Mechanik zu. Er machte Reisen nach Frankreich und England, war einige Zeit als Ingenieur in Erfurt thätig, kam darauf nach Magdeburg, wo er Bürgermeister wurde und auch seine berühmt gewordenen Versuche anstellte. Im Jahre 1681 legte er seine Aemter und Würden nieder und zog nach Hamburg, wo er 1686 starb.
Abgesehen von Entdeckungen in anderen Gebieten der Physik ist Guericke dadurch bekannt geworden, daß es ihm gelang, eine Art Elektrisirmaschine herzu- stellen. Bisher hatte man Elektricität nur in der Weise erhalten, daß man kleinere oder größere Stücke verschiedener Körper mit der einen Hand hielt und mit der anderen rieb. Natürlich konnte man in dieser Weise nur sehr schwache Wirkungen erzielen. Guericke füllte einen Glasballon mit geschmolzenem Schwefel, ließ diesen erstarren und zerschlug dann das Glasgefäß; nach Entfernen der Glas- scherben erhielt er hier- durch eine Schwefelkugel, die er an zwei gegen- überliegenden Punkten durchbohrte. In die Bohr- löcher wurden alsdann hölzerne Axen gesteckt und die Kugel mittelst dieser in einem hölzernen Ge- stelle,
a b c,
Figur 2, ge- lagert. Hierzu kam noch eine Kurbel an einer Seite der Axe, womit das erste, allerdings noch sehr ein- fache Modell einer Elek- trisirmaschine geschaffen war. Das Reibzeug während der Rotation der Schwefelkugel blieb nach wie vor noch die Menschenhand. So ein- fach diese Vorrichtung auch war, gestattet sie doch bedeutend größere
Fig. 1.
Otto von Guericke.
Mengen von Elektricität zu erzeugen, als man je zuvor erhalten hatte. Dies ermöglichte auch die Entdeckung neuer Erscheinungen. So beobachtete Guericke als Erster das Leuchten der geriebenen Schwefelkugel im verfinsterten Locale und das gleichzeitig auf- tretende, eigenthümlich knisternde Geräusch. Den elektrischen Funken hat er aber noch nicht gesehen; dafür fand er die elektrische Abstoßung. Leichte Körperchen wurden von der geriebenen Schwefelkugel angezogen, flogen aber bald wieder weg. Die Ursache dieser Erscheinung, nämlich Mittheilung gleichnamiger Elektricität von Seite der Kugel an die Körperchen und dadurch bewirkte Abstoßung, wurde aber erst später gefunden.
Zu Guericke’s Zeit wurde auch zum erstenmale das elektrische Leuchten stark verdünnter Gase, beziehungsweise Dämpfe beobachtet.
Picard
erhielt nämlich diese Erscheinung im Vacuum eines ungenügend ausgekochten Barometers, bei dessen Schütteln durch Reibung des Quecksilbers an der Innenfläche der Glasröhre Elektricität erregt wurde, welche dann die zurückgebliebenen Reste der Luft und Quecksilberdämpfe zum Leuchten brachte. Picard wußte jedoch nicht, daß die Ursache des Leuchtens in der Elektricitätserregung zu suchen sei.
Eine weitere Bereicherung wurde der Elektricität durch
Robert Boyle
und Dr.
Wall
zu Theil. Ersterer fand, daß die elektrische Anziehung auch in dem durch eine Luftpumpe erzeugten Vacuum stattfinde, und Letzterem gelang es, den elektrischen Funken hervorzurufen. Als er ein großes Stück Bernstein mit Woll- zeug rieb, sah er ersteren nicht nur leuchten, sondern bekam auch bei Annäherung des Fingers an den Bernstein einen Funken, der mit Knistern auf den Finger übersprang. Auch entging ihm nicht das Blasen der elektrischen Entladung und das eigenthümliche Gefühl, welches der überspringende Funke in der Hand verursachte.
Fig. 2.
Guericke’s Schwefelkugel.
Beachtenswerth ist Wall’s Aeußerung, daß der Funke und das Geräusch eine gewisse Aehnlichkeit mit Blitz und Donner habe. Er veröffentlichte seine Experimente im Jahre 1698. Ein ungefähr 20 Jahre vorher von
Newton
angestellter Versuch, bestehend in der elektri- schen Ladung einer Glasplatte, fand damals keine Beachtung.
Es wurde bereits erwähnt, daß Picard das elektrische Leuchten in der Barometerleere beobachtet hat, ohne jedoch den Grund dieser Erscheinung angeben zu können. Wie weit man in der Erklärung derselben fehlte, zeigt schon der Name, welchen man dieser Er- scheinung beilegte, sie hieß damals „mercuria- lischer Phosphor“.
Dufay
sprach sogar die Ansicht aus, das Leuchten habe darin seinen Grund, daß das Quecksilber beim Auskochen Feuertheilchen in sich aufnehme, welche nach- her wieder langsam in die Barometerleere entweichen. Die richtige Erklärung der in Rede stehenden Erscheinung brachte endlich
Hawksbee
bei, der zu Beginn des achtzehnten Jahrhundertes lebte. Er erreichte dies, indem er verschiedene Glas- gefäße, welche Quecksilber enthielten, mit der Luftpumpe auspumpte und dann in Bewegung setzte. Durch das auf diese Art hervorgerufene lebhafte Leuchten kam er eben zu der Ansicht, das beobachtete Phänomen sei elektrischer Natur. Dies ver- anlaßte ihn auch, eine Elektrisirmaschine nach Art jener von Guericke zu bauen, nur mit dem Unterschiede, daß er an Stelle der Schwefelkugel eine solche aus Glas setzte. Hierbei konnte ihm die Thatsache nicht entgehen, daß das Glas zur Elektri- citätserregung vorzüglich geeignet sei. War die Glaskugel ausgepumpt, so leuchtete sie lebhaft und gab auch Funken bis zu einem Zoll Länge. Hawksbee untersuchte ferner Kugeln aus anderen Stoffen, wie z. B. aus Siegellack, einem Gemische von Harz und Ziegelmehl u. s. w., und fand bei diesen Versuchen allerdings eine nach den angewandten Stoffen wechselnde Stärke der erzeugten Elektricität, der Artunterschied zwischen positiv und negativ blieb ihm aber verborgen, was bei einem sonst so aufmerksamen Beobachter auffallen muß. Hawksbee muß aber doch zu jenen Männern gerechnet werden, die seit Gilbert’s Tod — also in einem Zeitraume von mehr als hundert Jahren — die Lehre von der Elektricität noch verhältnißmäßig am meisten gefördert haben. Die Fortschritte, die man seit Gilbert machte, waren im Ganzen und Großen ziemlich unbedeutende. Man fand noch einige neue Körper, die durch Reiben elektrisch werden können, fügte zu der elektrischen Anziehung auch die Abstoßung und beobachtete den elektrischen Funken, sowie dessen mechanische Wirkung auf die Hand und dessen Geräusch beim Ueberspringen. Ferner hatte man das elektrische Leuchten verdünnter Gase gesehen und den ersten, allerdings sehr primitiven Versuch zum Baue einer Elektrisirmaschine gemacht. Obwohl man mit beiderlei Elektricitätsarten experimentirte, war doch deren
Unterschied
nicht bekannt, ebensowenig wie die
Elektricitätsleitung
, die in der Erscheinung der elektrischen Abstoßung doch auch schon beobachtet, aber nicht als solche erkannt wurde.
Diese beiden im Keime bereits vorhandenen, hochwichtigen Entdeckungen zur Reife gebracht zu haben, ist das Verdienst von
Gray
und
Dufay
.
Ueber die Lebensverhältnisse von
Stephan Gray
ist wenig bekannt, man weiß nicht einmal sein Geburtsjahr anzugeben. Sein Tod erfolgte im Jahre 1736 zu London, wissenschaftliche Publicationen von ihm fand man jedoch schon aus dem Jahre 1696. Seine Versuche, die elektrischen Erscheinungen betreffend, fallen in den Zeitraum um das Jahr 1729. Seine wichtigste Entdeckung ist die der Elektricitäts- mittheilung, welche ihn auf den Unterschied zwischen Elektricitätsleiter und Nicht- leiter brachte.
Gray untersuchte einst eine elektrische Glasröhre auf die Stärke ihrer An- ziehungskraft, einmal mit offenen Enden und einmal auf beiden Seiten mit Kork- stöpseln verschlossen. Die Anziehungskraft der Röhre blieb zwar in beiden Fällen dieselbe, aber er bemerkte, daß nun auch die vorher nicht geriebenen Korkstöpsel im Stande seien, leichte Körperchen anzuziehen und abzustoßen, geradeso wie die geriebene Glasröhre. Nach dieser Beobachtung konnte Gray nicht zweifeln, daß das Glas seine elektrische Anziehungskraft dem Korke mitgetheilt haben müsse. Als aufmerksamer Forscher verfolgte er diese Erscheinung und suchte den Versuch in verschiedener Weise zu variiren. In den Korkstöpsel wurden mit Elfenbeinkugeln versehene Holzstäbchen gesteckt, die Holzstäbchen dann durch Metalldrähte ersetzt und immer wieder erhielt die Kugel die Eigenschaft leichte Körperchen anzuziehen, sobald die Glasröhre gerieben wurde. Schon bei diesen Versuchen zeigte sich, daß der Draht nicht so lebhaft Körperchen anzog wie die Holzstäbchen — eine Erscheinung, die bereits auf die verschiedene Leitungsfähigkeit der Körper für Elektricität hin- deutete. Dies zeigten jedoch die weiteren Versuche von Gray noch viel deutlicher und führten endlich zur Unterscheidung von Leiter und Nichtleiter. Der Gang der Versuche nahm hierbei folgenden Verlauf: Gray nahm nun längere Drähte, aber bald wurde er durch das Schwingen derselben während des Reibens der Röhre belästigt, was ihn veranlaßte, die Drähte durch Bindfaden zu ersetzen. An einem derartigen Bindfaden befestigt, ließ er die Kugel über den Balcon seines Hauses hinabhängen, rieb dann die Glasröhre, an welcher das andere Ende des Bindfadens befestigt war, und fand zu seiner Freude, daß die Elektricität der Glasröhre selbst durch den nun bereits über 20 Fuß langen Faden immer noch bis zur Kugel fortgeleitet wurde. Er wollte nun die Länge des Fadens noch mehr vergrößern und führte denselben daher zunächst horizontal weiter und ließ erst die andere Hälfte hinabhängen; hierbei hatte er den Bindfaden an einer Schlinge desselben Materiales aufgehängt. Als er nun abermals versuchte, die Kugel am Ende des langen Fadens durch Reiben der Glasröhre zu elektrisiren, mißlang das Experiment. Er erkannte ganz richtig als Ursache des Mißlingens die Ableitung der Elektricität durch die zur Aufhängung dienende Schlinge, gelangte aber zu keiner weiteren Verfolgung der Versuche.
Im Jahre 1729 sprach er jedoch darüber mit
Granville Wheler
, welcher sich dahin äußerte, es möge wohl zweckmäßiger sein, sich der Seidenfäden zur Auf- hängung zu bedienen, da diese wegen ihrer bedeutend größeren Festigkeit viel dünner sein könnten als die Hanffäden und daher wegen ihres geringen Querschnittes vielleicht weniger Elektricität ableiten würden. Gray führte diese Abänderung des Versuches aus und auf diese Art gelang abermals die Elektrisirung der Kugel. Ja er konnte den auf Seidenfäden aufgehängten Hanffaden bis gegen 800 Fuß ver- längern und noch immer zog die Kugel leichte Körperchen an. Nun rissen ihm bei einem dieser Versuche die Seidenfäden, was ihn veranlaßte, diese durch ebenso starke Messing- drähte zu ersetzen. Bei dieser Anordnung konnte die Elektrisirung der Kugel abermals nicht erreicht werden. Gray setzte seine Experimente fort und lernte im Verlaufe derselben noch verschiedene andere Stoffe kennen, welche die Elektricität nicht leiten. Er elektrisirte einen Knaben, welcher in horizontaler Lage an Haarschnüren auf- gehängt war oder auf einem Harzkuchen stand, indem er dessen Körper mit der geriebenen Glasstange berührte, und erregte namentlich durch dieses Experiment Auf- sehen unter seinen Zeitgenossen. Er elektrisirte Wasser und fand auch, daß es nicht nöthig sei, den zu elektrisirenden Körper mit der Glasröhre unmittelbar zu berühren, sondern daß es schon genüge, die Glasstange in der Nähe zu halten. Auch wußte er, daß die Elektrisirung eines Körpers nicht von dessen Masse, sondern nur von der Oberfläche abhängt.
Zur selben Zeit, wie Gray, beschäftigte sich auch
Dufay
oder wie sein voller Name lautet:
Charles Fran
ç
ois de Eisternay du Fay
, mit elektrischen Experimenten. Als Sohn eines Gardelieutenants im Jahre 1698 zu Paris ge- boren, widmete er sich zunächst auch dem Kriegsdienste und machte im spanischen Erbfolgekriege auch einige Schlachten mit. Er brachte es bis zum Hauptmanne, nahm aber dann seine Entlassung und warf sich auf das Studium der Chemie und Physik. Im Jahre 1732 wurde er Intendant des botanischen Gartens, gab aber dessenungeachtet neben dem Studium der Botanik seine physikalischen Experi- mente nicht auf. Im Jahre 1739 erlag er den Blattern. Seine elektrischen Ver- suche fallen in die Jahre 1733 bis 1739. Er untersuchte eine große Anzahl von Körpern auf ihre Eigenschaft, durch Reibung elektrisch zu werden, und fand, daß alle Körper elektrisch werden können, mit Ausnahme der Metalle und Flüssigkeiten. Auch gab er als Ursache dieser Ausnahme an, daß die letzterwähnten Körper die Elektricität gut weiterleiten und eben deshalb nicht elektrisch werden oder den elektrischen Zustand erhalten können. Auch legte er den Grund zur später erfolgten Erfindung des Elektrometers, indem er Fäden aus verschiedenen Materialien über eine Eisenstange hängen ließ, welche an seidenen Schnüren in der Schwebe er- halten wurde. Näherte man nun die geriebene Glasstange der Eisenstange, so mußten sich die einzelnen Fäden abstoßen, also auseinandergehen, und man konnte dabei bemerken, daß die Größe der Abstoßung je nach der Natur der Fäden eine verschiedene war. Dufay beobachtete auch, daß die Leitungsfähigkeit eines Fadens durch Naßmachen sich steigern läßt; er konnte durch dieses Verfahren Elektricität durch einen 1256 Fuß langen Faden fortleiten. Besonderes Aufsehen machte es, als Dufay selbst aus einem lebendigen Körper, dem eines Knaben, Funken zog, die mit knisterndem Geräusche übersprangen und jenes eigenthümliche Stechen auf der Haut verursachten.
Die Resultate seiner Forschungen faßte er in einigen Sätzen zusammen, welche die in damaliger Zeit bekannten Thatsachen in eine gewisse Ordnung und Uebersicht- lichkeit brachten; sie lauten folgendermaßen: Elektrische Körper ziehen alle unelek- trischen Körper an, theilen ihnen Elektricität mit und stoßen sie dann ab; ferner, es giebt zwei Arten der Elektricität, nämlich Glaselektricität und Harzelektricität. Diese beiden sind einander entgegengesetzt.
Die Resultate, welche Gray und Dufay durch ihre Arbeiten und Forschungen errungen hatten, erweckten das Interesse für die elektrischen Erscheinungen nachhaltig und in weiteren Kreisen. Von nun an treten keine so langen Zwischenpausen in der Erweiterung und Ausbildung der Elektricitätslehre mehr ein, sondern ist viel- mehr ein stetiger Fortschritt zu verzeichnen.
So hatte man sich bisher z. B. zur Erregung von Elektricität stets der mit der Hand geriebenen Glasstange bedient, und keiner der Forscher kam auf den Gedanken, die in ihren Rudimenten von Guericke und Hawksbee angegebene Elektrisirmaschine weiter auszubilden und zu vervollkommnen. Jetzt war indessen das Interesse im erhöhten Maße erregt, und dies hatte zur Folge, daß auch in dieser Richtung Fortschritte gemacht und Verbesserungen erzielt wurden.
Litzen- dorf
, ein Schüler des Mathematik-Professors Christian August Hausen (1693 bis 1743), schlug nämlich vor, die Glasröhre durch eine Glaskugel zu ersetzen und diese durch ein Rad zum Drehen zu bringen. Der genannte Professor nahm diese Idee auf und baute nach diesem Principe eine Elektrisirmaschine. Die Zweckmäßigkeit der Anwendung einer rotirenden Glaskugel, welche bereits Hawksbee eingesehen hatte, wurde also zum zweitenmale festgestellt. Aber auch jetzt behielt man noch die menschliche Hand als Reibzeug bei. Professor
Georg Mathias Bose
fügte nun zu dieser Elektrisirmaschine den ersten Conductor; dieser bestand aus einem beiderseits offenen, cylindrischen Rohre aus Eisenblech, welches Bose zuerst von einer Person halten ließ, die er auf einen Harzkuchen stellte. Diesen lebendigen Träger ersetzte er dann durch Seidenschnüre.
Bei seinen Versuchen mit dieser Maschine bemerkte er auch, daß die Person, welche die Kugel rieb, ebenso elektrisch wurde wie sein Conductor. Er benützte dies zu einer Spielerei, die allgemeines Aufsehen erregte. Die Person wurde nämlich auf einen großen Harzkuchen gestellt und mit einer Art Rüstung bekleidet. Sobald die Person Elektricität empfing, entwickelte sich an allen Körpertheilen ein elektri- scher Schein, der schließlich das ganze Haupt umwallte und dieses wie eine Gloriole umgab; man nannte diesen Versuch „Beatification“.
Außerdem brachte
Bose
aber auch die Entzündung von Schießpulver zuwege und constatirte ferner, daß die Körper durch Elektrisirung nicht schwerer würden. Bose starb im Jahre 1761 auf der Festung Magdeburg, wohin er als Geisel während des siebenjährigen Krieges von den Preußen gebracht worden war.
Aber auch von anderen Seiten schenkte man der jetzt in Mode gekommenen Elektrisirmaschine Aufmerksamkeit und dachte an deren Verbesserung.
Andreas Gordon
, Professor zu Erfurt, welcher auch mancherlei kleine elektrische Spielereien erfand, ersetzte die Glaskugel durch einen Glascylinder. Von bedeutend größerer Wichtigkeit war jedoch die Erfindung des Reibzeuges durch den Drechsler
Giessing
in Leipzig. Unter Anleitung von
Johann Winkler
, welcher 1770 als Professor der classischen Sprachen und der Physik in Leipzig starb, verfertigte Giessing ein Reibzeug, bestehend aus einem wollenen Kissen, welches durch Metall- federn an den Glascylinder angedrückt wurde. Die Elektrisirmaschine besaß nun Reibzeug und Conductor, war also dem Principe nach vollendet; die mechanische Ausführung ließ allerdings noch viel zu wünschen übrig.
Weitere Veränderungen, die in England und Deutschland an der Elektrisir- maschine gemacht wurden, sowie auch die verschiedenen Experimente, wie Ent- zünden von Flüssigkeiten, Elektrisiren von Wasser u. s. w., brachten keinen weiteren Fortschritt mit sich, können daher füglich übergangen werden. Wichtig sind hin- gegen die Verbesserungen, welche
Benjamin Wilson
(beiläufig 1746) und
John Canton
(1762) an der Elektrisirmaschine anbrachten. Der Erstere rüstete nämlich den Conductor mit einem Collector, d. h. einem Kamme von Saugspitzen aus und der Letztere führte die Belegung des Reibkissens mit Zinnamalgam ein. Durch diese beiden Verbesserungen wurde die Leistungsfähigkeit der Elektrisirmaschine bedeutend erhöht.
Die Ehre, an Stelle des Glascylinders die Glasscheibe, welche die gegen- wärtig fast ausschließlich in Anwendung kommende Form bildet, gesetzt zu haben, legt sich eine ganze Reihe von Männern bei. Poggendorff hält es aber für er- wiesen, daß
Planta
aus Süß im Engadin der Erste gewesen sei, der sich der Scheibenmaschine bediente. Diese wurde nun bald in sehr bedeutenden Dimensionen ausgeführt, und die mit ihr erhaltenen Resultate waren auch dem entsprechend. So wurde auf Veranlassung des
Duc de Chaulnes
eine Maschine gebaut, deren Scheibe einen Durchmesser von 5 Fuß besaß und Funken bis zu 22 Zoll Länge gab. Erwähnt man noch der Angabe eines zweckmäßigen Amalgames für die Reibkissen durch
Kienmayer
in Wien und der Anbringung des nach dem Wiener Elektriker
Winter
benannten Ringes am Conductor, so ist die Entwicklungs- geschichte der Reibungs-Elektrisirmaschine vollendet.
Wenden wir uns nun einer anderen Gruppe von Entdeckungen und Er- findungen zu, welche gleich bei ihrem Bekanntwerden großes Aufsehen erregten; es sind dies die Entdeckung der elektrischen Condensation, die Erfindung der Ver- stärkungsflasche und die hierauf beruhenden Experimente. Unserem Gewährsmanne, Poggendorff, folgend, haben wir die Erfindung der Verstärkungsflasche dem Dechant des Domcapitels zu Kammin in Pommern,
von Kleist
, zuzuschreiben. Im Jahre 1745 näherte dieser ein Medicinglas, in dessen Hals ein Eisennagel steckte, seiner Elek- trisirmaschine. Als er nun zufällig mit einer Hand den Nagel berührte, indeß die andere Hand das Glas hielt, bekam er zu seinem größten Schreck einen heftigen Schlag. Nichtsdestoweniger verfolgte er dieses Experiment weiter und theilte es auch verschiedenen Personen mit.
Beinahe zur selben Zeit führten die elektrischen Versuche, welche
Pieter van Musschenbroek
in Holland anstellte, zu derselben Entdeckung. Musschenbroek (zuletzt Professor in Leyden), hatte wiederholt beobachtet, daß elektrische Körper ihre Elektricität rasch verlieren, wenn sie von gewöhnlicher Luft umgeben sind. Um dies zu vermeiden, elektrisirte er Wasser statt in einer offenen Schale in einer Glasflasche und führte die Elektricität durch einen hineingesteckten Metalldraht dem Wasser zu.
Cunaeus
aus Leyden, welcher mit Musschenbroek experimentirte, hielt nun einst die Flasche während der Ladung des Wassers in der Hand und griff dann, um die Flasche von dem Conductor zu entfernen, mit der anderen Hand nach dem Zuleitungsdrahte. Sofort erhielt er einen ebensolchen Schlag wie Kleist. Eine Wiederholung des Versuches durch Musschenbroek flößte diesem ein solches Entsetzen ein, daß er an den berühmten R
é
aumur schrieb, „er möge sich für die Krone Frankreichs nicht zum zweitenmale den Wirkungen dieses Versuches aussetzen“. Durch R
é
aumur erfuhr auch der Abt
Nollet
in Paris die neue Entdeckung, und er war es, welcher die Bezeichnung
Leydener Flasche
einführte. Es ist nicht zu verwundern, daß ein so überraschendes Experiment auch andere Forscher ver- anlaßte, dasselbe nachzumachen und zu studiren. Zu diesen gehören z. B.
Winkler, Gralath, Le Monnier, Bevis
u. A. Namentlich Winkler in Leipzig scheint sehr kräftige Ladungen versucht zu haben, denn er erzählt, die Wirkungen des Schlages hätten ihm starke Convulsionen verursacht und er hätte im Kopfe den Schlag mehrere Tage lang verspürt. Auch habe seine Gattin in Folge zweier Schläge kaum gehen können; die wackere Frau scheute sich nicht, mit ihrem Manne die Gefahren des Experimentes zu theilen. Da aber Winkler fernerhin weder seine Frau noch sich selbst diesen Gefahren aussetzen wollte, dachte er daran, die Entladung der Flaschen durch besondere Anordnungen, ohne Zuhilfenahme einer Person zu bewerkstelligen. Die diesbezüglichen Versuche führten ihn zur Construction der
elektrischen Batterie
, freilich in einer sehr primitiven Ausführung und ohne die Ursache ihrer Wirksamkeit zu kennen.
Gralath schaltete in den Entladungskreis einer Kleist’schen Flasche 20 Per- sonen ein, indem er diese sich bei den Händen halten ließ; er fand auch, daß die Flasche mit
einer
Entladung nicht ihre ganze Kraft verliert, sondern nach einiger Zeit einen zweiten Funken geben kann, entdeckte also den Ladungsrückstand. Aehnliche Versuche, aber im größeren Maßstabe, führte Abt Nollet in Frankreich aus, tödtete durch den Entladungsschlag der Flasche kleine Thiere und sprach auch bereits die richtige Ansicht aus, daß das Wasser in der Flasche nur zur Leitung der Elek- tricität an die Innenwand diene. Auch
Le Monnier
machte eine Reihe von Ver- suchen und veröffentlichte deren Ergebniß im Jahre 1746; er führte z. B. den Entladungsschlag durch eine Eisendrahtleitung von 2000 Toisen Länge, leitete denselben durch Wasser und versuchte auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität im Eisendrahte zu messen — allerdings ohne Resultat.
William Watson
führte die Entladung der Flasche sogar durch einen Eisendraht von zwei englischen Meilen Länge und eine ebenso lange Strecke des Erdbodens, also im Ganzen durch einen Schließungsbogen von vier englischen Meilen Länge; auch er verfolgte hierbei den Zweck, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität zu messen, aber eben- falls ohne Resultat; er fand, daß sie eine augenblickliche oder doch zu große sei, um nach seiner Methode gemessen werden zu können.
Dr.
Bevis
kam dann auf den Gedanken, die Flasche an ihrer Außenseite mit Zinnfolie zu überkleiden, fand also die äußere Belegung. Nicht lange darauf versuchte er eine auf beiden Seiten belegte Glastafel zu laden und bekam bei ihrer Entladung wirklich auch einen kräftigen Schlag. Dies gab Watson die Ver- anlassung, zum erstenmale eine vollkommene Kleist’sche Flasche herzustellen. Zu dem Ende überkleidete er thönerne Gefäße bis nahe an ihre obere Oeffnung innen und außen mit Silberfolie. Watson sah zwar ein, daß die Kraft der Flasche von der Größe der Belegungsfläche abhänge, aber über ihre Wirkungsart konnte er keine Rechenschaft geben.
Hierüber brachte
Benjamin Franklin
Aufklärung. Er erblickte als siebzehntes Kind eines Seifensieders auf der zu Boston gehörigen Governorsinsel am 17. Januar 1706 das Licht der Welt. Anfänglich bestimmte ihn sein Vater zum Studium der Theologie, mußte jedoch wegen Mittellosigkeit diese Absicht wieder aufgeben, und so nahm er den damals zehnjährigen Benjamin zu sich in sein Geschäft. Der Widerwille, den aber Letzterer gegen die Seifensiederei zeigte, bewog seinen Vater bereits nach zwei Jahren, einem älteren Bruder, der eine Buchdruckerei besaß, den jungen Benjamin in die Lehre zu geben. Hier las er in seinen freien Stunden mit einer wahren Leidenschaft und wurde dadurch angeregt, sich in der Schriftstellerei zu versuchen. Das erste Resultat waren einige Balladen, die er selbst zum Verkaufe in der Stadt herumtrug. Später schrieb er Artikel für die von seinem Bruder herausgegebene Zeitung und übernahm schließlich auch die
Fig. 3.
Benjamin Franklin.
Redaction des Blattes. Im Jahre 1724 machte er seine erste Reise nach London, wo er das Nöthige zur Einrichtung einer Druckerei in Philadelphia einkaufen wollte. Er führte jedoch diesen Plan nicht aus, sondern trat in die berühmte Palmer’sche Druckerei ein. Im Jahre 1728 errichtete er endlich eine eigene Druckerei, die er bald zu einer sehr gedeihlichen Ent- wicklung brachte. Nun heiratete er auch die mit ihm schon seit 1724 ver- lobte Miß Read. Er ver- größerte sein Geschäft, er- richtete eine Buch- und Papier-Handlung, ward Gründer vieler humanitärer Anstalten und betheiligte sich überhaupt in hervor- ragender Weise am öffent- lichen Leben. Aus dieser Zeit (um 1740) datiren auch seine elektrischen Ver- suche. Im Jahre 1753 wurde er zum Generalpostmeister aller englisch- amerikanischen Colonien ernannt und nun faßte er den Gedanken einer Bundesver- fassung und Vereinigung aller Colonien unter einer Centralregierung. Im Jahre 1757 trat er als pennsylvanischer Geschäftsträger seine zweite Reise nach England an und führte als solcher die Regulirung von Steuerangelegenheiten auch zu einem befriedigenden Ende. Im Jahre 1766 brachen in Philadelphia die Unruhen wegen der Stempelacte aus, und Franklin ging neuerdings als Agent Pennsylvaniens und anderer Staaten nach England. Hier vertrat er in energischer Weise die Rechte der Colonien, wodurch er sich das Mißtrauen der englischen Regierung zuzog und seine General- postmeisterstelle verlor. Im März 1775 finden wir ihn wieder in Philadelphia, wo er, an der Spitze des Sicherheitsausschusses stehend, zuerst für die Unabhängig- keit der Colonien sprach und am 4. Juli 1776 die Unabhängigkeitserklärung thatsächlich zu Stande brachte. Im Jahre 1778 schloß er in Paris als Bevoll- mächtigter der dreizehn vereinigten Staaten Nordamerikas einen Allianzvertrag ab. Auch der Friedensabschluß im Jahre 1783 ist wesentlich seinen Bemühungen zu verdanken. Bis zum Jahre 1788 blieb er noch politisch in hervorragender Weise thätig; dann zwang ihn aber das herannahende Alter und sein Steinleiden, sich zurückzuziehen. Am 17. April 1790 starb er als Amerikas größter Bürger. Ihm zu Ehren ordnete der Congreß eine Nationaltrauer in der Dauer eines Monates an. Die Inschrift für seinen Grabstein hatte er sich selbst verfaßt; sie lautet: „Hier liegt der Leib Benjamin Franklin’s, eines Buchdruckers (gleich dem Deckel eines alten Buches, aus welchem der Inhalt herausgenommen und der seiner Inschrift und Vergoldung beraubt ist), eine Speise für die Würmer; doch wird das Werk selbst nicht verloren sein, sondern (wie er glaubt) dereinst erscheinen in einer neuen, schöneren Ausgabe, durchgesehen und verbessert von dem Verfasser.“
Treffend faßte d’Alembert die Thaten des großen Mannes zusammen in dem Hexameter, welchen er auf eine vom Bildhauer Houdon verfertigte Büste Frank- lin’s setzte:
Eripuit coelo fulmen, sceptrumque tyrannis.
(Er entriß dem Himmel den Blitz und das Scepter den Tyrannen.)
Es wurde bereits angedeutet, daß Franklin es war, der in das bisher un- aufgeklärte Verhalten der Kleist’schen Flasche Aufklärung brachte; darin bestand eben eine seiner wichtigsten Entdeckungen. Er fand nämlich, daß eine isolirt aufgehängte Korkkugel nach ihrer Berührung mit der inneren Belegung einer Flasche von der äußeren Belegung der letzteren abgestoßen wird und umgekehrt; eine Kugel, welche von der äußeren Belegung Elektricität erhielt, wurde von einem mit der inneren Belegung in leitender Verbindung stehenden Drahte abgestoßen. Auch führte er Drähte von der äußeren und inneren Belegung bis auf eine kleine Entfernung gegeneinander und ließ in den noch übrig bleibenden Zwischenraum eine Korkkugel hängen; dann wurde die Korkkugel einmal von dem einen, einmal von dem anderen Drahtende angezogen und pendelte so lange zwischen beiden hin und her, bis die Flasche entladen war.
Auf Grund dieser und noch anderer Experimente gab Franklin eine Er- klärung des Verhaltens einer Kleist’schen Flasche und stellte zugleich eine Theorie der Elektricität überhaupt auf. Nach seiner Ansicht sollte nur
eine einzige
elek- trische Materie existiren, von welcher der eine Körper mehr, der andere weniger besitzt, je nach seiner Natur. Der Zustand eines Körpers, den wir elektrisch nennen, sollte darin bestehen, daß dieser Körper einen Ueberschuß oder einen Mangel an der ihm seiner Natur nach zukommenden Elektricitätsmenge aufzuweisen habe. Im ersteren Falle ist der Körper positiv elektrisch, im letzteren jedoch negativ. Wird also z. B. durch Reiben zweier Körper gegeneinander Elektricität erregt, so geht bei diesem Processe ein Theil der Elektricität des einen Körpers in den anderen über und letzterer wird positiv elektrisch; der andere Körper hingegen ver- liert elektrische Materie und erscheint als negativ elektrisirter Körper. Beide Körper können ihr elektrisches Gleichgewicht wieder herstellen, d. h. also unelektrisch werden, wenn man sie durch einen Elektricitätsleiter miteinander verbindet.
Diese Theorie auf die Erscheinungen in der Kleist’schen Flasche angewandt, giebt für diese folgende Erklärung: Führt man der inneren Belegung Elektricität
Urbanitzky
: Elektricität. 2
zu, so wird der äußeren Belegung genau ebenso viel Elektricität entzogen, welche durch den mit der äußeren Belegung in Verbindung stehenden Leiter oder durch die die Flasche haltende Hand abfließt. Da das Glas für Elektricität undurch- lässig ist, kann sich das elektrische Gleichgewicht durch dieses hindurch nicht wieder herstellen: die Flasche ist geladen. Verbindet man nun aber die äußere und innere Belegung der Flasche durch einen Leiter, so strömt der Ueberschuß elektrischer Materie von der einen (der positiven) Belegung zu der anderen (der negativen) über und der ursprüngliche Gleichgewichtszustand wird wieder hergestellt, d. h. die Flasche entladen. Diese besitzt also vor und nach der Ladung immer die gleiche
Gesammtmenge
der elektrischen Materie und ändert durch die Ladung nicht die Quantität, sondern nur die
Vertheilung
.
Unvergänglichen Ruhm als Physiker erwarb sich jedoch Franklin durch die Erfindung des Blitzableiters. Er wurde darauf hingeführt durch die Ueberzeugung, daß der Blitz eigentlich nichts Anderes sei, als ein sehr mächtiger elektrischer Funke. Nicht daß er der Erste gewesen wäre, welcher diese Ansicht aussprach, denn wie wir wissen, dachten schon
Wall, Nollet
und namentlich
Winkler
ebenso, aber diese Ansicht fand erst dann die verdiente Beachtung, als Franklin sie nicht nur klar und deutlich aussprach, sondern auch Experimente zu ihrer Prüfung vorschlug; es geschah dies im Jahre 1750. Franklin ließ es jedoch vorläufig bei dem bloßen Vor- schlage des Experimentes bewenden. Der Ruhm, als Erste dieses Experiment wirklich angestellt zu haben, gebührt nach Poggendorff den Franzosen
Dalibard
und
Delor
.
„
Dalibard
hatte,“ erzählt Poggendorff, „zu Marly-la-ville, sechs Stunden von Paris, eine 40 Fuß hohe Eisenstange mit seidenen Schnüren an Pfähle be- festigt, die ebenso wie das untere Ende der Stange nicht vom Regen getroffen werden konnten. Während seiner Abwesenheit hatte er einen von ihm für den Ver- such unterrichteten Wächter Namens
Coiffier
angestellt, und dieser war es, der am 10. Mai 1752 Nachmittags, als ein heftiges Gewitter vorüberzog, mittelst eines Drahtes die ersten Funken der vom Himmel herabgebrachten Elektricität aus der Eisenstange herauszog. Die Funken waren 1½ Zoll lang, rochen nach Schwefel und fuhren unter Knistern aus der Stange. Acht Tage darauf machte
Delor
in seinem Hause zu Paris denselben Versuch mit einer 99 Fuß hohen Eisenstange in Gegenwart des Königs Ludwig
XV.
und zu einer Zeit, wo zwar Gewitter- wolken am Himmel standen, es aber weder blitzte noch donnerte.“
Franklin ging erst im Juni des Jahres 1752 daran, die Richtigkeit seiner Ansicht experimentell zu prüfen, allerdings noch ohne von den in Frankreich unter- nommenen Versuchen Kenntniß zu haben. Zu seinem Versuche diente ihm ein be- kanntes Kinderspielzeug, der fliegende Drache. Er verfertigte sich einen solchen aus zwei gekreuzten Holzstäben, die er mit einem seidenen Taschentuche überkleidete. Der Kopf des Drachen trug eine lange eiserne Spitze und wurde durch eine Hanf- schnur geführt, die unten an einen Schlüssel geknüpft war. Von letzterem ging eine seidene Schnur aus, um ihn von der Hand zu isoliren. So ausgerüstet, gelang es ihm auf einem freien Felde bei Philadelphia in Gesellschaft seines Sohnes, dem Schlüssel Funken zu entlocken, als er den Drachen bei vorüber- ziehenden Gewitterwolken aufsteigen ließ. Im September desselben Jahres errichtete er dann auf seinem Hause eine isolirte Eisenstange und machte unter Vermittlung derselben mit atmosphärischer Elektricität die gleichen Experimente wie früher mit Hilfe der Elektrisirmaschine. Er lud z. B. Kleist’sche Flaschen oder „zapfte den Blitz auf Bouteillen“.
An der Identität des Blitzes mit dem Funken der Elektrisirmaschine war sonach nicht mehr zu zweifeln. Franklin dachte aber, wenn man den Blitz aus den Wolken herableiten könne, müsse es auch möglich sein, ihm seine schädliche Wirkung zu be- nehmen. Da aber ein elektrischer Funke nur dort überspringt, wo ein Leiter unter- brochen erscheint oder seine Leitungs- fähigkeit nicht aus- reicht, so müsse man sich vor den Wirkungen des Blitzes dadurch schützen können, daß man Metallstangen von hinreichender Stärke errichtet und für deren gut- leitende Verbin- dung mit der Erde Sorge trägt. Eine solche Stange müsse dann eine vorüber- ziehende Wolke suc- cessive entladen und so das Ueber- schlagen eines Blitzes überhaupt hintanhalten oder selbst, wenn er trotz- dem überschlage, ihn gefahrlos in die Erde ableiten. Diese Ansichten sprach Franklin klar und deutlich aus und gab auch Vor- schriften zur Er- richtung von Blitz- ableitern. Und in der That ließen die Amerikaner mit der praktischen Aus- führung derselben nicht lange auf sich warten.
Fig. 4.
Franklin’s Drache.
In demselben Jahre (1753) hatte auch
Winkler
in Deutschland unabhängig von Franklin die Aufstellung von Blitzableitern warm befürwortet und wahr- scheinlich war auch er die Veranlassung, daß ein aufgeklärter Prämonstratenser- Chorherr, der Pfarrer
Procopius Divisch
zu Prenditz in Mähren, in der
2*
Nähe seiner Wohnung den ersten Blitzableiter aufstellte. Unglücklicherweise war der Sommer des Jahres 1756 ein sehr trockener, was die unwissende Land- bevölkerung dieser Wetterstange zuschrieb und weshalb sie ihre Entfernung erzwang.
Mit dem Studium der atmosphärischen Elektricität, die nun zur Reibungs- Elektricität hinzugekommen war, beschäftigte sich eine Reihe von Männern. Leider sollte es sich hierbei auch in entsetzlicher Weise zeigen, wie gefahrvoll diese Experi- mente waren. Professor
Nichmann
in Petersburg hatte zum Studium der atmosphä- rischen Elektricität in seinem Hause eine isolirte Eisenstange aufgestellt, wie sie
Fig. 5.
Richmann’s Wetterstange.
die Figur 5 zeigt. Bei
o
tritt die Stange
S
durch eine weite Oeffnung der Zimmerdecke in das Zimmer ein, durchsetzt dasselbe und wird dann weiter bis in feuchtes Erdreich geleitet. Innerhalb des Zimmers wird die Stange von Holzkugeln
h h
gefaßt, welche an Glasstangen
g g
, die in die Mauer eingelassen sind, befestigt werden. Die Oeffnung in der Zimmerdecke ist, soweit sie nicht von der Stange ausgefüllt wird, durch eine Platte aus Spiegelglas verschlossen. Würde die Stange ununterbrochen durch das Zimmer gehen, so könnte man ihren elektrischen Zustand höchstens durch die Ablenkung der Magnetnadel beobachten, nicht aber die Spannung studiren und Funken herausziehen. Aus diesem Grunde ist bei
e
ein Charnier angebracht, welches gestattet, den Theil
c d
zu drehen, so daß der Zusammenhang der Stange unterbrochen wird (wie dies der punktirte Theil der Zeichnung erkennen läßt). An der Stelle, wo die Stangen- enden zusammenstoßen, sind diese mit Messing- kugeln
d
und
e
versehen. Ferner trägt der be- wegliche Arm zwei Hollundermarkkügelchen
k;
das Auseinandergehen dieser oder bei starker Spannung die zwischen den voneinander ent- fernten Kugeln
d e
überspringenden Funken dienten zur Anzeige des elektrischen Zustandes.
Als Richmann nun im August 1753 während eines aufsteigenden Gewitters sich der Stange näherte, um ihren elektrischen Zustand zu untersuchen, fuhr ihm ein Feuerball aus der Stange gegen den Kopf und streckte ihn augenblicklich todt zu Boden. Der gleich- zeitig anwesende Kupferstecher
Sokoloff
stürzte gleichfalls zusammen, erholte sich aber nach einiger Zeit wieder.
Vorsichtiger war
De Romas
in Nerac (Frankreich) zu Werke gegangen. Er bediente sich gleich Franklin eines Drachen, gab aber diesem sehr bedeutende Dimensionen. Er ließ ihn wiederholt an einer mit Eisendraht durchflochtenen Schnur, die in einer Seidenschnur endigte, steigen und erhielt damit kolossale Wirkungen. So befestigte er einst am unteren Ende der Drahtschnur einen Cylinder aus Eisenblech, aus welchem er unter Donnerknall Feuermassen hervorbrechen sah.
Fig. 6.
Richmann’s Tor.
Im August 1757 erhielt er bei Anwendung eines entsprechenden Ausladers sogar Funken von 10 Fuß Länge.
Hatte auch das tragische Schicksal Richmann’s bedeutendes Aufsehen erregt und die Gefahren derartiger Experimente in das grellste Licht gesetzt, so ließ man sich dadurch doch keineswegs von weiteren Experimenten und Studien abschrecken. Forscher wie
Le Monnier, Beccaria
und
Cavallo
arbeiteten rüstig weiter. Auch an die Anwendung der Elektricität in der Heilkunde wurde bereits gedacht. Es ist daher begreiflich, daß man nun auch Mittel und Wege suchte, um die Elektricität zu messen. Das erste praktisch verwendbare
Elektrometer
construirte
John Canton
, der von 1718 bis 1772 in England lebte. Es ist dies das bekannte Hollundermarkkügelchen oder Korkkügelchen-Elektrometer, welches dann das Vorbild für eine Reihe von Elektrometern wurde, welche im Principe von dem Canton’s nicht abweichen.
Zur selben Zeit wurden auch Versuche über die Fernwirkung elektrischer Körper auf unelektrische gemacht, oder, wie man sich damals ausdrückte, man studirte die elektrische Atmosphäre eines elektrischen Körpers. Man hatte beobachtet, daß zwei nebeneinander hängende Korkkügelchen sich abstoßen, wenn man denselben einen elektrisirten Körper auch nur annähert, also nicht die Kügelchen mit ihm berührt. Diese Erscheinung studirten namentlich
Aepinus
und
Wilke
eingehend und trugen viel zu ihrer Erklärung bei. Auch wurde durch deren Versuche die Unhaltbarkeit der Ansicht Franklin’s über die Kleist’sche Flasche dargethan, welcher glaubte, das Verhalten der Flasche oder Tafel sei der besonderen Structur des Glases zu verdanken und diesem ausschließlich eigenthümlich.
Nun kam die für die Entwicklung der Elektricitätslehre wichtige Periode der seidenen Strümpfe. Ein gewisser Esquire
Robert Symmer
in England eröffnete diese elektrische „Strumpfperiode“ im Jahre 1759. Genannter Esquire pflegte nämlich seidene Strümpfe zu tragen, und zwar immer zwei Paare, ein weißes unterhalb und ein schwarzes darüber. Beim Ausziehen derselben bemerkte er nun, sobald nicht beiderlei Strümpfe gleichzeitig herabgezogen wurden, ein Knistern, welches er bald der Erzeugung von Elektricität durch Reiben der Strümpfe an- einander zuschrieb. Ferner bemerkte er, daß die Strümpfe gleicher Farbe sich gegen- seitig abstoßen, die ungleicher Farbe sich aber anziehen und mit sehr erheblicher Kraft aneinander halten. Obwohl diese Versuche an sich eigentlich nichts Neues lehrten, man kannte ja schon eine ganze Reihe von Körpern, die durch Reiben elektrisch werden, so erregten Symmer’s Versuche doch bedeutendes Aufsehen und brachten die seidenen Strümpfe bei den Elektrikern sehr in Mode. Immerhin würden aber diese Versuche für die Erweiterung der Kenntnisse unserer Wissenschaft ohne Belang geblieben sein, wenn nicht Symmer daraus ganz neue Ansichten über das Wesen der Elektricität geschöpft hätte. Symmer kehrte nämlich wieder zu der schon von Dufay ausgesprochenen, aber damals nicht beachteten Theorie zurück, welche zweierlei Elektricitäten annahm. Im natürlichen Zustande sollten die Körper von den beiden einander entgegengesetzten Elektricitäten gleich viel besitzen und beide miteinander vereinigt sein; durch Reiben werden sie aber getrennt und nun er- scheint der eine Körper entgegengesetzt elektrisirt wie der andere.
Symmer konnte zu Gunsten seiner Theorie nur einen einzigen Versuch an- führen und der bestand darin, daß er einen Funken durch Papier schlagen ließ; dieses zeigte sich dann an der Durchschlagsstelle auf beiden Seiten aufgeworfen. Diese Erscheinung ließ sich nach Franklin’s Theorie allerdings nicht gut erklären, denn da nach dieser der elektrische Funke nur der Ausgleich des Ueberschusses der Elektricität auf der einen Seite mit dem Mangel an Elektricität auf der anderen Seite, also ein Ueberströmen von Elektricität in
einer
Richtung sein sollte, ist es nicht gut einzuschen, warum die Ränder der Durchschlagsstelle auf beiden Seiten des Papieres aufgebogen sein sollten. Symmer hingegen erklärte dies aus dem Gegeneinanderströmen beider Elektricitätsarten. Obwohl dies nur ein vereinzelter Versuch war, wußte doch Symmer seiner Theorie bei den Physikern rasch Eingang zu verschaffen. Es verdient bemerkt zu werden, daß Franklin selbst mit größter Bereitwilligkeit an Symmer Instrumente und Apparate lieh, die dieser zur Be- wahrheitung seiner Theorie zu bedürfen glaubte. — Gewiß ein Zug eines wahrhaft großen und edlen Geistes, der Nachahmung verdiente!
Symmer’s oder, richtiger gesagt, Dufay’s Theorie erhielt eine neue Stütze in der Entdeckung der elektrischen Staubfiguren durch
Lichtenberg
im Jahre 1777. Es mag hier nur beiläufig erwähnt werden, daß diese Figuren ein von- einander wesentlich verschiedenes und wohl charakterisirtes Aussehen gewinnen, je nachdem sie durch positive oder negative Elektricität erzeugt werden. Eine genauere Beschreibung derselben folgt in dem entsprechenden Abschnitte der Elektricitätslehre selbst. Durch Lichtenberg wurden auch die Bezeichnungen + und — eingeführt.
Die weiteren Fortschritte, die nun bis zu den epochemachenden Entdeckungen
Volta’s
und
Galvani’s
gemacht wurden, lassen sich in wenigen Zeilen zusammen- fassen. Man studirte die Ladungsverhältnisse von belegten Isolatoren und verbesserte die Meßinstrumente. Ersteres führte Volta zur Construction des Elektrophors, letzteres veranlaßte ihn zur Erfindung des Condensators, d. h. einer Vorrichtung, um schwache Elektricität so zu verstärken, daß sie meßbar wird. Volta gab auch 1781 das Strohhalm-Elektrometer an. Auf die Verbindung des Condensators mit dem Elektrometer kamen ziemlich gleichzeitig (1787) Volta und
Bennet
. Mit den Arbeiten
Coulomb’s
wurde das Capitel der statischen Elektricität für lange Zeit zum Abschlusse gebracht.
Charles Augustin de Coulomb
wurde am 14. Juni 1736 zu Angoulême geboren, trat in noch jugendlichem Alter in das Geniecorps ein und wurde dann nach Martinique commandirt, wo er das Fort Bourbon baute. Nach neunjährigem Aufenthalte daselbst kehrte er wieder nach Frankreich zurück und erhielt in Rochefort eine Anstellung; hier widmete er sich ausschließlich wissenschaftlichen Arbeiten, welche er in den Schriften der Pariser Akademie veröffentlichte. Zwei derselben, nämlich über die Erzeugung von Magnetnadeln und über die Theorie der einfachen Ma- schinen, wurden von der Akademie, die ihn im Jahre 1781 auch zu ihrem Mit- gliede wählte, mit Preisen ausgezeichnet. Im Jahre 1784 veröffentlichte er seine berühmten Untersuchungen über die Torsionskraft und Elasticität von Metalldrähten, eine Arbeit, die ihn dann auch zur Construction der
Torsionswage
führte, eines Instrumentes, welches seit dieser Zeit bei genauen Messungen schwacher elektrischer und magnetischer Kräfte nicht mehr außer Gebrauch gekommen ist. Beim Ausbruche der Revolution nahm er als Oberstlieutenant seinen Abschied vom Geniecorps und lebte auf einem kleinen Landhause bei Blois. Als nach der Revolution die früher aufgelöste Akademie unter dem Namen des Nationalinstitutes wieder hergestellt wurde, nahm er auch dort abermals seinen Platz ein und wurde im Jahre 1806 Generalaufseher des öffentlichen Unterrichtes; noch im selben Jahre, am 23. August, ereilte den bereits siebzigjährigen Greis in Paris der Tod.
Coulomb untersuchte mit der von ihm erfundenen Torsionswage die elektrische Anziehung, Abstoßung und Vertheilung mit einer Sorgfalt und Genauigkeit, daß diese Arbeiten heute noch als mustergiltig anerkannt werden müssen. Er bekannte sich zur dualistischen Anschauungsweise, also der Theorie Dufay’s, nahm an, daß die Elektricitätstheilchen jeder Art sich untereinander abstoßen, Theilchen beiderlei Art sich aber anziehen; er fand, daß diese Anziehungen und Abstoßungen im um- gekehrten Verhältnisse des Quadrates der Entfernungen geschehen, daß die Vertheilung der Elektricität auf einem Körper Folge der gegenseitigen Abstoßung der Elektricitäts- theilchen untereinander ist u. s. w.
Bevor wir uns nun den Entdeckungen Volta’s und Galvani’s zuwenden, welche die späteren Forscher in ganz neue Bahnen lenkten und zur Grundlage der gegenwärtigen, staunenerregenden Entwicklung der Elektricitätslehre und ihrer prak- tischen Anwendungen wurden, müssen wir noch einen Blick auf jene elektrischen Erscheinungen werfen, die in der animalischen Welt beobachtet werden können. Es sind dies die elektrischen Eigenschaften des Zitterrochen, Zitteraales und Zitterwels. Zwar erwähnt schon
R
é
aumur
im Jahre 1714 der Fähigkeit des Zitterrochens, erschütternde Schläge auszutheilen, schrieb aber diese nur der Muskelkraft des Schwanzes zu. Später, als Reisende von den kräftigen Schlägen berichteten, welche der Zitteraal zu führen im Stande sei, vermuthete man allerdings, diese Schläge mögen elektrischer Natur sein. Hiefür den experimentellen Nachweis zu bringen, gelang jedoch erst dem Engländer Dr.
John Walsh
im Jahre 1772. Er bediente sich zu seinen Experimenten des Zitterrochens und zeigte, daß der Fisch an der Ober- und Unterseite gleichzeitig berührt werden müsse, um von ihm den Schlag zu bekommen. Es wurden nun Versuche verschiedener Art ausgeführt, um die elek- trische Natur der Schläge nachzuweisen und um diese Erscheinung überhaupt auf- zuklären. Wir müssen jedoch gestehen, daß hierüber heute noch große Dunkelheit herrscht.
Gegen Ende des achtzehnten Jahrhundertes schien es fast, als ob die Kenntniß der elektrischen Erscheinungen für lange Zeit abgeschlossen sein sollte. Nichts deutete auf eine neue Entdeckung hin, nicht einmal die Richtung ließ sich erkennen, welche weitere Forschungen etwa verfolgen könnten. Da war es, wie so oft bei großen Entdeckungen und Erfindungen, wieder ein glücklicher Zufall, der dem menschlichen Forschungsgeiste neue Bahnen wies. Ein glücklicher Zufall! wie sehr wird dieses Wort mißbraucht! Ein zufällig vom Baume fallender Apfel ließ Newton die Gravi- tationsgesetze entdecken, ein zufälliges Zucken der Froschschenkel führte zur Entdeckung des Galvanismus, eine zufällige Versuchsanordnung ließ Oersted die Einwirkung des elektrischen Stromes auf die Magnetnadel erkennen u. s. w. Sind aber jene Entdeckungen deshalb wirklich nur glücklichen Zufällen zuzuschreiben? Und wie kommt es, daß solche glückliche Zufälle immer nur großen Männern, hervorragenden Forschern zustoßen? Sollte vor Newton’s Zeiten noch nie vor den Augen eines Menschen ein Apfel vom Baume gefallen sein? Oder
mußte
Galvani im Zucken der Froschschenkel in der Nähe einer in Thätigkeit befindlichen Elektrisir- maschine eine neue Erscheinung erblicken? So lange die Elektrisirmaschine zu dem Versuche angewandt wurde, war der Froschschenkel ja doch nichts Anderes als ein Elektroskop, welches durch seine Zuckungen den elektrischen Zustand anzeigte. Newton hatte sich zur Zeit des berühmten Apfelfalles (1666) vor der Pest aus Cambridge nach Woolsthorpe geflüchtet und gab sich dort ernsten und eifrigen Studien hin; lange vorher hatte er schon Ideen über die Gravitation gefaßt. Der fallende Apfel mag, wenn er nicht überhaupt in das Gebiet der Sage zu verweisen ist, vielleicht den äußerlichen Anlaß gegeben haben, bereits vorhandene und viel durchdachte Ideen in einer bestimmten Richtung zu verfolgen, ihm mehr zuzu- muthen, entbehrt jeder Wahrscheinlichkeit. Der Arzt Galvani war schon jahrelang bestrebt, das Räthsel der Lebenskraft seiner Lösung näher zu bringen, und dies sowie die geringen physikalischen Kenntnisse waren die Ursachen, welche Galvani veranlaßten, den Zuckungen der Froschschenkel mehr Aufmerksamkeit zu schenken, als dies ein Physiker damaliger Zeit wohl gethan haben würde. Auch Oersted’s Ent- deckung kam nicht unvermittelt; man hatte vielmehr schon früher mehr oder weniger gewagte Ansichten über die Beziehungen zwischen Magnetismus und Elektricität ausgesprochen. Man sieht also, daß in allen diesen Fällen nicht die zufällige Be- achtung selbst schon die Entdeckung bildete, sondern vielmehr nur den ersten Anstoß hierzu gab.
„Diese Zufälle,“ sagt Whewell in seiner Geschichte der inductiven Wissen- schaften, „wenn sie ja so genannt werden dürfen, sind viel angemessener dem Funken zu vergleichen, der ein geladenes und auf ein bestimmtes Ziel gerichtetes Feuer- gewehr entladet. Galvani’s Entdeckung mag allerdings mit mehr Recht als gewöhnlich dem Zufalle zugeschrieben werden, aber sie enthielt auch in der Form, in welcher sie zuerst mitgetheilt wurde, nichts wesentlich Neues. Erst als Galvani durch die bloße Berührung der beiden Metalle dieselben Bewegungen hervorbrachte, erst dann war er im Besitze einer für die Wissenschaft neuen, wichtigen und fundamentalen Thatsache.“
Luigi Aloisio Galvani
wurde am 9. September 1737 zu Bologna ge- boren, studirte zuerst Theologie und war nur mit Mühe vor dem Eintritte in ein Kloster zurückzuhalten. Später wandte er sich dem Studium der Medicin zu und wurde 1762 für diesen Wissenszweig Professor in Bologna. Aus dieser Zeit rühren auch einige beifällig aufgenommene Abhandlungen aus der Anatomie der Vögel her. Die Zeit der Revolution brachte für Galvani trübe Tage. Im Jahre 1796 erhielt Bonaparte das Commando der französischen Armeen in Italien und zwang den König von Sardinien zum Frieden sowie zur Abtretung Nizzas und Savoyens an Frankreich; auch Neapel mußte um Frieden bitten; aus Mantua, Mailand, Modena und einem Theile von Parma wurde im Jahre 1797 die cisalpinische Republik gebildet. Galvani weigerte sich nun, der republikanischen Regierung den Beamteneid zu leisten und verlor in Folge dessen seine Stelle. Als ihm diese später von der Republik wieder angetragen wurde, war seine Gesundheit bereits so zer- rüttet, daß er den Antrag nicht mehr annehmen konnte. Er starb in sehr dürftigen Verhältnissen am 4. December 1798 an der Abzehrung.
Obwohl man den Zeitpunkt jener Entdeckung, welche Galvani’s Unsterblich- keit sicherte, nicht mit absoluter Bestimmtheit feststellen kann, nimmt man doch mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit hiefür das Jahr 1790 an. Auch über die Art, wie die Entdeckung gemacht wurde, findet man voneinander abweichende Berichte. Whewell erzählt den Hergang in nachstehender Weise: „Galvani’s Frau wurde zur Wiederherstellung ihrer Gesundheit Froschsuppe verordnet, die Galvani selbst ihr zu bereiten pflegte. Zufällig lagen einige bereits abgehäutete Froschschenkel auf einem Tische neben einer Elektrisirmaschine. Ein Gehilfe berührte ebenso zufällig mit der Messerspitze einen dieser Schenkel, der sogleich in lebhafte Zuckungen ge- rieth. Die dabei gegenwärtige kranke Frau glaubte bemerkt zu haben, daß diese Zuckungen in demselben Augenblicke statthatten. als der Funke aus der elektrischen Maschine sprang. Sie berichtete es ihrem Manne, der sogleich den Versuch wieder- holte und weiter verfolgte. Er fand diese Zuckungen immer wiederkehren, so oft man der Elektrisirmaschine Funken entzog und zu gleicher Zeit den Frosch mit einem Leiter der Elektricität, z. B. mit einem Metalldrahte berührte.“ Der Antheil, welchen Galvani’s Gattin, Lucia, an der Entdeckung hatte, begeisterte sogar einen ungenannten Poeten zu einem Sonnet, welches Du Bois-Raymond in folgender Weise übersetzte:
An Signor Luigi Galvani.
Das holde Weib, das dir die Macht der Liebe,
Ihr Herz besiegt mit gold’nem Pfeil, verband,
Dann Tod mit seiner Sichel grausem Hiebe
Als Blume für des Himmels Zier entwandt;
Sie
war’s, nicht du, die neue Lebenstriebe
In hautentblößter Frösche Glieder fand,
Wenn hier der Nerven wunderbar Getriebe,
Dort funkensprüh’nden Leiter traf die Hand.
Wie flog die Treue einst, dir’s zu vertrauen,
Das Zauberwort, auf dessen Fittig nun
Dein
Name Meer und Alpen überschreitet!
Jetzt blickt sie nieder auf dein rühmlich Thun,
Des Glückes froh, das deinen Schritt geleitet.
O wär’s auch uns vergönnt, sie so zu schauen
Allerdings verdient das aufmerksame Beachten aller, auch scheinbar noch so unbedeutender Umstände, wie dies durch Galvani’s Gattin geschah, alle Anerkennung; ist dies doch eine unerläßliche Bedingung des Gelingens jeder experimentellen Forschung! Aber trotzdem hätte diese Beobachtung Lucia’s die Wissenschaft schwer- lich wesentlich bereichert, da der Versuch, so lange er in der oben angegebenen Weise ausgeführt wurde. keine neue Thatsache in sich schloß. So lange die Zuckungen des Froschschenkels nur gleichzeitig mit einem in dessen Nähe über- springenden elektrischen Funken auftraten, reichten zur Erklärung dieser Erscheinung die damals bekannten Thatsachen vollkommen aus. Zum Erfolge einer experimen- tellen Forschung genügt es eben nicht, blos jeden Umstand sorgfältig zu
beachten
, er muß auch nach allen Richtungen hin
weiter verfolgt
werden. Und dies hat auch Galvani in der That nicht unterlassen. So hing er z. B. einen frisch ent- häuteten Froschschenkel mittelst eines kupfernen Hakens an dem eisernen Geländer seiner Terrasse auf. Die Zuckungen traten auch bei dieser Anordnung ein, sobald die Schenkel mit dem Eisengitter in Berührung kamen. Dieser Versuch verliert dadurch nichts an seiner Wichtigkeit, daß bei Anstellung desselben von einer falschen Theorie ausgegangen wurde. Galvani hatte sich nämlich seine Versuche in der Art aus- gelegt, daß er in den Froschschenkeln gewissermaßen Kleist’sche Flaschen sah; die Muskeln sollten die äußere, der Nervenstrang die innere Belegung hierzu bilden. Die Verbindung des Nervs mit den Muskeln durch einen Draht würde dann die Entladung einleiten und so die Zuckungen der Schenkel veranlassen. Von dieser Ansicht geleitet, stellte er den letzten Versuch an, um zu erfahren, ob auch die atmosphärische Elektricität im Stande sei, seine Froschschenkel-Flasche zu laden. Wie bereits erwähnt, traten die Zuckungen wirklich ein, und zwar auch dann, wenn kein Gewitter am Himmel stand. Galvani’s Versuche und deren Auslegung erregten damals ungeheures Aufsehen, was um so begreiflicher ist, als man zu dieser Zeit eben bemüht war, die sogenannte Lebenskraft zu erforschen. Es entspann sich nun ein lebhafter wissenschaftlicher Kampf zwischen Galvani und seinen An- hängern einerseits, Volta und dessen Anhängern andererseits, ein Streit, der an Fruchtbarkeit für die Entwicklung unserer Wissenschaft wohl seinesgleichen nicht mehr aufzuweisen hat.
Alessandro Volta
, der weitaus hervorragendste Gegner Galvani’s, wurde am 18. Februar 1745 zu Como geboren. Er widmete sich schon von Jugend auf naturwissenschaftlichen Studien und veröffentlichte bereits in den Jahren 1769 bis 1771 Abhandlungen aus dem Gebiete der Elek- tricitätslehre, welche auch seinen Forscherruf begrün- deten. Er wurde im Jahre 1774 Professor der Physik und Rector des Gymna- siums zu Como. Sein her- vorragendes experimentelles Talent führte ihn, wie be- reits früher erwähnt, zur Erfindung des Elektrophors und des dann so wichtig gewordenen Condensators. Im Jahre 1779 wurde er als Professor an die Uni- versität in Padua berufen. Studien über die aus Sümpfen sich entwickeln- den Gasarten gaben den Anlaß zur Construction der elektrischen Pistole, des Endiometers und der Lampe mit brennbarer Luft (Gas- lampe). Im Jahre 1790 erhielt auch er Kunde von Galvani’s Versuchen, wie-
Fig. 7.
Aloisio Galvani.
derholte dieselben mit mannigfachen Abänderungen, gelangte aber zu einer prin- cipiell ganz verschiedenen Auslegung. Er machte hiervon, zum erstenmale im Jahre 1792, eine Mittheilung an die Royal Institution in London. Volta sah bei seinen und Galvani’s Versuchen als Ursache der Elektricitätserregung ausschließlich die Be- rührung zweier verschiedenen Metalle an und betrachtete den Froschschenkel nur als Leiter, der gleichzeitig als Elektroskop fungirt. Er nannte daher die auf neue Art erregte Elektricität
metallische
Elektricität, indeß Galvani, wie wir gesehen haben, gerade umgekehrt die Metalle nur als Leiter betrachtete und die Elektricitäts- erregung als eine ausschließlich
animalische
Function erklärte. Der Streit zwischen beiden Parteien wurde äußerst lebhaft fortgesetzt und man führte von beiden Seiten immer neue Experimente ins Feld, um die eine oder die andere Ansicht zu begründen. Es ist leicht zu begreifen, daß der Anatom Galvani und dessen An- hänger sich für den animalischen Ursprung der Elektricität erklärten, umsomehr als man ja auf diesem Wege die Lösung des Lebensräthsels zu finden hoffte. Selbst Volta neigte anfänglich zu Galvani’s Ansicht, aber bald führte ihn seine tiefere physikalische Einsicht zu der von ihm darauf verfochtenen Auslegung. Galvani’s Verdienst wird jedoch dadurch nicht verringert, denn gegenwärtig wissen wir ja, daß der Ursprung der Elektricität weder ausschließlich in den Froschschenkeln noch in den Metallen zu suchen ist, sondern die Quelle der Elektricität in beiden liegt und somit die Entdeckung eine doppelte war.
Während aber Galvani, an seiner Theorie festhaltend, zu keinen neuen That- sachen gelángte, vielmehr in Folge der traurigen Verhältnisse jener Zeit in Armuth
Fig. 8.
Alexander Volta.
und geistige Schwäche versank, eilte Volta von Entdeckung zu Ent- deckung und krönte schließlich seine uner- müdliche Thätigkeit mit der Erfindung der nach ihm benannten Säule. Ungleich glücklicher als Galvani, sah Volta den hohen Werth seiner Ent- deckungen und Erfin- dungen rasch und voll- kommen anerkannt und wurde mit Ehren und Würden überhäuft. Im Jahre 1800 theilte er der Royal Institution in London die Erfindung der Säule mit und im Jahre 1801 wurde er von Bonaparte nach Paris berufen. Hier führte er in Gegenwart des Consuls seine Ex- perimente der Akademie der Wissenschaften vor. Auf Antrag Bonaparte’s wurde zu Ehren Volta’s eine goldene Medaille geprägt und die Stiftung zweier Preise beschlossen, deren einer im Betrage von 60.000 Francs für Denjenigen bestimmt war, der Entdeckungen machen würde, die jenen von Franklin oder Volta gleichkämen, deren zweiter im Betrage von 3000 Francs jährlich für die beste in einem Jahre erschienene Arbeit aus dem Gebiete des Galvanismus ertheilt werden sollte. Volta selbst erhielt ein bedeutendes Geschenk, wurde Deputirter der Universität Pavia, Mitglied des französischen und italienischen Institutes, von Napoleon
I.
zum Senator Italiens ernannt und in den Grafenstand erhoben. Im Jahre 1804 legte er sein Lehramt nieder, nahm aber im Jahre 1815 die Ernennung zum Director der philosophischen Facultät an der Universität zu Padua durch Kaiser Franz an. Seine letzten Lebensjahre brachte er in seiner Vaterstadt Como zu und starb dort, 81 Jahre alt, am 6. März 1826. Die Größe und Bedeutung der Entdeckungen Volta’s und Galvani’s zeigen sich am besten, wenn man die weitere Entwicklung jenes Theiles der Elektricitätslehre verfolgt, welchen man heute unter dem Worte Galvanismus zusammenfaßt. Der elektrische Strom, der sich Galvani durch Zuckungen der Froschschenkel verrieth, jenes schwache Kind, welches Volta durch die Erfindung seiner Säule zum kräftigen Manne erzog, dient jetzt als Ideenvermittler zwischen den Bewohnern beider Hemisphären; er bewirkt den Ge- dankenaustausch von Menschen, und mögen Länder und Meere sie trennen, Hunderte von Meilen zwischen ihnen liegen, in wenigen Augenblicken. Hatten nun hierzu Galvani und Volta allerdings den Grund gelegt, so bedurfte es zur Vollendung des Gebäudes doch noch der Entdeckungen und Erfindungen, welche an die Namen
Oersted, Amp
è
re
und
Faraday
für ewige Zeiten geknüpft sind; es sind dies die Entdeckung der elektromagnetischen Wirkung, die Amp
è
re’sche Theorie und die Entdeckung der Induction.
Hans Christian Oersted
wurde am 14. August 1777 zu Rudkjöbing auf der dänischen Insel Langeland geboren, wo sein Vater eine Apotheke hielt Vom Jahre 1794 an widmete sich Oersted an der Universität zu Kopenhagen dem Studium der Medicin und wurde im Jahre 1799 zum Doctor der Philosophie promovirt. Nachdem er in den Jahren 1801 bis 1803 Frankreich, Deutschland und Holland bereist hatte, beschäftigte er sich eingehend mit chemischen und physikalischen Studien und wurde im Jahre 1806 zum Professor der Physik ernannt. In den Jahren 1813 und 1814 treffen wir ihn auf einer zweiten Reise nach Deutschland, auf welcher er während seines Aufenthaltes in Berlin eine Arbeit unter dem Titel: „Ansichten der chemischen Naturgesetze“ veröffentlichte. Diese Abhandlung wurde später unter Mithilfe von Marcel de Serres umgearbeitet und unter dem Titel:
„Recherches sur l’identité des forces électriques et ehimiques“
(Untersuchungen über die Identität der elektrischen und chemischen Kräfte) in französischer Sprache neuer- dings der Oeffentlichkeit übergeben. Dann besuchte er England und gründete nach seiner Rückkehr im Jahre 1824 in Kopenhagen die Gesellschaft für Ausbreitung der Naturlehre.
Fünf Jahre darauf übernahm er die Stelle des Directors am polytechnischen Institute. Seine glänzendste Entdeckung, nämlich die des Elektromagnetismus, machte er im Jahre 1819. Auch bei diesem wichtigen Fortschritte spielte der Zufall eine Rolle. Oersted soll mit einer galvanischen Batterie gearbeitet haben, während sich gleichzeitig in der Nähe der Leitungsdrähte eine Magnetnadel befand; so oft nun der Stromkreis im Leitungsdrahte geschlossen wurde, gerieth die Nadel in lebhafte Bewegung.
War nun auch diese Beobachtung eine rein zufällige und dieser Versuch nicht mit der Absicht angestellt, den Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektricität zu ergründen, so verringert dies jedoch keineswegs Oersted’s Verdienst. Oersted hatte, so berichtet Whewell, diesen Beziehungen eifriger und beharrlicher nachgespürt als irgend ein anderer Mann in Europa. Denn schon im Jahre 1807 hatte er eine Schrift bekannt gemacht, in welcher er gestand, „daß er schon seit längerer Zeit sich zu überzeugen suche, ob die Elektricität in ihrem verborgensten Zustande irgend eine Wirkung auf den Magnet habe“. Die Entdeckung ist deshalb nur die natürliche Folge seiner Arbeiten und Forschungen und der Zufall hierbei der Funke, der das geladene und auf das bestimmte Ziel gerichtete Gewehr in Thätig- keit setzte.
Seit 1824 war Oersted auswärtiges Mitglied der Pariser Akademie und starb als Geheimer Conferenzrath am 9. März 1851. Oersted besaß, was über- haupt bei großen Naturforschern nicht selten der Fall ist, auch eine hervorragende ästhetische Bildung, welche man wohl wahrscheinlich seinem Umgange mit Oehlen- schläger zuzuschreiben hat. So schrieb er z. B. über das Verhältniß der Natur- wissenschaften zur Dichtkunst und Religion, veröffentlichte Schriften über allge- mein menschliche Verhältnisse, Charaktere und Reden, Gedichte u. s. w.
Oersted’s Entdeckung zog die Aufmerksamkeit der Physiker im lebhaften Grade auf sich, und überall wurde sein Fundamentalversuch nachgemacht und studirt. Er kam zu sehr gelegener Zeit und brachte endlich Licht in eine Reihe von That-
Fig. 9.
Hans Christian Oersted.
sachen, die man bereits be- obachtet hatte und entweder gar nicht erklären konnte oder doch nur durch sehr gewagte Hypothesen. Zu diesen Beobachtungen ge- hören z. B. das mag- netische Verhalten von Eisenstangen, durch welche der Blitz gegangen war, und das Umpolarisiren der Magnetnadel. Die letztere Erscheinung namentlich hat ein nicht zu unterschätzen- des praktisches Interesse. Es waren nämlich wieder- holt Schiffe gescheitert oder doch ganz aus ihren Cours gerathen, einfach dadurch, daß während eines Ge- witters die Polarität ihrer Compaßnadel umgekehrt wurde, ohne daß dies die Schiffsleute während ihres Kampfes mit dem Sturme bemerkten. Das Schiff fuhr dann natürlich nach einer ganz anderen Richtung, als der Steuermann nach den Anzeigen der Magnetnadel glauben mußte.
Die vielfache Beschäftigung der Physiker mit Oersted’s Entdeckung brachte nicht nur die Bestätigung derselben, sondern auch mannigfache Erweiterungen des Versuches mit sich. Den hervorragendsten Antheil hieran nahm
Amp
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re. Andr
é
Marie Amp
è
re
, geboren am 22. Januar 1775 zu Lyon, zog schon als zwölf- jähriger Knabe durch seine ungewöhnlichen Kenntnisse aus der Mathematik und Geometrie die Aufmerksamkeit seines Lehrers auf sich. Dies setzte ihn bereits in diesem jugendlichen Alter in Stand, bei
Daburon
zu Lyon das Studium der höheren Mathematik zu pflegen. Leider wurden seine Studien in entsetzlicher Weise gestört, sein Vater erlitt den Tod durch die Guillotine. Dieses Ereigniß wirkte so heftig auf das zarte Gemüth des Jünglings, daß es seine geistige Thätigkeit voll- kommen lahmlegte und ihn in gänzliche Apathie versenkte. Die Lektüre von Rousseau’s botanischen Briefen soll ihn endlich aus dieser Lethargie erweckt haben. Nun warf er sich, wahrscheinlich durch Lavoisier’s Arbeiten angeregt, mit Feuereifer auf das Studium der Chemie und Physik und erhielt im Jahre 1801 für eben diese Gegenstände eine Professur in Bourg. Von hier kam er an das Lyceum zu Lyon und dann an die polytechnische Schule in Paris. Im Jahre 1814 ver- schafften ihm seine ausgezeichneten Arbeiten mathematischen Inhaltes die Mitglied- schaft der Pariser Akademie. Von dieser Zeit an beschäftigte sich Amp
è
re wieder mit Physik und lieferte eben jene Arbeiten aus dem Gebiete des Elektromagnetismus, wegen welcher er hier genannt werden muß. Im Jahre 1824 wurde er Professor der Experimentalphysik am
Collége de France
und starb auf einer Reise begriffen in Marseille am 10. Juni 1836.
Eine der Folgerungen, welche aus der Oersted’schen Beobachtung von Amp
è
re gezogen wurde, war die, daß auch die Erde wegen ihres magnetischen Verhaltens richtend auf einen vom Strome durchflossenen Leitungsdraht einwirken müsse. Nach längeren und anfangs resultatlosen Versuchen gelang es Amp
è
re in der That, für diese seine Behauptung den experimentellen Beweis beizubringen. Sein größtes Verdienst ist aber die Aufstellung der nach ihm benannten Am- p
è
re’schen Theorie über die elektrodynamischen Wirkungen. Als man sich Mühe gab, die elektromagnetischen Erscheinungen auf einfache Gesetze zurückzuführen, be- merkte man bald, daß die hier in Betracht kommenden Kräfte sich wesentlich anders verhalten als die bisher bekannten. Man sah z. B., daß der vom elek- trischen Strome durchflossene Draht nicht so sehr darnach strebe, die Magnetnadel zu sich heranzuziehen, sich näher zu bringen, als vielmehr dieser eine bestimmte
Richtung
zu geben; man hat es also hier nicht mit einer Kraft zu thun, die ähnlich wirkt wie die Schwerkraft, welche bekanntlich die Körper dem anziehenden Punkte näher zu bringen sucht, sondern mit einer nicht den Ort, sondern nur die Stellung des Körpers
richtenden
Kraft. Man drückte damals diesen Unter- schied dadurch aus, daß man die Bezeichnung
transverse
Kraft einführte.
Hier griff nun Amp
è
re klärend und sichtend ein, und zwar in einer Weise, wie sie selten zu verzeichnen ist: Nicht eine Erklärung einzelner Thatsachen, eine Theorie, die bei jedem neuen Experimente mannigfach abgeändert und zugefeilt werden mußte, die sich nach und nach erst zu einer gewissen Vollkommenheit ent- wickelte, gab Amp
è
re, sondern, die Thatsachen in ihrer Allgemeinheit umfassend, vollkommen ausgebildet, wie einst Pallas Athene dem Haupte des Donnerers, ent- sprang die Theorie seinem Geiste. Wenn man das Experiment betrachtet, in welchem sich eine Magnetnadel senkrecht zu dem Leitungsdrahte des elektrischen Stromes stellt, so könnte man für diese Erscheinung zweierlei Auslegungen annehmen. Die eine besteht darin, daß man sich den Draht aus transversalen Magneten, also aus Magneten, die mit ihrer Längsrichtung auf die Längsrichtung des Drahtes senk- recht stehen, zusammengesetzt denkt; die andere Auslegung ist gewissermaßen um- gekehrt: man denkt sich den Magnet gleichwerthig mit ihn transversal durch- fließenden elektrischen Strömen. Die zuletzt angeführte Auslegung gab Amp
è
re den Experimenten und bewies sogar, daß dies die einzig mögliche Auslegung sei, wollte man nicht bei Erklärung anderer Erscheinungen zu neuerlichen Hilfshypothesen seine Zuflucht nehmen. Wie glücklich er in der Aufstellung seiner Theorie war, erhellt daraus, daß diese nicht nur allen damals bekannten Thatsachen genügte, sondern auch zur Erklärung später angestellter Experimente vollkommen ausreichte.
Amp
è
re’s Theorie der
elektrodynamischen
Kräfte (wie er sie selbst be- nannte) wird uns späterhin noch eingehender beschäftigen; an dieser Stelle sollen nur noch einige Worte über deren Aufnahme unter den Fachgenossen gesagt werden. Die Gesetze der elektrodynamischen Kräfte erforderten noch eine genauere Bestimmung; diese war durch nicht ganz einfache Rechnungen unter Anwendung höherer Mathe- matik noch aufzufinden. Auch dies gelang Amp
è
re, und damit hatte sich wenigstens für ihn die Berechtigung seiner Theorie allerdings ausreichend dargethan. Sollte sie aber zu allgemeiner Anerkennung kommen, so mußten eben auch seine Zeitgenossen die gründlichen und scharfsinnigen Rechnungen nicht nur studiren, sondern auch
Fig. 10.
Amp
è
re.
vollkommen verstehen. Dieser Umstand einer- seits und andererseits das Bestreben, selbst eine Theorie zu finden, die den in Rede stehenden Erscheinungen Genüge leisten könnte, waren die Ursachen, warum Amp
è
re’s Theorie einige Zeit erforderte, bis sie zu allgemeiner Anerkennung gelangte. Wir hätten uns nun mit den Folgen zu beschäftigen, welche die Anerkennung und Ver- breitung der elektro- dynamischen Theorie mit sich brachte, müssen uns aber hier doch nur mit der Anführung der wichtigsten Thatsachen begnügen. Zu diesen gehört die Erfindung des Galvanometers — welches wir später noch kennen lernen werden — durch
Schweigger
in Halle, und die Entdeckung der Thermo-Elektricität durch Professor
Seebeck
in Berlin im Jahre 1822. Im Galvanometer bekam man ein Instrument, welches nicht nur die schwächsten elektrodynamischen Wirkungen anzeigte, sondern auch ge- stattete, diese durch Ablenkung der Magnetnadel genau zu messen. Durch die Ent- deckung der Thermo-Elektricität erhielten wir Kenntniß von einer neuen Elektricitäts- quelle, die in Zukunft vielleicht noch eine bedeutende Rolle zu spielen berufen ist.
Dem Physiker
Georg Simon Ohm
, geboren am 16. März 1787 zu Erlangen, gestorben als Professor an der Universität zu München am 7. Juli 1854, ist die Aufstellung der Theorie galvanischer Ketten zu verdanken. Die von ihm aufgefundenen Gesetze tragen seinen Namen, und an den
Arago’s
knüpft sich die Entdeckung des Rotations-Magnetismus.
Um die Geschichte der Elektricität zu vollenden, erübrigt uns noch zweier Männer zu gedenken, welche durch ihre Entdeckungen zwei der wichtigsten Grund- steine speciell für die
technische
Anwendung der Elektricität lieferten; es sind dies
Faraday
und
Davy
.
Michael Faraday
wurde am 22. September 1791 zu Newington Butts bei London geboren. Sein Vater, ein Hufschmied, gab ihn zu einem Buchbinder in die Lehre, wo Faraday bis zu seinem 22. Jahre blieb und mit großem Eifer jene Bücher las, die ihm zufällig in die Hand kamen; hierbei waren es namentlich physikalische und chemische Werke, welche sein Interesse besonders erregten. Später
Fig. 11.
Michael Faraday.
hörte er dann einen Cyklus jener öffentlichen Vorlesungen, welche Sir Humphry Davy an der Royal Institution hielt und arbeitete dieselben schriftlich aus. Durch Vorzeigung derselben zog er Davy’s Aufmerksamkeit auf sich und dieser nahm ihn zunächst (1813) als Gehilfen in sein Laboratorium;
Die Gründe, die ihn zu diesem Schritte bewogen, spricht nach Angabe Whewell’s Faraday selbst mit folgenden Worten aus: „Mein Wunsch war, den Handelsgeschäften zu entfliehen, die ich für verdorben und selbstisch hielt, und mein Verlangen, in den Dienst der Wissenschaft zu treten, die nach meiner Meinung ihre Verehrer liebenswürdig und edelmüthig macht, bewog mich zu dem kühnen Schritt, ohneweiters an Sir Humphry Davy zu schreiben.“
hier warf er sich mit allem Eifer auf das Studium der Chemie und Physik und wurde nach einiger Zeit Davy’s Secretär. Im Jahre 1827 erlangte er endlich die Stelle eines Professors der
Urbanitzky
: Elektricität. 3
Chemie an der Royal Institution in London und in den Jahren 1829 bis 1842 war er auch als Lehrer an der Akademie in Woolwich thätig. Er starb am 25. August 1867 zu Hamtoncourt.
Faraday, dem wir die elektrostatischen Gesetze, die Induction und den Dia- magnetismus verdanken, war überhaupt einer der größten Naturforscher, die je lebten. Es ist hier nicht der Ort, auf alle seine Entdeckungen und Erfindungen auch nur hinzuweisen, hier interessirt uns nur die Entdeckung der Induction. Welch enorme Tragweite dieser Entdeckung innewohnte, zeigt uns der gegenwärtige Stand der Elektrotechnik: Die Telegraphie, die Telephonie, die Mehrzahl der Regu- lirungsvorrichtungen unserer Bogenlampen, die elektrischen Maschinen ꝛc. beruhen darauf. Die Entdeckung der Induction war keine zufällige, sondern von langer Hand vorbereitet. Aus Amp
è
re’s Theorie schien bereits zu folgen, daß der Wirkung des elektrischen Stromes auf den Magnet auch eine Gegenwirkung des Magnetes auf den Leitungsdraht gegenüberstehen müsse, und wirklich suchte man auch mit allem Eifer diese Gegenwirkung zu finden, aber die in dieser Richtung angestellten Experimente blieben erfolglos. Faraday selbst suchte bereits im Jahre 1825 diese Gegenwirkung zu ergründen, aber auch er erreichte damals nicht das gewünschte Resultat. Es wurde bereits früher erwähnt, daß Arago, der sich gleichfalls mit derlei Experimenten befaßte, den Rotations-Magnetismus entdeckte; er fand, daß eine rasch rotirende Kupferscheibe eine darüber schwebende Magnetnadel veranlaßt, gleichfalls zu rotiren. Aber obgleich in diesem Experimente bereits die Induction mit eingeschlossen war, kam man wegen der Mannigfaltigkeit der hier in Betracht kommenden Thatsachen doch nicht auf die Induction. Im Jahre 1831 nahm endlich Faraday seine diesbezüglichen Versuche wieder auf und da gelang es ihm nach einer Reihe fruchtlos angestellter Versuche, endlich die gesuchte Gegenwirkung zu finden. Die Form war allerdings eine andere, als man erwartet hatte. Er fand, daß in dem Augenblicke, als der Stromkreis in einem Drahte geschlossen wurde, in dem benachbarten Drahte ein momentaner Strom auftritt. Doch genügte dieser Versuch, um Faraday in kürzester Zeit zur Erkennung sämmtlicher Inductions- Erscheinungen zu führen. Selbst die Induction durch den Erdmagnetismus blieb ihm nicht verborgen.
Die Folgen von den Entdeckungen Faraday’s zu besprechen, würde heißen, sich mit unserem gegenwärtigen Wissen beschäftigen; hier endigt also die Geschichte und beginnt die Lehre von der Elektricität nach dem gegenwärtigen Standpunkte unseres Wissens. Doch darf in Verfolgung dieser einen Richtung nicht die andere gleichfalls hochwichtige übersehen werden, nämlich die chemische Wirkung des elektrischen Stromes. Hierin wirkte Davy bahnbrechend.
Humphry Davy
wurde als Sohn eines Xylographen am 17. December 1778 zu Penzance in Cornwall geboren, besuchte dort die unteren Schulen, ohne in diesen gerade zu den vorzüglicheren Schülern zu gehören, und kam im Jahre 1795 zu dem Apotheker von Penzance in die Lehre. Hatte Davy frühzeitig große Liebe zur Dichtkunst gezeigt, so strebte er jetzt eifrig danach, durch Selbstunterricht sein Wissen zu vermehren; auch das Sprachstudium wurde lebhaft betrieben. Im Jahre 1798 errichtete Dr. Beddoe in Bristol eine pneumatische Curanstalt, in welcher er das Stickoxydul als Heilmittel benützte. In diese Anstalt kam nun Davy, um Beddoe in seinen Arbeiten’ zu unterstützen; Davy beschäftigte sich mit Unter- suchungen des Stickoxyduls und fand auch eine bequeme Darstellung desselben. Er schrieb, erst zwanzig Jahre alt, bereits einige Aufsätze für ein von Dr. Beddoe herausgegebenes Buch, welche günstige Aufnahme fanden. In Folge einer Empfeh- lung des Grafen Rumford bestellte man an der eben errichteten Royal Institution Davy als Professor der Chemie und er verstand es, sich in dieser Stellung rasch Anerkennung zu erwerben. Später hielt er auch Vorlesungen über Chemie in ihrer Anwendung auf die Bodencultur, wurde darauf Mitglied, später Secretär und endlich im Jahre 1820 Präsident der k. Societät. Im Jahre 1812 erhielt er die Ritterwürde, heiratete eine reiche Dame und unternahm dann häufig Reisen auf
Fig. 12.
Humphry Davy.
den Continent. Im Jahre 1827 zwang ihn ein Schlaganfall, seine Stellen nieder- zulegen, worauf er neuerdings auf den Continent ging, um seine angegriffene Gesundheit wieder herzustellen. Er hielt sich hierbei längere Zeit in Laibach auf oblag an den reizend gelegenen, fischreichen Weißenfelser Seen seiner Lieblings- beschäftigung, dem Fischfange, und schrieb seine „Salmonia“ oder „Angelfischtage“, in welchen er eine genaue Anleitung zum Fischen mit verschiedenen künstlichen Fliegen angab und hierbei häufig philosophische Gespräche zwischen Freunden mit einflocht; auch sein Buch „Trost auf Reisen“ rührt aus der Zeit der Wanderungen Davy’s in Europa her. Auf einer Reise nach Italien erkrankte er, fand in Laibach
3*
im Gasthause „zum schwarzen Adler“ freundliche Pflege durch die Tochter
Verfasser dieses Buches hat vor einigen Jahren mit der in Krain lebenden Nichte derselben gesprochen und bei dieser Gelegenheit einige Reliquien Davy’s gesehen, von welchen namentlich sein Stammbuch zu erwähnen ist.
des Wirthes und starb auf seiner Rückreise zu Genf am 30. Mai 1829.
Seine Arbeiten über die Einwirkung des elektrischen Stromes auf chemische Verbindungen begannen im Jahre 1806; es würde zu weit führen, sie alle hier aufzuzählen. Es seien nur erwähnt die Zerlegung der alkalischen Erden und somit die Entdeckung der Alkalimetalle, der Nachweis, daß Chlor ein einfacher Körper sei, daß die Zersetzung der Körper eine
polare
sei, d. h. die durch Zersetzung der Körper erhaltenen Elemente sich wie positive und negative Elektricität ver- halten u. s. w. Von besonderer Wichtigkeit ist namentlich die zuletzt angeführte Thatsache, da sie zur Aufstellung der elektrochemischen Theorie führte. Der Aus- gangspunkt zu diesen Arbeiten war allerdings schon gegeben durch die Entdeckung der Wasserzerlegung mit Hilfe des elektrischen Stromes durch
Nicholson
und
Carlisle
im Jahre 1800. Die Sache war jedoch noch durchaus nicht vollständig geklärt. Man nahm vielmehr an, daß alle jene Körper, welche durch elektrolytische Zerlegung des Wassers entstehen, durch die Elektricität selbst erzeugt würden, und erst Davy war es, der durch Anwendung vollkommen reinen Wassers und goldener Zersetzungsbecher nachwies, daß das Wasser nur aus Wasserstoff und Sauerstoff bestehe, und die bei früheren Versuchen außerdem noch gefundenen Körper nicht durch den elektrischen Strom erzeugt werden, sondern von Unreinigkeiten im Wasser oder von Bestandtheilen der angewandten Zersetzungsgefäße herrühren. Auf diese und andere Thatsachen gründete er seine Theorie. „Indem ich mich,“ schreibt er selbst in der betreffenden Abhandlung, „auf meine früheren Experimente von 1800, 1801 und 1802 und auf eine Menge von neuen Thatsachen beziehe, aus denen hervorgeht, daß brennbare Substanzen und Oxygen (Sauerstoff), Alkalien und Säuren, oxydirbare und edle Metalle, daß alle diese Körper in positiven und negativen elektrischen Relationen gegeneinander stehen, ziehe ich den Schluß, daß alle durch Elektricität bewirkten Combinationen und Zersetzungen sich auf das Gesetz der elektrischen Attraction und Repulsion beziehen, und so gelangte ich zu der Hypothese, daß chemische und elektrische Attraction durch dieselbe Ursache erzeugt werden, die in dem ersten Falle auf die Elemente, in dem anderen aber auf die ganzen Massen der Körper wirkt, und daß überdies dieselbe Eigenschaft, unter verschiedenen Modificationen, auch die Ursache von allen denjenigen Erscheinungen ist, die durch verschiedene Volta’sche Combinationen hervorgebracht werden.“ Diese Theorie erhielt eine bedeutende experimentelle Stütze, als Davy die bereits früher erwähnte Abscheidung des Kaliums und Natriums aus der Pottasche und Soda gelang.
So groß aber auch die Verdienste Davy’s in Bezug auf die Elektrochemie waren, wäre es doch ungerecht, die sehr zahlreichen und gründlichen Untersuchungen seines Schülers Faraday unerwähnt zu lassen, da diese es waren, welche Davy’s in großen, allgemeinen Zügen gegebene Darstellung erst in eine klare, exacte Form brachten. Die Bestrebungen jener Zeit theilt Whewell treffend in die drei Zweige: Theorie der Volta’schen Säule, elektrische Zersetzung und Identität der chemischen
n
nd elektrischen Kräfte. Es würde uns zu weit führen, auf alle diesbezüglichen Arbeiten einzugehen und so mag nur noch Einiges erwähnt werden. Davy sah als Ursache der elektrolytischen Zersetzung die Anziehungskraft der Batteriepole an; erst Faraday sprach die Ansicht aus, daß in dem elektrolytischen Körper die Elemente desselben sich in einander entgegengesetzten Richtungen bewegen und daß die Pole nur die
Auswege
für die verschiedenen Elemente bilden. Er gab daher auch die Bezeichnung „Pole“ auf und führte dafür den Namen „Elektroden“ ein. Auch die Ausdrücke Kathode für die negative und Annode für die positive Elektrode rühren von ihm her. Faraday begnügte sich aber nicht mit der bloßen Feststellung der Thatsachen, er gab auch die Methode zur genauen Messung der elektrolytischen Wirkung an. Das Instrument, welches er zu diesem Zwecke erfand, ist das Volta- elektrometer oder Voltameter, wie es jetzt gewöhnlich kurzweg genannt wird. Die Quantität des zersetzten Wassers bildet hierbei den Maßstab. Durch dieses Instrument gelang ihm auch die Entdeckung des elektrolytischen Grundgesetzes: Die Elektrolyse eines bestimmten Stoffes ist der Stromstärke proportional und verschiedene Körper werden durch denselben Strom im Verhältnisse ihrer Atomgewichte zerlegt.
Dieses Gesetz wurde im Jahre 1853 entdeckt und somit sind wir auch mit der Geschichte der Elektricität bei der Gegenwart angelangt. Die Schilderung des gegenwärtigen Standes unserer Kenntnisse aus den Gebieten des Magnetismus und der Elektricität ist Aufgabe der nächsten Abschnitte.
II.
Magnetismus.
Grunderscheinungen.
In der Natur kommt ein Erz vor, welches den Mineralogen unter dem Namen Magneteisenstein bekannt ist; dieser besitzt die Eigenschaft, Eisenstücke an- zuziehen und festzuhalten. Der Physiker nennt dieses Erz einen
natürlichen Magnet
. Läßt man an Stelle eines Eisenstückes ein Stück Stahl mit einem solchen natürlichen Magnete einige Zeit in Berührung oder, was noch besser ist, streicht man einen Stahlstab mit einem natürlichen Magnete, so bekommt der Stahlstab dauernd die Eigenschaft, Eisen anzuziehen, und man erhält also in dieser Weise einen
künstlichen Magnet
. Der natürliche Magnet verliert hierbei nichts an seiner Kraft. In dieser Art wurden ursprünglich die Compaßnadeln magnetisirt; gegen- wärtig besitzt man aber in der magnetisirenden Wirkung des elektrischen Stromes ein bequemeres Mittel zur Herstellung kräftiger Magnete.
Die magnetischen Grunderscheinungen lassen sich durch einige einfache Experi- mente zeigen. Eine an einem ungedrehten Seidenfaden befestigte Eisenkugel (Fig. 13) ist an einem entsprechenden Gestelle aufgehängt. Nähert man derselben einen Magnetstab, so zieht dieser die Kugel an und hält sie fest. Ersetzt man die Eisen- kugel durch eine aus anderen Stoffen geformte Kugel, so übt der Magnet auf diese keine Wirkung aus. Wird der Magnetstab an Stelle der Kugel aufgehängt, und nähert man diesem ein Stück Eisen, so bewegt sich der Magnet gegen das Eisen. Aus diesen Experimenten folgt also, daß Eisen und Magnet sich gegenseitig anziehen, daß aber andere Körper von einem gewöhnlichen Magnete nicht beeinflußt werden und auch jene auf diesen keine Einwirkung zeigen. Sämmtliche Erscheinungen bleiben ungeändert, wenn man zwischen Magnet und Körper Glas-, Holz- oder Papierscheiben bringt; sie werden aber abgeschwächt durch eine Eisenplatte.
Nähert man der aufgehängten Eisenkugel verschiedene Stellen des Magnetstabes, so findet man bald, daß die Anziehungskraft des Stabes nicht an allen Stellen dieselbe ist. Während die beiden Enden schon in beträchtlicher Entfernung ihre Anziehungskraft auf die Eisenkugel geltend machen, muß man die gegen die Mitte des Stabes zu liegenden Stellen desto näher der Kugel bringen, um noch eine Wirkung zu erhalten, je näher diese Stellen der Mitte liegen; ja in der Mitte selbst beobachtet man gar keine Anziehung mehr. Diese Vertheilung der magne- tischen Kraft im Stabe läßt sich auch in der Weise zeigen, daß man den Stab in Eisenfeile legt; dann häufen sich an seinen beiden Enden die Feilspäne an, während
Fig. 13.
Magnetisches Pendel.
die Mitte frei bleibt und der herausgehobene Stahl ge- winnt das in Fig. 14 ange- deutete Aussehen. Jene beiden Stellen stärkster Anziehungs- kraft nennt man die
Pole
des Magnetes, die Stelle
mm
' die
Indifferenzzone
.
Bisher wurde nur da- von gesprochen, ob und in welcher Weise Körper durch einen Magnet angezogen wer- den; giebt es nicht vielleicht auch Körper, welche nicht un- beeinflußt von einem Magnete bleiben, gleichwohl aber nicht angezogen, sondern von beiden Polen abgestoßen werden? Die Antwort auf diese Frage lautet bejahend. Bei Anwendung sehr kräftiger Magnete stellt sich sogar heraus, daß diese auf die meisten Körper einwirken, und zwar entweder in der Weise, daß beide Pole eines Magnetes den Körper anziehen oder daß beide Pole den Körper abstoßen; zu den Körpern der ersten Art, welche man als
para-
Fig. 14.
Magnetische Eisenfeile.
magnetisch
bezeichnet, zählen das Eisen in seinen verschiedenen Arten (Gußeisen, Schmiede- eisen, Stahl), dann Kobalt, Nickel, wahrscheinlich auch Chrom und Mangan. Körper der zweiten Art werden als
diamagnetische
bezeichnet und unter diesen zeigt das Wismuth die in Rede stehende Eigenschaft am deutlichsten. Das früher geschilderte Experiment, in welchem der Magnetstab aufgehängt war, ermöglicht aber noch andere Beobachtungen. Man bemerkt nämlich, daß jeder in seiner Mitte frei beweglich auf- gehängte Stab, sobald er ausgeschwungen hat, immer wieder dieselbe Stellung einnimmt, d. h. daß er sich mit seiner Längsaxe nahezu in die Richtung Süd-Nord einstellt; jenen Pol, welcher gegen den Nordpol der Erde weist, nennt man Nordpol und den nach Süden zeigenden den Südpol des Stabes. Wir sagten, der Magnetstab stelle sich
nahezu
in die Nord-Süd-Richtung; bei genauen Messungen fand man eben, daß die Richtung, nach welcher der Stab weist, von der genauen Nord- Süd-Richtung um eine bestimmte Anzahl Grade abweicht; man nennt den Winkel, welchen der
magnetische Meridian
(d. h. die durch die Längsaxe des Magnet- stabes gelegte Verticalebene) mit dem Erdmeridiane bildet, die
Declination
. Der frei beweglich aufgehängte Stab stellt sich aber nicht in horizontaler Ebene in die angegebene Richtung, sondern schließt viel- mehr auch mit dieser einen bestimmten Winkel ein, den man als die
Inclina- tion
des Magnetstabes bezeichnet. In unseren Gegenden neigt sich hierbei das Nordende des Stabes nach abwärts. Declination und Inclination sind mit Ort und Zeit veränderlich. Gegenwärtig be- trägt z. B. für Wien die Declination 10° (westlich) und die Inclination 63°, für Berlin hingegen die erstere 12°, die letztere 67°. Dabei ist die Declination in ganz Europa, Afrika und dem atlantischen Ocean
Fig. 15.
Declinationsnadel.
eine westliche, d. h. der Magnetstab oder die „Magnetnadel“ weicht von der genauen Nord-Süd-Richtung nach Westen ab, und in Amerika, dem großen Ocean und Asien eine östliche. Ferner neigt sich in der nördlichen Erdhälfte der Nordpol nach abwärts, auf der Südhälfte hingegen der Südpol.
Es wurde früher der Ausdruck „Magnetnadel“ gebraucht; diese Bezeich- nung wendet man für verschiedene Formen stabförmiger Magnete an, welche um den Mittelpunkt ihrer Längsaxen leicht beweg- lich sind. Die gewöhnliche Form, die einer solchen Nadel gegeben wird, ist die einer langgezogenen Raute, wie dies die Fig. 15 und 16 zeigen. Die Nordhälfte der Nadel läßt man, um sie leicht kenntlich zu machen, blau anlaufen. Die Declinationsnadel trägt in ihrer Mitte bei
a
ein kleines Hütchen, mit welchem sie sich auf der am Fußbrette
b
befestigten Stahlspitze dreht. Die Inclina- tionsnadel dreht sich in einer Gabel um eine horizontale Axe.
Die wichtigen Anwendungen, welche man von der Richtkraft der Magnetnadel durch die Bussole
Bussole ist richtiger als Boussole, da das Wort nicht französischen Ursprunges ist, sondern nach Klaproth aus dem arabischen
Muassala
= Pfeil abgeleitet ist, welches Wort
Mo—ussala
ausgesprochen wird.
und den Compaß
Fig. 16.
Inclinationsnadel.
macht, wurden bereits in der geschichtlichen Einleitung erwähnt. Fig. 17 stellt eine Bussole dar. Die Magnetnadel schwebt mit ihrem Hütchen auf einer Stahl- spitze und ist zu ihrem Schutze in ein Messinggehäuse mit Glasplatte ein- geschlossen. In diesem Gehäuse ist ein getheilter Kreis angebracht und sind die Weltrichtungen durch die Buchstaben
N S
und
O W
bezeichnet. In die Kapsel ragt ferner ein um
c
drehbarer Hebel
a b
hinein, durch dessen Hinabdrücken bei
d
die Nadel gegen den Glasdeckel angedrückt und in dieser Art arretirt werden kann. Der in der Schifffahrt in Verwendung kommende Compaß weicht von der eben angegebenen Einrichtung etwas ab. Er besitzt an Stelle der Kreistheilung die sogenannte Windrose, d. h. es sind 32 Weltgegenden verzeichnet. Die Windrose ist derart befestigt, daß sie an der Drehung der Magnetnadel theilnimmt. Der Steuermann erkennt, ob er die gewünschte Richtung einhält, daran, daß der betreffende Strahl der Windrose mit zwei Kreidestrichen, die er sich am Compaß- gehäuse gemacht hat, in eine Gerade fällt. Bei Anwendung des Compasses auf Schiffen muß die Einwirkung der Eisenmassen der letzteren entweder durch Rech-
Fig. 17.
Bussole.
nung bestimmt oder durch Anbrin- gung entgegenwirkender Eisenstücke beim Compaß aufgehoben werden. Auch muß man wegen der oft be- deutenden Schwankungen des Schiffes für eine Aufhängung der Nadel sorgen, die dieser gestattet, stets in einer horizontalen Ebene zu schwin- gen. Dies wird durch die sogenannte Cardan’sche Aufhängung erreicht, d. h. dadurch, daß man der Compaß- büchse die Drehung um drei auf- einander senkrechte Axen ermöglicht und durch Beschweren des unteren Theiles der Büchse mit Blei sie zwingt, die Drehungen immer so auszuführen, daß die Magnetnadel in einer Horizontalebene schwingt.
Wirkung zweier Magnete aufeinander.
Es wurde gesagt, daß ein Magnet die Eigenschaft besitze, Eisen anzuziehen, und daß die Kraft, mit welcher er letzteres anzieht, am stärksten an beiden Polen ist, gegen die Indifferenzzone zu fortwährend abnimmt und endlich in dieser selbst gleich der Null wird. Hierbei ergab sich kein Unterschied der Wirkungen des Nord- und Südpoles. Daß ein solcher aber vorhanden sein muß, zeigt schon das Ver- halten einer frei beweglichen Magnetnadel; diese stellt sich, wie wir bereits wissen, nie mit dem Südpole gegen Norden oder mit dem Nordpole gegen Süden, sondern weist, sich selbst überlassen, stets mit dem Nordpole nach Norden und mit dem Südpole nach Süden. Daraus folgt einerseits, daß Nord- und Südpol verschieden- artig wirken müssen, und andererseits, da sämmtliche Nadeln an allen Punkten der Erde nach einem nördlichen und einem südlichen Punkt der letzteren zeigen, daß auch die Erde einen magnetischen Nord- und einen magnetischen Südpol besitzen müsse. Letzteres wurde auch in der That durch vielfache Beobachtungen an den verschiedensten Punkten der Erde nachgewiesen und zugleich fand man, daß die magne- tischen Pole der Erde nicht mit ihren geographischen Polen zusammenfallen.
Die Verschiedenheit in der Wirksamkeit der beiden Pole eines Magnetes kann aber auch dadurch gezeigt werden, daß man die Einwirkung zweier Magnete aufeinander untersucht. Man kann diese Untersuchung in einfachster Art dadurch ausführen, daß man zwei Declinationsnadeln nebeneinander stellt. So oft dieser Versuch angestellt wird, bemerkt man, daß sich die beiden Nadeln so stellen, daß sie sich ihre ungleichnamigen Pole zukehren; man sieht auch, daß der Nordpol der einen Nadel jenen der zweiten Nadel abstößt und daß der Südpol der einen Nadel sich ebenso zu dem Südpole der anderen Nadel verhält. Führt man eine Decli- nationsnadel an einem Magnetstabe seiner Länge nach vorbei, so beobachtet man folgendes Verhalten der ersteren: Am Südpole des Stabes stellt sich die Magnet- nadel so, daß ihr Nordpol dem Südpole des Stabes so nahe als möglich kommt, was sie durch eine gegen die Axe des Magnetes senkrechte Stellung erreicht; der Südpol des Stabes zieht also den Nordpol der Nadel an. Dieses Verhalten ändert sich, wenn die Nadel gegen die Mitte des Stabes zu bewegt wird, nur insoferne, als die Kraft der Anziehung abnimmt und die senkrechte Stellung der Nadel in eine parallele übergeht. Nähert man die Nadel, über die Mitte des Stabes hinausgehend, dem Nordpole des Stabes, so richtet die Nadel ihren Südpol gegen den Nordpol des Magnetes und diese Richtungskraft gewinnt desto mehr an Stärke, je näher die Nadel dem Nordpole des Stabes kommt, wo sie sich nun abermals senkrecht gegen den Stab stellt, aber jetzt diesem ihr Südende zukehrt.
Aus dem Versuche mit zwei Magnetnadeln folgt das Grundgesetz:
Gleich- namige Magnetpole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an
, und dieses lautet auf Grund des Versuches mit dem Stabe in umfassenderer Ausdrucks- weise: Gleichnamige Magnetismen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
Dieses Verhalten der Magnete giebt uns ein Mittel an die Hand, den magnetischen Zustand eines Eisenstückes zu prüfen. Man nähert dasselbe dem Nordpol und dann dem Südpol eines Magnetes. Zieht das Eisenstück beide Pole an, so ist es natürlich unmagnetisch; zieht es den Nordpol an und stößt den Südpol zurück, so ist es an dieser Stelle südmagnetisch. Verhält es sich umgekehrt gegen die beiden Pole, so ist es nordmagnetisch.
Magnetische Vertheilung oder Influenz.
Verfolgt und ergänzt man das anfänglich angegebene Experiment, ein Stück Eisen einem Magnete zu nähern, so gelangt man zu der Ueberzeugung, daß das Eisenstück nicht blos
angezogen
wird, sondern sich
selbst
in einen
Magnet
verwandelt, denn es ist nun selbst wieder im Stande, ein zweites Eisenstück an- zuziehen, dieses ein drittes u. s. w., nur übt jedes neu hinzugebrachte eine geringere Anziehungskraft aus, als das vorhergehende. Sämmtliche Eisenstücke fallen aber so- fort auseinander, wenn der Magnet entfernt wird; sie waren also nur so lange magnetisch, als das erste Stück der Kette mit dem Magnete in Verbindung stand. Befestigt man einen Eisenstab über einer mit Eisenfeile bestreuten Fläche, so üben Stab und Feile keinerlei Einwirkung aufeinander aus. Nähert man aber dem Eisen- stabe von oben her einen Magnet, so werden die Feilspäne von dem Stabe sofort angezogen, auch wenn der Magnet denselben nicht berührt; ja der Eisenstab zieht die Späne selbst dann noch an, wenn man zwischen Magnet und Stab eine Platte aus Glas, Holz, Pappe oder dergleichen einschiebt. Die Feilspäne fallen aber sofort ab, wenn der Magnet vom Eisenstabe entfernt wird. Untersucht man den letzteren, so lange der Magnet sich über ihm befindet, mit Hilfe einer Declinationsnadel auf seinen magnetischen Zustand, so findet man, daß jenes Ende des Stabes, welches dem Nordpole des Magnetes, wenn beispielsweise dieser dem Stabe genähert wurde, sich am nächsten befindet, einen Südmagnetismus besitzt, während das von ihm abgewandte Stabende Nordmagnetismus zeigt. Der Stab ist also durch die bloße Annäherung eines Magnetes gleichfalls zum Magnete geworden und erhält sich als solcher so lange, als der ursprüngliche Magnet in seiner Nähe bleibt. Bei allen diesen Versuchen verliert der letztere nichts an seiner Kraft.
Aus diesen Experimenten folgt, daß das einem Magnete genäherte Eisenstück nicht in der Weise magnetisch wird, daß der Magnet einen Theil seines Magne- tismus abgiebt oder eine Art magnetischen Fluidums in das Eisenstück überströmt, sondern daß letzteres durch eine vom Magnete ausgeübte
Vertheilungs- oder Influenzwirkung
ebenfalls zum Magnete wird. Das Ueberströmen eines Fluidums ist unmöglich, denn dann müßte: 1. die zwischen Magnet und Eisen- stab befindliche Platte aus Glas, Holz ꝛc. wenigstens zur Zeit des Ueber- strömens selbst ein magnetisches Verhalten zeigen, was thatsächlich nicht der Fall ist; 2. das Eisenstück dürfte nur einerlei Magnetismus zeigen, und zwar derselben Art als jener Magnetpol, welcher ihm genähert wurde oder ihn be- rührte, was ebenfalls nicht der Fall ist; 3. der ursprüngliche Magnet müßte bei jedem Versuche an magnetischer Kraft verlieren und andererseits das Eisen- stück auch dann noch Magnetismus zeigen, wenn es von dem Magnete ent- fernt wird.
Wie hat man sich also die bisher geschilderten Erscheinungen zu erklären?
Man denkt sich in jedem Eisenkörper beide Arten von Magnetismus vor- handen, und zwar an jeder Stelle des Körpers in gleicher Menge; die beiden gleich großen, aber entgegengesetzten Magnetismen heben sich dann in ihren Wir- kungen gegenseitig auf und der Eisenkörper erscheint bei seiner Prüfung als unmagnetisch.
Daß gleich starke, aber entgegengesetzte Magnetismen sich gegenseitig aufheben, kann leicht durch folgenden Versuch gezeigt werden: Läßt man durch einen Magnet ein Stück Eisen anziehen und legt dann auf diesen Magnet einen genau gleich starken zweiten Magnet, jedoch derart, daß sich die entgegengesetzten Pole der beiden Magnete decken, so fällt das Eisenstück sofort ab und die Magnete zeigen keine Anziehungskraft mehr, so lange man sie nicht von- einander trennt.
Nähert man nun einen solchen Eisenkörper einem Magnet oder bringt diesen mit ersterem in Berührung, so werden die beiden im Eisenkörper vorhandenen Magnetismen getrennt; hierbei sucht der dem genäherten Magnetpole entgegengesetzte Magnetismus diesem Pole möglichst nahe zu kommen, der gleiche Magnetismus aber sich möglichst weit zu entfernen. Aus dem Eisenstücke entsteht daher ein Magnet, der dem genäherten Magnetpole den ungleichnamigen Pol zukehrt und am entfernten Ende einen gleichnamigen Pol besitzt, wie dies die Fig. 18 für das Zusammenbringen eines Eisenstückes
a b
mit dem Nordpole eines Magnetes
N S
zeigt. Werden Magnet und Eisen wieder auseinandergebracht, so vereinigen sich die beiden Magnetismen im Eisenstücke neuerdings and machen selbes unmagnetisch, wie es vor dem Versuche war. Hiermit ist nun auch die magnetische Anziehung überhaupt erklärt; sie stellt sich dar als eine Anziehung zweier einander entgegengesetzter Magnetpole. Aber auch das Anhäufen der Eisen- feile in voneinander divergirenden Strahlen (Fig. 14) und das Aussehen der magnetischen Curven, in welche ein hufeisenförmig gebogener Eisenstab die Eisen- feile um beide Pole herumlagert, erklärt sich hieraus. Man erhält diese magnetischen Curven oder Kraftlinien (Fig. 20), wenn man ein Blatt Papier mit Eisenfeile bestreut und über den Polen eines Hufeisenmagnetes leise schüttelt. Die Feilspäne reihen sich dann in solchen Curven an, wie sie die Figur zeigt. Warum die Bogen hier und die Strahlen beim stabförmigen Magnete voneinander divergiren, zeigt nachstehender Versuch. In Fig. 19 hängen zwei Eisenstäbchen an je einem seidenen Faden; nähert man nun diesen Stäbchen z. B. den
Fig. 18.
Magnetische Induction.
Nordpol eines Magnetes, so werden nach Obigem auch die Stäbchen zu Magneten. Beide Stäbchen werden ihre Südpole an den unteren, ihre Nordpole an den oberen Enden haben. Da sich nun aber gleichnamige Pole abstoßen, so müssen die an den Seidenfäden hängenden Magnetstäb- chen divergiren. Die einzelnen Eisenfeilspäne in den magnetischen Curven sind aber nichts Anderes als lauter an- einandergereihte kleine Eisenstäbchen und diese werden durch die Ein- wirkung des Magnetes gleichfalls zu Magneten, gerade so wie die Stäb- chen des magnetischen Doppelpendels; es müssen sich folglich auch die magnetischen Curven gerade so wie die Stäbchen des Pen- dels abstoßen, d. h. also divergiren, wie es die Fig. 14 und 20 zeigen.
Fig. 19.
Magnetisches Doppelpendel.
Auch die Indifferenzzone findet durch das oben angegebene Verhalten beider Magnetismen ihre Erklärung. Nähert man z. B. den Südpol eines Magnetes einem Eisenstabe, so zieht dieser Südpol den Nordmagnetismus des Stabes in das dem Südpole zugewandte Ende und stößt den Südmagnetismus in das abgewandte, vom Südpole am weitesten entfernte Ende des Stabes. In der Mitte des letzteren, wo beide Magnetismen zusammentreffen, ziehen sie sich, weil entgegengesetzt, an und heben ihre Wirkung nach außen hin auf; der Stab erscheint daher in seiner Mitte unmagnetisch.
In der historischen Einleitung wurde auch mitgetheilt, daß aufrechtstehende Eisenstangen (z. B. eines Eisengitters) magnetisch werden, und zwar in unseren Breiten in der Art, daß ihr unteres Ende Nordmagnetismus, ihr oberes Ende Südmagnetismus zeigt. Der Südmagnetismus der nördlichen Erdhälfte zieht eben den Nordmagnetismus in der Eisenstange an und führt ihn in ihr unteres Ende, während er den Südmagnetismus der Stange in deren oberes Ende treibt. Wir sagten „der Südmagnetismus der nördlichen Erdhälfte“; die
nördliche
Erd- hälfte muß als
südmagnetisch
bezeichnet werden, da wir jenen Pol der Decli- nationsnadel Nordpol genannt haben, der nach Norden zeigt. Richtiger wäre es allerdings gewesen, vom Magnetismus der Erde auszugehen und jenen Magnetismus, welcher an der nördlichen Erdhälfte herrscht, nördlichen Magnetis- mus zu nennen und in Folge dessen den nach Norden zeigenden Pol der Decli- nationsnadel als Südpol zu bezeichnen. Da nun aber einmal das Umgekehrte gebräuchlich ist, so wollen wir auch fernerhin diese Bezeichnung beibehalten.
Es ist noch die Frage zu beantworten, ob bei Annäherung eines Magnetes an ein Eisenstück die vertheilende Einwirkung auf dessen Magnetismen immer
Fig. 20.
Magnetische Curven.
in derselben Art erfolgt, gleich- viel von welcher Beschaffenheit das Eisen auch sei. Hierüber ertheilen uns entsprechend an- gestellte Experimente folgenden Aufschluß: Im weichen Schmiede- eisen gelingt die Trennung beider in ihm vorhandenen Magnetis- men leicht und schnell; es wird durch Einwirkung eines Magnetes rasch selbst ein Magnet, verliert aber ebenso schnell und vollstän- dig wieder seinen Magnetismus, wenn der die Vertheilung bewir- kende Magnet entfernt wird; die getrennt gewesenen Magnetismen vereinigen sich eben rasch wieder miteinander. Man sagt, im Schmiedeeisen entsteht
temporärer
Magnetismus. Härteres Eisen oder Stahl wird schwieriger und langsamer zum Magnete. Sind aber einmal die beiden Magnetismen eines Stahlstückes voneinander getrennt, so werden sie sich nach Entfernung des ursprünglich wirkenden Magnetes nicht mehr so leicht wieder vereinigen, d. h. das Stahlstück bleibt auch nachher magnetisch oder ist
permanent
magnetisch. In früherer Zeit war man der Ansicht, daß jener Einwirkung eines Magnetes auf das Eisen, durch welche letzteres selbst magnetisch wird, eine besondere dem Eisen innewohnende Kraft entgegenwirke, und nannte diese
Co
ë
rcitivkraft
. Man sagte deshalb, das Schmiedeeisen besitze eine geringe und der Stahl eine große Co
ë
rcitivkraft.
Constitution der Magnete.
Während die magnetische Anziehung und Abstoßung durch Annahme zweier Fluida noch ganz gut erklärt werden konnten, ergab sich uns schon bei der In- fluenz die Unmöglichkeit dieser Annahme. Nun aber werden wir eine Thatsache kennen lernen, die uns einen Fingerzeig giebt, wie wir über die Constitution der Magnete zu denken haben.
Bricht man nämlich einen dünnen, langen Magnetstab (etwa von der Form einer Stricknadel), der an einem Ende einen Südpol, an dem entgegengesetzten Ende einen Nordpol besitzt, in der Mitte, also in der Indifferenzzone, entzwei, so ent- hält nicht, wie man nach der Annahme zweier magnetischer Fluida erwarten müßte, die eine Hälfte des Stabes ausschließlich Nordmagnetismus und die andere Hälfte Südmagnetismus, sondern man bekommt zwei Magnete, deren jeder beiderlei Pole besitzt. Die Vertheilung der letzteren in jedem Bruchstücke ist derart, daß die ursprünglichen Enden des Stabes ihre anfängliche Polarität behalten, an der Bruch- stelle, der ursprünglichen Indifferenzzone, hingegen neue Pole in der Weise ent- stehen, daß die Bruchflächen zu einander entgegengesetzten Polen werden. Man kann nun jedes dieser Bruchstücke wieder entzweibrechen und erhält dann vier einzelne Magnete, überhaupt den Magnet in noch so viele und daher kleine Stücke zer- theilen, so wird doch jedes Stück immer wieder einen vollständigen Magnet bilden. Die Anordnung der Pole in diesen kleinen Elementarmagneten ist immer derart.
Fig. 21.
Constitution der Magnete.
daß sämmtliche Nordpole gegen den Nordpol des ursprünglichen ungetheilten Magnetes, sämmtliche Südpole nach dem Südpole des ungetheilten Magnetes gerichtet sind. Fig. 21 veranschaulicht dies. Wir ersehen daraus, daß ein Magnet thatsächlich aus lauter kleinen Theilchen oder Molekülen besteht, deren jedes einen Nord- und einen Südpol besitzt, und daß im Magnete alle seine magnetischen Moleküle derart gerichtet sind, daß sie ihre Nordpole nach der einen, ihre Südpole nach der entgegengesetzten Richtung kehren.
Auf Grund dieser Constitution der Magnete fällt es nicht schwer, die ver- schiedenen magnetischen Erscheinungen zu erklären. Betrachten wir z. B. die An- ziehung. Nähert man etwa dem Südpole eines Magnetes ein Stück Eisen, so kehren sämmtliche magnetischen Moleküle des Magnetes ihre Südpole dem Eisen- stücke zu; folglich sind deren Südpole dem Eisenstücke näher, als ihre Nordpole und die Einwirkung der Südpole muß überwiegen. Im Eisenstücke werden nun die vorher vollkommen durcheinanderliegenden und daher nach außen unwirksamen magnetischen Moleküle derart gerichtet, daß sie alle ihre Nordpole gegen den Magnet kehren, also der Nordmagnetismus überwiegen muß. Und nun haben wir einfach wieder die Anziehung zwischen Nord- und Südpol. Demnach ist auch das Magnetisiren eines Eisenstückes nichts Anderes, als eine Drehung sämmtlichen Molecularmagnete in eine bestimmte Lage, so zwar, daß sie alle ihre Nordenden nach der einen und ihre Südenden nach der entgegengesetzten Seite richten. Der unmagnetische Zustand eines Eisenstückes besteht aber darin, daß die einzelnen magnetischen Moleküle ganz verschiedene Lagen einnehmen, sich daher in ihren Wirkungen nach außen aufheben. Man kann diese Verhältnisse auch durch ein einfaches Experiment nachweisen. Man magnetisirt Eisenfeile, die man in eine Glasröhre eingeschlossen hat; die Röhre verhält sich dann wie jeder andere Stabmagnet. Sobald man sie jedoch schüttelt, verschwindet der Magnetismus, da nun die durch das Magnetisiren gerichteten Eisentheilchen durch das Schütteln wieder ihre ein- heitliche Richtung verlieren. Ebenso einfach ergiebt sich die Erklärung der Indifferenz- zone; wird ein Stück Eisen der Mitte (
m m
, Fig. 21) eines Magnetstabes ge- nähert, so befindet es sich zwischen auf beiden Seiten in gleicher Anzahl, aber im entgegengesetzten Sinne wirkenden Theilchen, kann daher auch keinerlei Einwirkung erfahren. Ferner ist nach der Annahme der Molecularmagnete die Co
ë
rcitivkraft als jener Widerstand aufzufassen, welchem die Molecularmagnete ihrer Drehung entgegensetzen. Die Constitution der Magnete stellt sich noch einfacher dar nach Amp
è
re’s Theorie, daß der Magnetismus der Moleküle durch diese umkreisende elektrische Ströme hervorgerufen werde; dann ist unter Magnetisirung einfach die Gleich- und Parallelrichtung dieser Ströme zu verstehen. Doch darauf müssen wir später noch zurückkommen.
Erzeugung von Magneten.
Stahl und Eisen können in Magnete verwandelt werden, und zwar ersterer sowohl in einen temporären als auch in einen permanenten Magnet, letzteres nur in einen temporären. Die Magnetisirung oder das Richten der Molecularmagnete wird bewirkt durch Streichen des zu magnetisirenden Stückes mit einem temporären oder permanenten Magnete, durch Berührung oder Annäherung eines derartigen Magnetes an das Eisenstück oder endlich durch den elektrischen Strom. Die letzte Art der Erzeugung von Magneten wird bei der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes beschrieben werden. Bei der Erzeugung von Magneten durch Streichen unterscheidet man den einfachen Strich, den Doppelstrich und den Kreisstrich.
Der
einfache Strich
besteht darin, daß man auf den zu magnetisirenden Stahlstab, und zwar in dessen Mitte, einen Magnet mit einem seiner Pole, z. B. dem Nordpole (Fig. 22), aufsetzt, dann gegen das eine Ende des Stabes fährt, den Magnet in der Luft wieder zur Mitte des Stabes zurückführt, abermals dort aufsetzt, wieder gegen dasselbe Ende des Stabes führt und diese Operation öfter wiederholt. Das Ende des Stabes, von welchem bei Vollendung jedes Striches der Nordpol des Magnetes abgezogen wird, erhält auf diese Weise einen Südpol. Die Wirkung, welche bei diesem Verfahren erzielt wird, ist die, daß man vermöge der Anziehungskraft des Nordpoles im Magnete die Molecularmagnete des Stabes alle mit ihrem Südende gegen das eine Ende des Stabes richtet. Dann setzt man den Magnet mit seinem zweiten Pole, also in unserem Falle mit dem Südpole, neuerdings in der Mitte des zu magnetisirenden Stabes auf und streicht den Stab ebenso oft von der Mitte aus gegen sein zweites Ende. Dieses wird dadurch in derselben Weise wie früher das erste Ende einen Magnetpol erhalten, aber dieses- mal einen entgegengesetzten, nämlich einen Nordpol. In welcher Richtung und mit welchem Pole des Magnetes hierbei zu streichen angefangen wird, ist gleichgiltig und der zum Streichen angewandte Magnet verliert durch diese Operation nichts an seiner ursprünglichen Kraft. Man erreicht dasselbe Resultat, wenn man statt erst mit einem Pole nach der einen und dann mit dem zweiten Pole nach der entgegen- gesetzten Richtung zu streichen, gleichzeitig die ungleichnamigen Pole zweier Magnet- stäbe in der Mitte des zu magnetisirenden Stabes aufsetzt, den einen Pol gegen das eine und gleich- zeitig den entgegenge- setzten Pol des zweiten Magnetes gegen das zweite Ende des Sta- bes führt, beide Mag- nete durch die Luft wieder in die Mitte des Stabes zurückbringt, abermals gegen die beiden Enden des Stabes zu streicht und dieses Verfahren mehr- mals wiederholt.
Will man den
Doppelstrich
an-
Fig. 22.
Einfacher Strich.
wenden, so setzt man die entgegengesetzten Pole zweier Stabmagnete mit Zwischen- stellung eines dreiseitigen Holzprismas (Fig. 23) auf die Mitte des zu magneti- sirenden Stabes derart auf, daß die Magnetstäbe mit dem Eisenstabe Winkel von beiläufig 20 Grad einschließen, und fährt dann mit beiden Magneten und dem Holzprisma gegen das eine Ende des Stabes, dann über die Mitte desselben zurück bis zum zweiten Ende, hierauf wieder zum ersten Ende und so oft hin und her, bis der Stab nicht mehr an magnetischer Kraft gewinnt, worauf man
Fig. 23.
Doppelstrich.
beide Magnetstäbe in der Mitte des Stahlstabes abhebt. Die Polarität des Stahlstabes ist dann die entgegengesetzte jenes Magnetpoles, welcher während des Streichens dem betreffenden Stabende zunächst lag. Die Wirkung dieses Striches besteht darin, daß die Moleküle des Stabes, welche sich jeweilig zwischen den Polen der Streichmagnete befinden, in eine derartige Richtung gebracht werden, daß sie ihr Nordende dem Südpole und ihr Südende dem Nordpole der Streich- magnete zukehren. An Stelle zweier Stabmagnete kann natürlich auch ein Hufeisen- magnet verwendet werden, bei welchem die entgegengesetzten Pole ohnehin nahe aneinander liegen und daher auch kräftig wirken.
Beim
Kreisstrich
bildet man aus vier Stäben ein Rechteck oder aus zwei hufeisenförmigen Stücken ein Oblong, setzt einen Magnetstab an irgend einer Stelle des Rechteckes oder Oblonges auf, führt den Magnet wiederholt am Umfange der Figur herum und hebt ihn schließlich an der Stelle wieder ab, wo man ihn anfänglich aufgesetzt hatte. Dort entsteht dann ein Pol, welcher jenem, mit dem gestrichen wurde, entgegengesetzt ist. Man kann den Kreisstrich auch bei nur einem Hufeisen anwenden, indem man die Oeffnung der beiden Schenkel durch einen
Anker
, d. h. ein Stück weichen Eisens schließt. Man erreicht dabei eine sehr kräftige Magnetisirung, da im Anker durch Influenz entgegengesetzte Pole (wie im Hufeisen) entstehen und diese dann die Wirkung des zum Streichen angewandten Magnetes unterstützen.
Gleichviel, in welcher Art auch der Magnetismus in einem Stabe hervor- gerufen wird, hängt die Stärke seiner magnetischen Kraft von mancherlei Bedin- gungen ab. Nicht allein die Kraft des zum Magnetisiren angewandten Magnetes (beziehungsweise elektrischen Stromes) und die Zahl der Striche, sondern auch die chemische Zusammensetzung und die Härte des Stabes, seine Größendimensionen, seine Gestalt u. s. w. üben hierauf Einfluß. Trotz vieler und eingehender Versuche ist der genaue Zusammenhang dieser verschiedenen einflußnehmenden Ursachen noch nicht völlig geklärt. Im Allgemeinen wächst die magnetische Kraft mit der Anzahl der Einwirkungen und der Stärke des zum Magnetisiren benützten Magnetes. Nach einer bestimmten Anzahl von Strichen mit einem Magnete von bestimmter Kraft ist ein gegebener Stab nicht mehr im Stande, seine magnetische Kraft zu ver- größern. Es verschwindet dann nach Beendigung der Operation der temporäre Magnetismus und bleibt der remanente zurück. Man sagt dann, für diesen Stahlstab ist durch Streichen mit dem gegebenen Magnete die
magnetische Sättigung
erreicht. Dies schließt jedoch nicht aus, daß dieser Stab noch kräftiger magnetisch gemacht werden kann, wenn man ihn nun mit einem stärkeren Magnete streicht. Doch läßt sich auch dies nicht beliebig fortsetzen, sondern die magnetische Sättigung erreicht ein gewisses Maximum, das auch mit den kräftigsten Magneten nicht gesteigert werden kann. Wesentlichen Einfluß üben die Härte, ja auch die Art des Härtens und der Kohlenstoffgehalt des Stabes auf dessen Magnetisirung aus. Der remanente Magnetismus wird größer, wenn der Stahl kohlenstoffreicher oder wenn er härter ist. Enthält der Stahl wenig Kohlenstoff, so übt die Härte einen großen Einfluß aus, ist jedoch der Kohlenstoffgehalt ein hoher, so wird dadurch die Einwirkung der Härte bedeutend verringert. Dann ist auch, wie bereits erwähnt, die Art der Härtung und des Anlassens von Bedeutung. Aus diesen Gründen ist es daher nicht möglich, für die Erzeugung kräftiger permanenter Magnete bestimmte Vor- schriften zu geben. Nach den Versuchen von
Jamin
nehmen die kohlenstoffreichen und mittelreichen, durch jähes Abschrecken stark gehärteten Stäbe am meisten per- manenten Magnetismus auf.
Stahlstäbe, welche starken Erschütterungen ausgesetzt sind, z. B. durch Häm- mern, Drehen, Schlagen u. s. w., werden gleichfalls magnetisch, und das Magneti- siren durch Streichen wird durch solche Erschütterungen des Stahlstabes befördert. Die Erschütterungen unterstützen eben das Gleichrichten der magnetischen Moleküle. Daraus erklärt sich auch das Magnetischwerden verschiedener Werkzeuge, wie Feilen, Bohrer u. s. w. Durch Erwärmen wird der Magnetismus verringert, durch Glühen ganz zerstört; hingegen kann plötzliche Abkühlung den Magnetismus verstärken.
Der Magnetismus hat seinen Sitz nicht nur an der Oberfläche des Magnetes, sondern dringt, je nach der Beschaffenheit des letzteren, mehr oder weniger tief ein. Dieses Verhalten hat
Jamin
durch Aetzungsversuche experimentell bewiesen. Er zeigte auf diese Art auch, daß ein Stab mehrere Schichten verschiedener Magne- tismen besitzen könne, und gelangte auf diesem Wege zur Erzeugung
abnormer Magnete
, also z. B. eines Magnetes mit zwei Nordpolen ohne Südpol. Ein normaler Magnet wurde durch Einwirkung eines zweiten Magnetes in seiner obersten Schicht umgekehrt magnetisirt und zeigte nun in seiner Wirkung nach außen an Stelle des früheren Nordpoles einen Südpol und umgekehrt. Nun wurde der Magnet mit seinem Nordpole in die Säure gebracht und diese ätzte die obere nordmagnetische Schicht ab, worauf die untere südmagnetische Schicht an die Oberfläche kam. Die andere Hälfte des Stabes unterzog Jamin nicht der Aetzung, sie blieb daher südmagnetisch. Der Stab hatte somit zwei Südpole und keinen Nordpol. Abnorme Magnete entstehen auch durch unregelmäßiges Streichen mit verschiedenen Polen auf benachbarten Stellen eines Stabes; dieser zeigt dann mehr als zwei Stellen mit polartigem Verhalten, er ist dann ein Magnet mit sogenannten
Folgepunkten
.
Tragkraft der Magnete.
Man versteht unter Tragkraft eines Magnetpoles die Fähigkeit desselben, ein bestimmtes Gewicht Eisen festzuhalten, und bestimmt dieselbe dadurch, daß man an den möglichst ebenen Pol einen ebenso beschaffenen Anker bringt, welcher eine Wagschale trägt; auf letztere werden dann so lange Gewichte aufgelegt, bis diese den Anker eben abreißen. Die Tragkraft des Poles ist dann gleich dem auf- gelegten Gewichte
plus
dem der Schale und des Ankers. Die Tragkraft des ganzen Stabmagnetes ist doppelt so groß. Letzteres gilt für gerade Stäbe, nicht aber für Hufeisenmagnete. Die Tragkraft eines Hufeisenmagnetes ist erheblich größer als die doppelte Tragkraft eines seiner Pole. Im Allgemeinen wächst die Tragkraft aller- dings mit der Stärke der Magnete; sie kann aber doch nicht als Maß für letztere benützt werden, da sie nicht im einfachen Verhältnisse mit der magnetischen Kraft wächst. Man kann die Tragkraft eines Magnetes auch dadurch vermehren, daß man nach und nach größere Gewichte anhängt, bringt sie aber wieder auf die ursprüngliche Größe herab, sobald man den Anker abreißt. Die absolute Tragkraft wächst mit der Größe des Magnetes, nicht aber die relative, d. h. das Verhältniß zwischen Tragkraft und Eigengewicht des Magnetes; letztere ist im Gegentheile für kleinere Magnete erheblich größer als für große Magnete. Einige Beispiele mögen dies erläutern:
Häcker
, der auch eine Formel für die Tragkraft der Magnete angab, verfertigte einen Magnet, der 1 Loth wog und das 32fache Gewicht trug, einen, der 1 Pfund wog und das zwölffache Gewicht trug, und einen, der 40 Pfund wog und nur das vierfache Gewicht trug.
Jamin
, welcher auch die Magnete auf ihre Tragkraft untersuchte, fand, daß die Wirkung des Ankers nicht blos auf der Anziehung durch die Magnetpole beruhe, sondern daß auch eine Art
Con- densation
des Magnetismus durch ihn bewirkt werde; der Anker zieht nämlich den Magnetismus mehr gegen die Pole hin und verleiht dadurch diesem eine größere Kraft. Dies erklärt auch das Zunehmen der Tragkraft durch Vergrößerung der angehängten Gewichte und die größere Tragkraft zweier nebeneinander befindlicher Pole beim Hufeisenmagnet, wie auch das Zurückgehen der Tragkraft beim Abreißen des Ankers.
Urbanitzky
: Elektricität. 4
Da der Magnetismus nur bis zu einer gewissen Tiefe in den Magnet ein- dringt, kann man durch Vergrößerung seiner Dicke über eine bestimmte Grenze hinaus die Kraft des Magnetes nicht mehr steigern. Man erreicht dies aber dadurch, daß man eine Anzahl von Magneten aufeinanderlegt und auf diese Weise ein sogenanntes
magnetisches Magazin
bildet, wie ein solches die Fig. 24 darstellt. Hierbei ergiebt sich aber, daß die Tragkraft des magnetischen Magazines allerdings größer ist als jene
eines
seiner Magnete, aber nicht der Summe der Tragkräfte aller Magnete gleichkommt. Es erklärt sich dieses Verhalten aus der gegenseitigen Einwirkung je zweier benachbarter Magnete oder Lamellen. Betrachten wir z. B. den Nordpol einer Lamelle, so wird dieser die Moleküle des auf ihm liegenden Nordpoles der benachbarten Lamelle anziehen und sie so richten, daß sie
Fig. 24.
Magnetisches Magazin.
Fig. 25.
Jamin’s Blättermagnet.
ihre Südenden gegen den Nordpol der ersten Lamelle kehren; diese Molecular- magnete werden also eine Stellung senkrecht zur Ebene der Magnetschenkeln ein- nehmen, somit für die Wirkung nach außen verloren gehen. P.
Reis
erläutert in seinem Lehrbuche der Physik
Prof. Dr.
Paul Reis
’ Lehrbuch der Physik für Gymnasien Realschulen und andere höhere Lehranstalten ist überhaupt in der angegebenen Bestimmung eines der empfehlens- werthesten Lehrbücher. Verfasser vorliegenden Buches folgt auch wiederholt dem dort ein- geschlagenen Lehrgange.
dieses Verhalten einzelner Magnete in einem magneti- schen Magazine recht gut durch folgendes Beispiel: „Als Jamin sechs gleiche Magnete von 3 Kilo Gewicht und 18 Kilo Tragkraft aufeinanderlegte, hatte das Magazin nicht die Tragkraft von 6 × 18 = 108 Kilo, sondern nur von 64 Kilo; nach dem Zerlegen des Magazines hatte jeder Magnet nur noch 9 bis 10 Kilo Trag- kraft.“ Jamin ist es auch gelungen, durch verschiedene Anordnungen und Formen der Einzelmagnete eines Magazines, sowie auch des Ankers, sehr kräftige Wirkungen zu erzielen. Ein derartiges magnetisches Magazin, gebildet aus lauter einzelnen Stahl- bändern, die an ihren Polenden durch entsprechende Fassungen zusammengehalten werden, zeigt Fig. 25. Um die Einwirkung der einzelnen Magnetpole aufeinander möglichst gering zu machen, sind die einzelnen Stahlbänder ungleich lang gemacht, derart, daß ihre einzelnen Pole nicht direct aufeinanderfallen. Dies ist in ähnlicher Weise auch bei den Lamellen des magnetischen Magazines in Fig. 24 ausgeführt.
Magnetische Fernwirkung.
Befinden sich zwei Magnete in geringer Entfernung voneinander, so kommt nur die zur Abstoßung
oder
Anziehung führende Wirkung der Pole in Betracht. Es gilt dann das Gesetz:
Die Abstoßungen oder Anziehungen verhalten sich umgekehrt wie die Quadrate der Entfernungen
. Dieses Gesetz kann mit der von
Coulomb
erfundenen Drehwage nachgewiesen werden. Die Drehwage, Fig. 26, besteht aus einem weiten Glascylinder
c
, welcher oben durch einen Deckel
d
verschlossen ist; in eine mittlere Oeffnung des letzteren ist eine Glasröhre
g
eingekittet, die an ihrem oberen Ende eine durch den Knopf
k
drehbare Scheibe
S
mit Kreistheilung besitzt. Der an der Glasröhre un- verrückbar angebrachte Index
i
ermöglicht die Ab- lesung des Drehungswinkels. Am Knopfe
k
ist ein dünner Silberdraht
f
befestigt und hängt durch die Röhre in den Glascylinder hinab; an seinem unteren Ende trägt er ein kleines Messingschiffchen, in wel- chem der Magnetstab
n s
liegt. In gleicher Höhe mit dem Magnetstabe ist der Glascylinder mit einer Theilung
T
versehen. Ein zweiter Magnet- stab
N S
kann durch eine Oeffnung des Deckels in den Glascylinder so eingeführt werden, daß er mit einem seiner Pole gerade dem aufgehängten Magnetstabe gegenübersteht.
Fig. 26.
Magnetische Drehwage.
Um mit diesem Apparate das angegebene Gesetz nachzuweisen, dreht man zuerst durch den auf der Scheibe
S
sitzenden Kn pf
k
den Silberdraht so lange, bis der daran hängende Magnetstab sich in den magnetischen Meridian eingestellt hat, ohne daß der Metalldraht irgend welche Verdrehung oder Torsion zeigt. Führt man dann den Magnetstab
N S
in den Glascylinder ein, so wird dessen Nordpol den Nordpol des schwebenden Stabes abstoßen und diesen um einen am Kreise
T T
ablesbaren Winkel drehen. Durch diese Drehung wird der Silberdraht tordirt und der Stab
n s
wird dann eine fixe Stellung einnehmen, wenn die Torsionskraft des Drahtes gleich geworden ist der Abstoßungskraft zwischen beiden Magneten. Man dreht nun am Knopfe
k
derart, daß der schwebende Magnetstab dem feststehenden genähert wird; dadurch wird die Torsion des Drahtes vermehrt und es tritt ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen Torsionskraft und magnetischer Abstoßungskraft ein. Wird diese Operation noch einmal oder mehreremale wiederholt und hat man
4*
durch einen früher angestellten Versuch bestimmt, welche Torsion nöthig ist, um den schwebenden Stab ohne Einwirkung des feststehenden um 1 Grad aus dem magne- tischen Meridian herauszudrehen, so besitzt man alle Daten zur Nachweisung des ausgesprochenen Gesetzes. Die
Entfernung
der beiden Magnetpole voneinander kann bei den einzelnen Versuchen an der Theilung
T T
abgelesen werden, die
Kraft
der Abstoßung mißt man durch die entgegenwirkende Torsionskraft. Diese ist aber gleich dem jeweilig an der Scheibe
S
abzulesenden Torsionswinkel multi- plicirt mit der Entfernung, in welche der schwebende Magnetpol vom feststehenden gebracht wurde. Die Zahlen, welche sich auf diese Art ergeben, zeigen dann deut- lich, daß sich die magnetischen Kräfte umgekehrt verhalten wie die Quadrate der Entfernungen.
Für die Einwirkung zweier Magnete aufeinander gilt jedoch nicht mehr dieses Gesetz, wenn
die Entfernung eine bedeutendere
wird, wenn die Größe eines Magnetes im Vergleiche zur Entfernung vom zweiten Magnete so klein ist, daß man die von einem Magnetstabe ausgeübte Anziehung ebenso wie die Ab- stoßung in Betracht ziehen muß. In diesem Falle
stehen die magnetischen Kräfte im umgekehrten Verhältnisse des Cubus der Entfernungen
.
Magnetische Intensität.
Unter magnetischer Intensität oder Kraft eines Magnetes verstehen wir jene Kraft, welche nöthig ist, um die beiden Magnetismen zu trennen oder die Mole- cularmagnete zu richten. Je größer diese Arbeit war, desto größer muß dann auch die Kraft des Magnetes sein. Da uns aber das Wesen des Magnetismus un- bekannt ist, können wir dessen Intensität nicht direct messen. Ihre Bestimmung ist uns nur durch deren Wirkungen ermöglicht. Eine solche Wirkung wäre die Tragkraft der Magnete; wir haben aber gesehen, daß diese Größe mit dem Magnetismus selbst in keinem einfachen Verhältnisse steht und daher nicht verwendbar ist. Es wurde deshalb die Richtkraft des Magnetes als Maß für dessen Stärke vor- geschlagen. Bringt man eine Declinationsnadel aus ihrer Gleichgewichtslage, so wird sie durch die Wirkung des Erdmagnetismus wieder in den magnetischen Meridian zurückgeführt; in diesem selbst bleibt die Nadel in Ruhe, und am kräftigsten erfolgt die Einwirkung, wenn die Nadel auf den magnetischen Meridian senkrecht steht. Daraus erkennt man, daß die Richtung der drehenden Kraft die des magne- tischen Meridians sein müsse. Die magnetische Kraft der Erde ist nun allerdings nach Ort und Zeit verschieden, doch sind diese Verschiedenheiten nicht so groß, daß man die magnetische Kraft mehrerer Magnete nicht vergleichen kann. Die Richtkraft, die auf einen Magnet ausgeübt wird, hängt aber nicht nur vom Erdmagnetismus ab, sondern auch von der Stärke des Magnetismus in der Nadel; je größer jene ist, desto rascher erfolgt die Rückführung der Nadel in den magnetischen Meridian. Man hat nun für die Richtkraft nur noch eine Maßeinheit aufzustellen; dies hat
Gauß
durch Ausdrückung derselben im absoluten Maße gethan. Hiernach ver- steht man unter der Einheit der Kraft jene Kraft, welche der Masse von 1 Milli- gramm mit dem Dreharme von 1 Millimeter in 1 Secunde eine Drehbeschleunigung von 1 Millimeter ertheilt. Zur Ausführung derartiger Messungen hat Gauß auch ein Instrument, sein
Magnetometer
, construirt; man bestimmt mit diesem In- strumente die Schwingungszeit in folgender Art: Ein auf Coconfäden hängender Magnet trägt an einem seiner Pole einen verticalen Spiegel; dieser reflectirt das Bild einer gegenüberstehenden Scala in das darüber angebrachte Fernrohr. Durch dieses beobachtet man nun die Zeiten, in welchen ein bestimmter Theilstrich der Scala das Fadenkreuz im Fernrohre passirt. Außer der Schwingungszeit hat man auch noch das Trägheitsmoment der Nadel zu bestimmen, was mit dem angegebenen Instrumente ebenfalls leicht bewerkstelligt werden kann; sind diese Messungen aus- geführt, so ergiebt sich die Größe der Richtkraft mit Hilfe einer einfachen Formel.
Der Erdmagnetismus.
Es wurde bei Besprechung der Magnetnadel bereits erwähnt, daß sie ihre Richtkraft der Einwirkung des Erdmagnetismus verdanke, daß also die Erde selbst sich als großer Magnet verhalten müsse. Ist dies wirklich der Fall, so muß die Wirkung des Erdmagnetismus auf die Magnetnadel dieselbe sein, wie die Wirkung eines großen Stabmagnetes auf eine kleine Magnetnadel. Es muß sich daher jede Declinationsnadel parallel stellen zur Axe des Magnetes und von Pol zu Pol zeigen. Nun bestimmen wir die Richtung des magnetischen Meridians durch den Winkel, welchen dieser mit dem astronomischen Meridian einschließt, folglich muß, da die Erde eine Kugel ist, die Declination an verschiedenen Punkten der Erde eine verschiedene sein. Ferner muß, wenn die Axe des Magnetes durch den Erd- mittelpunkt geht, also ein Durchmesser der Erde ist, auch eine magnetische Meri- dianebene vorhanden sein, welche mit einer astronomischen Meridianebene über- einstimmt, d. h. in welcher also die Declination gleich Null ist. Versuche, an verschiedenen Punkten der Erde angestellt, haben in der That dieses Verhalten der Declinationsnadel ergeben.
Ist die Nadel um eine horizontale Axe drehbar, also eine Inclinationsnadel, so muß diese, unter der Voraussetzung, daß die Erde ein großer Magnet sei, an verschiedenen Punkten der Erde gleichfalls verschiedene Stellungen annehmen, sobald sie in den magnetischen Meridian gestellt wird. Da wir diese Stellungen durch die Winkel messen, welche die Nadel mit der horizontalen Ebene einschließt so muß es Punkte auf der Erde geben, in welchen diese Neigung der Nadel, die Inclina- tion, am größten, d. h. gleich 90 Grad wird. Diese Punkte der Erde sind dann ihre Pole, und zwar jener Pol, welchem die Inclinationsnadel ihren Nordpol zuwendet, der magnetische Südpol der Erde, und jener, welchem die Nadel ihren Südpol zuwendet, der Nordpol der Erde. Auch muß sich auf der Erde eine Linie finden, auf welcher die Inclinationsnadel gar keine Neigung zur Horizontalebene zeigt, also der Inclinationswinkel gleich Null ist; auf dieser Linie befände sich nämlich die Inclinationsnadel von beiden Magnetpolen der Erde gleichweit entfernt. Auch hier zeigten zahlreiche Versuche, daß sich die Inclinationsnadel wirklich so verhält.
Es wurde auch bereits mitgetheilt, daß durch Einwirkung eines Magnetes weiches Eisen vorübergehend, Stahl bleibend magnetisch wird. Ist nun die Erde wirklich ein großer Magnet, so muß sie auch
diese
Wirkung zeigen. Stellt man der- artige Versuche an, also z. B. in der Art, daß man einen Stahlstab in den magnetischen Meridian bringt und hierauf seinen magnetischen Zustand untersucht, so findet man diesen wirklich auch unserer Voraussetzung entsprechend.
Nach diesen Betrachtungen unterliegt es daher keinem Zweifel, daß die Erde sich thatsächlich wie ein großer Magnet verhält. Ferner folgt daraus, daß die Declinationsnadeln mit ihrem Nordpole nach Norden und ihrem Südpole nach Süden zeigen, daß die Inclinationsnadeln auf der nördlichen Hälfte der Erde ihren Nordpol nach abwärts und auf der südlichen Hälfte ihren Südpol nach ab- wärts wenden, sowie auch aus der Vertheilung der Pole bei Eisen- und Stahl- stäben, die durch den Erdmagnetismus magnetisch werden, daß der magnetische Südpol der Erde sich auf der nördlichen Erdhälfte und der magnetische Nordpol auf der südlichen Erdhälfte befinden muß.
Ist es an und für sich wünschenswerth, den magnetischen Zustand der Erde zu kennen, so interessirt uns dieser auch noch besonders aus dem Grunde, weil wir nur bei genauer Kenntniß desselben im Stande sind, den magnetischen Zustand
Fig. 27.
Lamont’s Declinatorium.
der Körper zu untersuchen. Um den magnetischen Zustand der Erde für einen bestimmten Ort kennen zu lernen, ist es nothwendig, die Inten- sität und die Richtung der mag- netischen Kraft zu messen. Die Richtung erhalten wir durch Be- obachtung der Declinations- und der Inclinationsnadel, die Intensität aber durch Rechnung, wenn uns außer Inclination auch noch die Richtkraft der Erde bekannt ist; wie man letztere bestimmt, wurde bereits mitgetheilt.
Die
Declination
wurde in früherer Zeit einfach durch ein mit einer Bussole in Verbindung stehen- des Fernrohr, dessen Axe zur Mittel- linie der Bussole parallel war, ge- messen. Man stellt das Fernrohr genau nach Norden, was durch Visiren einer im Observatorium ent- sprechend angebrachten Marke leicht auszuführen ist, und liest dann in dem Winkel, welchen die Mittellinie des Fernrohres mit der Magnet- nadel bildet, unmittelbar die Decli- nation ab. Handelt es sich um die Erreichung großer Genauigkeit, so bedient man sich des Magnetometers nach Gauß; da dieses jedoch von dem magnetischen Observatorium nicht getrennt werden kann, benützt man andere Instrumente, wenn es darauf ankommt, die Declination an verschiedenen Orten zu bestimmen. Ein derartiges Instrument wurde von Lamont construirt. Es besteht aus einer durch Schrauben horizontal stellbaren Grund- platte
A
aus Messing (Fig. 27), auf welcher eine zweite Platte
B
, die einen auf Silber getheilten Kreis besitzt, fest und unverrückbar aufgesetzt ist. Genau durch die Mitte dieser beiden Platten geht ein drehbarer Messingzapfen, der an seinem oberen Ende mit einer dritten Scheibe versehen ist, an welcher das Fernrohr
L
und zwei einander diametral gegenüberstehende Nonien
N
befestigt sind. Ist das Fernrohr mit seiner Axe in den astronomischen Meridian eingestellt, so liest man die Anzeigen der Nonien ab und stellt den nun zu beschreibenden Theil des Apparates auf die oberste Messingplatte. Dieser Theil besteht aus einem rechteckigen Messing- gehäuse
M
, welches oben ein Rohr
T
trägt, in welchem der Coconfaden herab-
Fig. 28.
Karte der Isogonen.
hängt, der zur Aufhängung des Magnetstabes
a b
dient. Das Messinggehäuse ist in der Höhe des Magnetes, um diesen durchzulassen, durchbrochen, und diese beiden Oeffnungen sind durch eingesetzte Glasröhren
v v
zum Schutze des Magnetes gegen Luftzug verschlossen. Der zum Tragen des Magnetes bestimmte Träger ist nach abwärts verlängert und besitzt einen kleinen Spiegel, welcher derart befestigt ist, daß seine Ebene auf den Magnetstab genau senkrecht steht; in der Höhe dieses Spiegels ist das Messinggehäuse gleichfalls durchbrochen und durch eine Glas- platte
D
verschlossen. Der jetzt beschriebene Theil des Apparates wird derart auf- gestellt, daß jene Rechteckfläche des Messinggehäuses, auf welcher sich das Fensterchen
D
befindet, senkrecht steht auf der optischen Axe des Fernrohres. Dann dreht man das Fernrohr so lange, bis der an dieser Bewegung theilnehmende Magnetstab in dem Rohre
v v
frei schwingen kann. Jetzt stellt man das Fernrohr genau senkrecht auf das Spiegelchen bei
D
und bekommt dadurch die optische Axe des Fernrohres parallel zum Magnetstabe. Liest man hierauf den Winkel, um welchen das Fernrohr aus seiner ersten Stellung gedreht wurde, ab, so ist dies die gesuchte Declination. Um ein genaues Senkrechtstellen der Fernrohraxe auf das Spiegelchen zu ermöglichen, befindet sich im Fernrohre an Stelle des sonst gebräuchlichen Faden- kreuzes eine Spiegelplatte, in welche ein Kreuz eingeritzt ist. Von letzterem entwirft der Spiegel
D
ein Bild, welches mit dem Kreuze selbst nur dann genau zu- sammenfällt, wenn die Fernrohraxe auf den Spiegel vollkommen genau senkrecht steht, weil nur in dieser Stellung die vom Kreuze ausgehenden Lichtstrahlen senkrecht auf den Spiegel treffen und in sich selbst reflectirt werden.
Die Beobachtungen mit diesem und ähnlichen Instrumenten ergaben,
daß die Declination sowohl zu gleicher Zeit an verschiedenen Orten der Erde, als auch zu verschiedenen Zeiten an einem und demselben Orte verschieden ist
. Hingegen besitzen immer je eine Anzahl von Orten gleiche Declinationen. Jene Linien, welche Orte gleicher Declination verbinden, nennt man
Isogonen
und die Isogone, auf welcher die Declination gleich Null ist, heißt
Agone
. Eine Darstellung der Isogonen zeigt die Karte in Fig. 28. Aus dieser ist auch der Verlauf der einzelnen Isogonen zu ersehen.
Man versteht unter Variationen die Veränderungen der Declination mit der Zeit und unterscheidet säculare, jährliche und tägliche Variationen, sowie auch Per- turbationen oder unregelmäßige Variationen, die gewöhnlich gleichzeitig mit dem Nordlichte auftreten. Aus der Declinationskarte ergiebt sich auch, daß nahezu die eine Hälfte der Erde westliche, die andere Hälfte östliche Declination besitzt. Beide sind voneinander getrennt durch die Agone, von welcher man bis jetzt zwei getrennte Theile kennt. Der eine Theil geht von der Hudsonsbai aus über den östlichen Theil von Nordamerika in den atlantischen Ocean, dann an den west- indischen Inseln vorbei über die Ostspitze von Südamerika wieder in den Ocean; der zweite Theil geht über den 45. und 50. Grad östl. L. durch das asiatische Rußland, dann durch das kaspische Meer, den östlichen Theil Arabiens und durch- schneidet dann die westliche Hälfte Australiens. Wahrscheinlich bilden beide Stücke zusammen eine geschlossene Curve. Auf der europäischen Seite derselben ist die Declination westlich, auf der anderen Hälfte östlich. Sämmtliche Isogonen schneiden sich in zwei Punkten, welche nahe den astronomischen Polen der Erde liegen, und diese nennt man die magnetischen Pole derselben. Sie liegen an der Westküste von Boothia Felix und bei den Vulkanen Erebus und Terror.
In welcher Art die säcularen Variationen sich geltend machen, ist aus den Beobachtungen mehrerer Jahrhunderte leicht zu ersehen. Es ergiebt sich hieraus, daß in Europa bis gegen die Mitte des siebzehnten Jahrhundertes die Declination eine östliche war und dann in eine westliche überging. Man fand für Paris folgende Declinationen:
Im Jahre 1580 11° 30' östlich
„ „ 1618 8° 00' „
„ „ 1663 0° 00' „
„ „ 1700 8° 10' westlich
„ „ 1805 22° 5' „
„ „ 1818 22° 22' „
„ „ 1828 22° 6' „
„ „ 1849 20° 34' „
Gegenwärtig ist daher die Declination für Europa eine westliche, und diese ist in der Abnahme begriffen.
Eine genaue Feststellung der täglichen Variationen ist den Bemühungen von Gauß und Weber zu verdanken, über deren Anregung an vier bestimmten Tagen des Jahres auf verschiedenen Punkten der Erde während voller 24 Stunden das Verhalten des Erdmagnetismus beobachtet wurde. Hieraus ergab sich für große Ge- biete eine ziemliche Uebereinstimmung. In Europa ist die Declination des Morgens am geringsten, wächst bis kurz nach Mittag zu ihrem Maximum an und sinkt dann wieder bis gegen Abend. Die Gesammt- differenz ist zwar nicht zu allen Jahres- zeiten dieselbe, schwankt aber nur beiläufig um neun Minuten.
Die
Inclination
bestimmt man mittelst der Inclinatorien. Hierbei muß die Magnetnadel entweder ganz frei, nur in ihrem Schwerpunkte durch einen Cocon- faden aufgehängt oder doch wenigstens um eine horizontale Axe beweglich sein. Im letzteren Falle muß die horizontale Axe genau durch den Schwerpunkt gehen, da sonst die Schwerkraft auf die Stellung der Nadel mit einwirkt; auch muß die Reibung der Axe in ihren Lagern mög- lichst vermindert werden.
Fig. 29.
Inclinatorium.
Ein derartiges Inclinatorium ist in Fig. 29 abgebildet. Auf einem massiven Dreifuße ist ein horizontaler getheilter Kreis
k
1
angebracht, durch dessen Mittel- punkt die Drehaxe des verticalen Kreises
K
2
geht; die Verbindung des verticalen Kreises mit seinem Drehzapfen vermittelt das Gestelle
A B C D,
welches auf seiner Bodenfläche eine Wasserwage
w
trägt. Diese und die Stellschrauben
s
dienen zur genauen Horizontalstellung des Kreises
k
1
und somit auch zur gleichzeitigen Vertical- stellung des Kreises
K
2
. Zur Ablesung an dem horizontalen Kreise dient der mit
A B
festverbundene Nonius
n.
Im Mittelpunkte des Verticalkreises
K
2
ist die Magnet- nadel
a b
gelagert; ihre Drehaxe besteht aus einem dünnen Stahlstabe und dieser dreht sich auf Achatplatten, welche auf den Messingstücken
m m
befestigt sind. Die Nadel hat eine Länge von beiläufig 30 Centimeter und muß mit ihren spitzen Enden genau auf die Theilung einspielen, welch letztere Dr. Meyerstein in Göt- tingen spiegelnd machte, um ein seitliches Daraufsehen bei der Ablesung hintan- zuhalten. Um mit diesem Apparate die Inclination zu bestimmen, stellt man zunächst den Kreis
k
1
durch die Stellschrauben
s
genau horizontal, beziehungsweise den Kreis
K
2
vertical. Dann wird der Verticalkreis mit der Nadel in den magnetischen
Fig. 30.
Karte der Isoctinen.
Meridian gedreht und der Wintel abgelesen, welchen die magnetische Axe mit der Horizontalebene bildet. Um hierbei Fehler zu vermeiden, liest man diesen Winkel an beiden Spitzen der Nadel ab und nimmt aus beiden Ablesungen das Mittel; aus demselben Grunde bringt man auch die Nadel mehrmals aus der Gleich- gewichtslage und macht, sobald sie dieselbe wieder erlangt hat, jedesmal wieder beide Ablesungen. Das Mittel sämmtlicher Ablesungen wird dann als die richtige Anzeige betrachtet.
Gleichwie die Declination, ist auch
die Inclination sowohl für ver- schiedene Orte zur selben Zeit, als auch für dieselben Orte zu ver- schiedenen Zeiten ungleich
. Aber auch hier giebt es Orte gleicher Inclination; ihre Verbindungslinien nennt man
Isoclinen
, und jene Isocline, in welcher die Inclination gleich Null ist, den
magnetischen Aequator
oder die
Acline
. Von der Acline aus, welche sich beiläufig am astronomischen Aequator hinzieht, durch- läuft die Inclination bis zu den magnetischen Polen alle Werthe von 0 bis 90 Grad. Die Inclinationsnadel stellt sich daher am magnetischen Aequator horizontal, neigt sich auf der Nordhälfte der Erde mit ihrem Nordende nach unten, auf der südlichen Erdhälfte mit dem Südende, und steht auf den magnetischen Polen senkrecht. Dieses Verhalten ermöglichte auch die Bestimmung der magnetischen Pole. Der magnetische Aequator läuft nicht mit dem astronomischen Aequator parallel, sondern schneidet diesen, wie die Karte in Fig. 30 zeigt, zu wiederholtenmalen. Die Isoclinen umkreisen die magnetischen Pole in ähnlichen Curven wie die Acline.
Die Inclination ist im Verlaufe der Zeit ähnlichen Veränderungen ausgesetzt wie die Declination. Seit der Zeit, in welcher man begonnen hatte, sie zu beob- achten, bis zur Gegenwart, ist sie in einer beständigen Abnahme begriffen. Dies zeigen z. B. nachstehende in Paris beobachtete Werthe:
Im Jahre 1661 75° 00'
„ „ 1758 72° 15'
„ „ 1805 69° 12'
„ „ 1820 68° 20'
„ „ 1835 67° 24'
„ „ 1851 68° 35'
Man kann vorläufig noch nicht angeben, ob die Schwankungen der Incli- nation nach Perioden erfolgen, da z. B. in Paris seit dem Jahre 1820 der Werth sich beiläufig auf 60 Grad erhält, während in München auch von dieser Zeit an eine ständige Abnahme, an anderen Orten aber wieder eine Zunahme beobachtet wurde. Auch die Inclination ist täglichen periodischen Schwankungen ausgesetzt.
Zur Feststellung des magnetischen Zustandes der Erde ist außer der Kenntniß der Declination und Inclination auch noch jene der
Intensität
nothwendig. Es wurde bereits früher angedeutet, daß diese aus der horizontalen Richtkraft bestimmt werden kann, und eine Methode angegeben, dieselbe zu erhalten. Um die Ver- änderungen der Intensität genau verfolgen zu können, hat Gauß ebenfalls ein Instrument, das Bifilarmagnetometer, construirt. Das Princip desselben ist folgendes. Wird ein Körper an zwei parallelen Fäden derart aufgehängt, daß er in einer horizontalen Ebene schwingen kann, so befindet er sich dann im Gleichgewichte, wenn die beiden Fäden in einer verticalen Ebene liegen und der Schwerpunkt des Körpers sich in derselben Ebene befindet. Läßt man dann den Körper schwingen, so werden die beiden Fäden gegeneinander verdreht und gleichzeitig der Körper abwechselnd etwas gehoben und gesenkt. Durch das Herausdrehen des Körpers aus seiner Gleichgewichtslage entsteht in dieser Art ein Drehungsmoment, welches den Körper wieder in seine ursprüngliche Lage zurückzuführen strebt. Die durch die Verdrehung der Fäden bewirkte Directionskraft ist leicht zu bestimmen.
Wird an Stelle des aufgehängten Körpers ein Magnet angewandt, so wirken auf dessen Stellung die Directionskraft der Fäden und überdies noch die Directions- kraft des Erdmagnetismus ein. Hierbei sind drei Fälle denkbar. Die Ebene der Fäden steht senkrecht auf dem magnetischen Meridian und die Magnetnadel befindet sich im magnetischen Meridiane, indem ihr Nordpol nach Norden und ihr Südpol nach Süden zeigt. In diesem Falle befindet sich der Magnet natürlich im Gleich- gewichte und die Kraft, mit welcher er in diesem gehalten wird, ist gleich der Summe der Directionskräfte des Erdmagnetismus und der Fäden. Im zweiten Falle steht die Ebene der Fäden gleichfalls senkrecht auf dem magnetischen Meridian und befindet sich die Magnetnadel im Meridiane, aber sie ist um 180 Grad gedreht, d. h. ihr Nordpol zeigt nach Süden und ihr Südpol nach Norden. Auch in diesem Falle kann sich der Magnet im stabilen Gleichgewichte befinden; dann muß
Fig. 31.
Bifilarmagnetometer.
aber die Directionskraft in Folge der Aufhängungsvorrichtung größer sein als jene des Erdmagnetismus. Die Kraft, mit welcher jetzt die Nadel in ihrer Lage erhalten wird, ist aber gleich der Differenz beider Drehkräfte. Ist jedoch die magnetische Directionskraft größer als die durch die Art der Aufhängung hervorgebrachte, so kehrt sich der Mag- net, aus
feiner
Lage herausgebracht, um 180 Grad um.
Der letzte mögliche Fall ist endlich jener, in welchem die Ebene der Fäden mit dem magnetischen Meridiane einen Winkel einschließt, der kleiner ist als 90 Grad. Nun hängt die Stellung des Magnetes von dem Verhältnisse beider Directionskräfte und dem Winkel ab, welchen die magnetische Axe des Stabes mit der Ebene der Fäden einschließt. Jede Aenderung der magnetischen Richtkraft muß eine Aenderung der Stellung des Stabes bewirken. Nimmt z. B. die magnetische Richtkraft zu, so wird der Stab seine Gleichgewichtslage verlassen und einen größeren Winkel mit der ursprüng- lichen Ebene der Fäden einzuschließen streben. Dadurch wird aber auch die Ver- drehung der Fäden eine größere und in Folge dessen auch die von diesen aus- geübte Richtkraft. Der Stab wird neuerdings eine Gleichgewichtslage einnehmen, sobald der neue Winkel dem geänderten Verhältnisse beider Richtkräfte entspricht.
Der zuletzt betrachtete Fall ist jener, welcher zur Lösung der gestellten Aufgabe am geeignetsten erscheint und daher auch von Gauß benützt wurde. Der Magnetstab ist in ein Schiffchen
s s
, Fig. 31, gelagert und dieses hängt an einem langen oben über zwei Rollen laufenden Drahte, dessen untere Enden an zwei Schrauben befestigt sind, durch welche der Draht verlängert oder verkürzt werden kann. Die Schrauben selbst drehen sich in zwei an dem getheilten Kreise
K
angebrachten Messingansätzen. Das Schiffchen mit dem Magnetstabe kann gegen den Kreis mit den damit ver- bundenen Drähten gedreht werden und diese Drehung ist durch einen Nonius ablesbar. Ferner ist im Mittelpunkte des Kreises ein Säulchen, gleichfalls mit Nonius versehen, angebracht, welches den Spiegel
S
trägt. Der Spiegel dient dazu, um in ein in einiger Entfernung davon aufgestelltes Fernrohr die Theil- striche einer unter demselben befestigten Scala zu reflectiren, ähnlich wie dies weiter oben bereits angegeben wurde. Durch diese Einrichtung ist die Drehung des Kreises und somit auch der Metalldrähte mit großer Genauigkeit meßbar.
Um mit diesem Apparate Messungen anzustellen, ersetzt man zunächst den Magnet durch einen gleichschweren nicht magnetischen Körper. Man bewirkt dadurch, daß sich das Schiffchen ausschließlich der Directionskraft der Metalldrähte ent- sprechend einstellt. Jetzt dreht man das Schiffchen genau in den magnetischen Meridian, stellt den Spiegel so, daß er das Bild der Scala in das Fernrohr reflectirt und beobachtet die Schwingungen. Man erhält hierdurch die Directions- kraft der Metalldrähte, die übrigens so gewählt werden muß, daß sie die Richtkraft des Erdmagnetismus übertrifft. Nun legt man den Magnetstab an Stelle des nicht magnetischen Körpers so in das Schiffchen, daß sein Nordpol nach Süden zeigt. Jetzt ist die Herstellung des Gleichgewichtes das Resultat der Differenz- wirkung der magnetischen und der Directionskraft durch die Aufhängung. Ebenso wird dann die Schwingungsdauer für die normale Lage des Magnetes im Schiffchen, wo also der Nordpol nach Norden gerichtet ist und das Gleichgewicht durch die Summe beider Drehungsmomente hergestellt wird, beobachtet. In dieser Weise erhält man das Verhältniß der beiden wirksamen Kräfte. Nun sucht man dem Magnetstabe eine solche Lage zu geben, daß er bei Herstellung des Gleichgewichtes sich senkrecht auf den magnetischen Meridian stellt. Natürlich werden dann die beiden Drähte um einen bestimmten Winkel gegeneinander verdreht. Das Schiffchen mit dem Magnetstabe wird dann an den Kreis festgeklemmt, und dadurch bewirkt, daß bei jeder Veränderung der magnetischen Richtkraft die hierdurch bewirkte Veränderung der Gleichgewichtslage auch den Winkel, um welchen die Drähte verdreht sind, ändern muß. Der Spiegel wird natürlich ebenfalls so gerichtet, daß er die Scala wieder in das Fernrohr reflectirt. In dieser transversalen Lage des Apparates beobachtet man mit Hilfe der Scala die Veränderungen der Intensität.
Die Beobachtungen über die Intensität sind bisher noch nicht sehr zahlreich, weshalb sich über die Veränderungen derselben nicht viel Bestimmtes sagen läßt. Die wenigen Angaben, welche vorliegen, scheinen auf ein Wachsthum der Intensität hinzuweisen. In München erhielt man z. B. folgende Intensitäten für
das Jahr 1853 1·9578
„ „ 1857 1·9706
„ „ 1862 1·9821
„ „ 1867 1·9973
„ „ 1871 2·0093
Die Intensität zeigt auch tägliche Veränderungen, indem sie von Früh bis Abend zunimmt und in der Nacht wieder sinkt. Die Aufstellung einer Theorie des Erd- magnetismus ist zur Zeit noch nicht möglich, da hierzu das bis jetzt vorliegende Material ein viel zu geringes ist. Die unregelmäßigen Störungen, die wiederholt beobachtet werden, treten oft an vielen Orten gleichzeitig auf und müssen deshalb Ursachen zugeschrieben werden, die nicht localer Natur sind, sondern sich über einen großen Theil der Erde er- strecken. Zu diesen Ursachen zählt z. B. das Nordlicht, woraus folgt, daß dieses mit den magnetischen Kräften in irgend einem Zusammenhange steht. Aber auch vul- kanische Ausbrüche und Erdbeben haben sich schon auf den magnetischen Zustand der Erde einflußnehmend herausgestellt.
III.
Elektricität.
1. Elektricität durch Reibung und durch Influenz.
Grunderscheinungen.
Sehr viele Körper, wie namentlich Harze, Schwefel, Glas u. dgl., zeigen, durch die Hand, durch Fell, Wolle oder Seide gerieben, bemerkenswerthe Veränderungen in ihrem physikalischen Verhalten, in ihrer Einwirkung auf andere Körper. Der geriebene Körper erhält nämlich die Eigenschaft, kleine, leichte Körperchen, wie Papier- schnitzel, Federchen, Hollundermark u. s. w., anzuziehen und kürzere oder längere Zeit festzuhalten. Reibt man z. B. einen größeren Glasstab, so beobachtet man, daß er nach dieser Operation leichte Körperchen anzieht, in kurzer Zeit aber wieder
Fig. 32.
Goldblatt-Elektroskop.
abstößt. Während des Reibens selbst beobachtet man ein eigen- thümliches, knisterndes Geräusch und sieht, wenn man das Ex- periment im Dunkeln ausführt, den Stab leuchten oder zwischen ihm und dem Reibzeuge kleine Fünkchen überspringen. Die Erscheinung des Abstoßens der Körperchen kurze Zeit nachdem sie angezogen wurden, beobachtet man noch besser in folgender Weise. Man bedient sich des
elektrischen Pendels
— einer Vorrichtung, ganz ähnlich jener, welche auf Seite 38 beschrieben und abgebildet wurde; die Stelle der Eisenkugel vertritt aber eine Kugel aus Hollundermark oder ein kleiner Papierballon. Nähert man nun dieser an einem Seidenfaden hängenden Hollunder- markkugel eine geriebene Glasstange, so fliegt die Kugel gegen dieselbe bis zur Berührung und fällt dann wieder ab; nähert man neuerdings die Stange der Kugel, so flieht letztere.
Man ersieht aus diesen einfachen Experimenten, daß die erwähnten Körper durch das Reiben in einen Zustand versetzt wurden, in welchem sie sich vorher nicht befanden; wir be- zeichnen diesen Zustand als einen
elektrischen
und nennen die uns noch unbekannte Ursache desselben
Elektricität
.
Charakteristisch für diese Kraft ist die Abstoßung. Eine Behandlung ge- wisser Körper, welche dazu führt, andere Körper anzuziehen, haben wir bereits im Magnetismus kennen gelernt; das mit einem natürlichen Magnete gestrichene Stahlstück zieht Eisentheile an und hält sie fest. Ein hinreichend kräftig geriebener Glasstab jedoch zieht leichte Körperchen zwar auch an, hält sie aber nicht fest, sondern stößt sie mehr oder weniger lebhaft wieder von sich. Greifen wir nochmals auf das Experiment mit der Hollundermarkkugel — dem elektrischen Pendel — zurück; wurde die Kugel an und für sich in ungeändertem Zustande erst angezogen und dann abgestoßen oder hat auch die Kugel durch ihre Berührung mit der Glasstange ihre Eigenschaften geändert? Die Beantwortung dieser Frage giebt folgender Versuch: Man nähert der Hollundermarkkugel, nachdem sie mit dem Glasstabe in Berührung gewesen ist, eine zweite Hollundermarkkugel oder andere leichte Körperchen. Werden diese nun gleichfalls von der zuerst benützten Kugel angezogen, so ist mit letzterer während der Berührung mit dem Glasstabe offen- bar auch eine Veränderung vorgegangen. Und in der That, das Experiment zeigt, daß die anziehende Kraft vom Glasstabe auf die Kugel übertragen wurde, denn diese zieht wirklich leichte Körperchen an: die Kugel wurde durch den Glasstab
elektrisirt
. Daraus ersieht man, daß die am Glasstabe durch Reiben erzeugte Elektricität durch Berührung einem zweiten Körper mitgetheilt werden kann. Die auf die Anziehung folgende Abstoßung ist aber nunmehr als Abstoßung zwischen
zwei elektrisirten
Körpern aufzufassen.
Dieses Verhalten elektrisirter Körper giebt uns ein Mittel an die Hand, die Körper auf ihren elektrischen Zustand zu prüfen. Der einfachste Apparat hierzu ist das
Goldblatt-Elektroskop
, Fig. 32. Auf einem hölzernen Fuße ist eine Glas- kugel befestigt, deren nach oben gerichteter Hals eine Metallfassung besitzt; in die Mitte der Metallfassung ist ein Glasröhrchen eingekittet. Letzteres enthält einen Metalldraht, welcher nach oben in einer Kugel endigt. Das untere Ende des Drahtes ist flachgedrückt, ragt beiläufig bis in den Mittelpunkt der Kugel und trägt zwei schmale Streifen aus dünnem Goldblatte; letztere hängen im gewöhn- lichen Zustande parallel nebeneinander herab. Be- rührt man bei diesem Elektroskope die Metallkugel mit der geriebenen Glasstange, so theilt sich deren Elektricität durch den Draht den beiden Gold- blättchen mit, diese stoßen einander ab und diver- giren in der durch die Fig. 32 veranschaulichten Weise. Man bemerkt hierbei auch, daß der Winkel, um welchen die beiden Blättchen auseinandergehen, desto größer wird, je stärker man die Glasstange reibt. Das Elektroskop gestattet daher auch, einen beiläufigen Schluß auf die Stärke der Elektrisirung des Glasstabes zu ziehen.
Ein zweites derartiges Elektroskop ist das
Henley
’sche
Quadranten-Elektrometer
, welches in Fig. 33 abgebildet ist. Man bedient sich des- selben zur annähernden Beurtheilung der Ladung des Conductors einer Elektrisirmaschine. Es besteht aus einem Metallstabe
S
, welcher an seinen beiden Enden mit Metallkugeln versehen ist; die obere
Fig. 33.
Quadranten-Elektrometer.
Kugel trägt ein kleines Gelenk zur Bewegung des Stäbchens
A
mit der Hollunder- markkugel
H
, welche in unelektrischem Zustande an der unteren Kugel anliegt. Mit der unteren Kugel des Stabes
S
setzt man das Instrument auf den Con- ductor
C
der Elektrisirmaschine auf. Die Elektricität strömt vom Conductor
C
auf die beiden Kugeln bei
H
und
S
und diese stoßen sich ab, einen desto größeren Winkel bildend, je stärker elektrisch der Conductor ist. Zur Bestimmung des Winkels dient der getheilte Viertelkreis
Q.
Beide Elektroskope erlauben keine eigentlichen Messungen der Elektricität, sondern können nur den elektrischen Zustand des zu prüfenden Körpers anzeigen und eine oberflächliche Schätzung der Stärke ermög- lichen; hat man es mit sehr schwach elektrisirten Körpern zu thun, so ist selbst dies, der Unempfindlichkeit der Instrumente wegen, nicht ausführbar. Apparate, welche wirkliche Messungen erlauben, werden wir später noch kennen lernen. Der elektrische Zustand eines Körpers kann durch Reiben hervorgerufen werden; dies gelingt bei einer großen Anzahl von Körpern. Nicht nur Glas, Harze und Schwefel können in diesen Zustand gebracht werden, sondern auch trockenes Papier, Kaut- schuk, Guttapercha, Wachs u. s. w. Andere Körper aber, wie z. B. alle feuchten Körper, Metalle, Kohle u. s. w., werden durch Reiben nicht elektrisch. Man nennt die ersteren
elektrisirbare
oder
idioelektrische
, die letzteren
nicht elektrisirbare
oder
anelektrische
Körper.
Dies ist jedoch nicht der einzige Unterschied, der sich beim Reiben verschie- dener Körper ergiebt. Reibt man eine
Glasstange
mit Wolle und nähert sie dem elektrischen Pendel, so wird dieses angezogen, berührt diese Stange und empfängt von dieser Elektricität; jetzt stößt die Glasstange die Hollundermarkkugel ab. Reibt man nun eine
Siegellackstange
mit Wolle und nähert sie der elektrischen Hollundermarkkugel, so wird diese von der Siegellackstange nicht erst angezogen und dann abgestoßen, sondern nur angezogen, während die unelektrische Kugel eines zweiten Pendels von derselben Siegellackstange ebenso wie die erste von dem Glas- stabe elektrisirte zuerst angezogen und dann aber abgestoßen wird. Schon dieses Experiment zeigt, daß zwischen der auf dem Glasstabe und jener auf der Siegel- lackstange hervorgerufenen Elektricität ein Unterschied bestehen müsse. Dies wird jedoch noch klarer, wenn man sich bei obigem Versuche des Goldblatt-Elektroskopes an Stelle des Pendels bedient. Man berührt mit dem geriebenen Glasstabe die Kugel des Elektroskopes; sofort werden sich die beiden Goldblättchen abstoßen und divergiren. Reibt man den Glasstab neuerdings, und zwar kräftiger als das erste- mal und berührt wieder die Kugel des Elektroskopes, so wird die Divergenz der Goldblättchen gesteigert. Das Experiment nimmt denselben Verlauf, wenn man statt des Glasstabes eine Siegellackstange verwendet; es ändert sich jedoch, wenn man die Anwendung beider combinirt. Zu dem Ende wird vorerst die Kugel des Elektroskopes mit dem geriebenen Glasstabe berührt und dadurch eine Divergenz beider Goldblättchen hervorgerufen. Nun berührt man aber die Kugel des Elektro- skopes mit einer geriebenen Siegellackstange; die Goldblättchen werden jetzt sofort zusammenfallen oder doch ihre Divergenz verkleinern. Die Goldblättchen zeigen ein analoges Verhalten, wenn das Experiment in umgekehrter Ordnung ausgeführt wird: die Blättchen des unelektrisirten Elektroskopes divergiren durch die Berührung mit der geriebenen Siegellackstange, diese Divergenz wird jedoch durch darauf- folgende Berührung mit dem elektrisirten Glasstabe ganz oder theilweise auf- gehoben.
Das Experiment beweist also, daß sowohl Glas als auch Siegellack durch Reiben elektrisch wird; es zeigt aber auch, daß die elektrischen Zustände auf diesen beiden Körpern sich in einem gewissen Gegensatze befinden, da der eine Körper die Divergenz vernichtet, welche durch den anderen hervorgerufen wird, und umgekehrt. Dies lehrt, daß
zweierlei elektrische Zustände
angenommen werden müssen. Um diese zu unterscheiden, hat man jenen Zustand, in welchen das Glas durch Reibung gelangt,
Glaselektricität
, und jenen Zustand, in welchen Harze durch dieselbe Behandlung kommen,
Harzelektricität
genannt, wobei man von der Ansicht ausging, daß ein bestimmter Körper durch Reiben immer nur in einen und denselben elektrischen Zustand versetzt werden könne. Als man jedoch den Versuch machte, einen Körper mit verschiedenen Stoffen zu reiben, erkannte man bald, daß die Art des elektrischen Zustandes sich nicht nur mit dem geriebenen Körper, sondern auch mit dem zum Reiben angewandten ändern kann, daß also ein und derselbe Körper sowohl den einen als auch den entgegengesetzten elektrischen Zustand annehmen kann, je nachdem man ihn mit dem einen oder anderen Körper reibt. Die Bezeichnungen Glaselektricität und Harzelektricität konnten daher nicht bei- behalten werden, da durch diese Bezeichnungen der elektrische Zustand eines Körpers nicht genügend bestimmt erscheint. Man einigte sich deshalb dahin, den einen Zustand den
positiv elektrischen
, den anderen den
negativ elektrischen
zu benennen. Da man fand, daß Glas stets in einen und denselben elektrischen Zustand geräth, sobald man es mit einem Lederflecke reibt, auf welchem Amalgam aufgetragen ist, Harz durch Wolle gerieben aber fast immer den entgegengesetzten elektrischen Zustand annimmt, so wurden diese beiden Erzeugungsarten für die Unterscheidung beider elektrischen Zustände als maßgebend aufgestellt. Positiv elektrisch werden daher alle jene Körper genannt, welche denselben elektrischen Zustand zeigen wie ein mit Amalgam geriebener Glasstab, negativ elektrisch alle jene Körper, deren Zustand dem eben jetzt genannten entgegengesetzt ist.
Fassen wir die bisher be- trachteten Erscheinungen zusam- men, so ergeben sich hieraus nachstehende Grundgesetze:
Es giebt zwei Arten von Elektricität, positive und negative. Die ungleich- namigen Elektricitäten zie- hen einander an, die gleich- förmigen stoßen sich ab; gleiche Mengen ungleich- namiger Elektricitäten in einen Körper vereint neu- tralisiren sich
.
Diese Grundsätze geben uns auch den Weg an, welcher ein- zuschlagen ist, um den elektrischen Zustand der Körper zu prüfen. Um zu untersuchen, ob ein Körper überhaupt elektrisch ist und bei- läufig die Stärke der Elektrisirung zu bestimmen, sind die vorhin beschriebenen Elektroskope in vielen
Fig. 34.
Elektroskop von Behrends.
Fällen ausreichend. Man ist mit ihrer Hilfe aber häufig auch im Stande, die Art des elektrischen Zustandes zu bestimmen. Hierzu ist sogar oft schon das elektrische Doppelpendel ausreichend, d. h. es genügen zwei an Seidenfäden parallel neben- einander hängende Hollundermarkkügelchen oder Collodiumballons. Man theilt zu diesem Behufe der einen Kugel Elektricität der einen Art, also z. B. positive Elektricität mit, und berührt die zweite Kugel mit dem zu prüfenden elektrischen Körper. Stoßen sich hierauf beide Kugeln ab, so ist der zu untersuchende Körper gleichfalls positiv elektrisch, ziehen sie sich gegenseitig an, so ist er negativ elektrisch.
Beim Goldblatt-Elektroskop verfährt man in der Weise, daß man die Gold- blättchen zunächst in einer Art, also etwa wieder positiv elektrisirt und dadurch eine bestimmte Divergenz derselben erzielt; dann berührt man die Kugel des Elektroskopes mit dem zu prüfenden elektrischen Körper. Divergiren darauf die Blättchen noch stärker, so war der zu prüfende Körper positiv elektrisch, fallen sie ganz oder theilweise zusammen, so war er negativ elektrisch.
Urbanitzky
: Elektricität. 5
Ob man nun die eine oder die andere Methode zu einer derartigen Prüfung benutzt, ist es doch immer erforderlich, sich zuerst davon zu überzeugen, ob der Körper überhaupt elektrisch sei, wenn man sich nicht der Gefahr aussetzen will, falsche Resultate zu erhalten. Diese Methoden führen auch dann nicht zum Ziele, wenn man es mit sehr schwach elektrischen Körpern zu thun hat. Hierzu bedient man sich des von
Behrens
angegebenen Elektroskopes, welches von
Rieß
in die durch Fig. 3
4
dargestellte Form gebracht wurde. In einem vierseitigen Holzkasten, der an seinen beiden Längsseiten durch Glasplatten verschlossen ist, befindet sich eine Art galvanischer Batterie, wie wir solche später noch kennen lernen werden. Die speciell hier angewandte führt den Namen
Zamboni
’sche Säule. Sie wird in der Art hergestellt, daß man kreisrunde Scheiben aus unechtem Gold- und Silberpapier zu je zweien so aufeinanderlegt, daß sich ihre metallischen Seiten berühren. Tausend bis zweitausend solcher Paare werden dann, mit ihren Goldseiten nach der einen, mit ihren Silberseiten nach der entgegengesetzten Seite gerichtet, aufeinandergelegt und in einer Glasröhre durch zwei Metalldeckel zusammengepreßt. Die Metall- deckel als Pole der Säule erweisen sich dann einander entgegengesetzt elektrisch. Eine solche Säule, eingeschlossen in der Glasröhre
K Z
und ausgerüstet mit den Metall- deckeln, enthält auch das Elektroskop. An jedem der Metalldeckel ist bei
g
ein Gelenk angebracht, in welchem sich ein
S
-förmig gebogener Draht
d d
drehen kann. Die oberen Enden der Drähte ragen durch eine mit Glasröhren ausgekleidete längliche Spalte im Deckel des Holzkastens über denselben heraus und tragen die Metall- scheiben
k
und
z;
diese bilden die Pole der Zamboni’schen Säule, und zwar
k
den positiven,
z
den negativen Pol. Ueber die beiden Metallscheiben ist eine Glas- glocke gestülpt, in deren obere Oeffnung ein Metallstäbchen durch Schellack ein- gekittet ist. Dieses trägt an seinem oberen Ende die Kugel
r
, an seinem unteren Ende ein feines Goldblättchen. Die Scheiben
k
und
z
sind so gestellt, daß das Goldblättchen zwischen beiden in der Mitte hängt. So lange das Blättchen unelektrisch ist, wird es von beiden Scheiben
k
und
z
gleich stark angezogen und bleibt deshalb in der Mitte beider vertical hängen, vorausgesetzt, daß
k
und
z
gleich stark elektrisch sind. Sollte letzteres nicht der Fall sein, so verbindet man für kurze Zeit die beiden Metalldeckel der Zamboni’schen Säule durch die Metall- stange
t t
miteinander, indem man letztere gegen die Säule schiebt. In jedem Falle ist es leicht, durch Stellung der Metallscheiben
k z
und das eben angegebene Verfahren die durch
k
und
z
auf das Goldblättchen ausgeübten Anziehungen so zu reguliren, daß das Blättchen von beiden Seiten gleich stark angezogen wird und daher in der Mitte vertical herabhängt.
In diesem Zustande genügt jedoch die geringste Menge Elektricität, welche dem Goldblättchen mitgetheilt wird, um das Gleichgewicht zu stören. Denn ist nun das Goldblättchen elektrisch, so wird es allerdings auch jetzt noch von einer der Metallscheiben, und zwar der entgegengesetzt elektrischen, angezogen, aber die gleich- namige Metallscheibe stößt jetzt das Blättchen ab. Die große Empfindlichkeit dieses Instrumentes rührt eben davon her, daß die Anziehung der einen Metallscheibe und die Abstoßung der gegenüberstehenden Scheibe sich derart unterstützen, daß sie das Goldblättchen in derselben Richtung zu bewegen suchen.
Die Prüfung eines Körpers auf seinen elektrischen Zustand mit diesem Instrumente bedarf nach Vorstehendem kaum mehr einer Erklärung. Man berührt die Metallkugel des Elektroskopes mit dem zu prüfenden Körper und beobachtet das Goldblättchen. Bleibt es ruhig hängen, so ist der Körper unelektrisch; bewegt es sich gegen den positiven Pol
k
der Säule, so ist der Körper negativ elektrisch, und bewegt es sich gegen den Pol
z
, so ist der Körper positiv elektrisch.
Kehren wir nochmals zum einfachen elektrischen Pendel zurück, ändern dieses aber in der Weise ab, daß wir an die Hollundermarkkugel noch eine zweite Hol- lundermarkkugel
H
2
durch einen Metalldraht befestigen, in der Weise, wie es Fig. 35 zeigt. Berührt man nun wieder die Hollundermarkkugel
H
1
mit einem geriebenen Glasstabe, so wird sie positiv elektrisch und deshalb von der gleichfalls positiv elektrischen Glasstange abgestoßen; dasselbe Verhalten zeigt nun aber auch die Kugel
H
2
, ohne daß diese vorher von dem Glasstabe berührt worden ist. Ferner wird die Kugel
H
2
von einer geriebenen Siegellackstange angezogen; auch ist die Kugel
H
2
im Stande, leichte, unelektrisirte Körperchen anzuziehen, verhält sich also genau so, wie früher die Kugel des einfachen elektrischen Pendels. Da nun aber der Kugel
H
2
keine Elektricität mitgetheilt wurde, sie sich aber doch elektrisch, und zwar in derselben Art elektrisch erweist, wie die Kugel
H
1
, so folgt daraus, daß die der Kugel
H
1
mitgetheilte Elektricität auf die Kugel
H
2
übergeströmt sein muß. Das Experiment gelingt nicht, d. h. die Kugel
H
2
bleibt unelektrisch, wenn die beiden Kugeln nicht durch einen Metalldraht, sondern durch einen Seidenfaden mit- einander verbunden sind. Diese beiden Versuche lehren, daß ein Metalldraht die Elektricität leitet, ein Seidenfaden aber nicht. Man nennt deshalb den Metalldraht einen
Elektricitätsleiter
oder
Conductor
und den Seiden- faden einen
Nichtleiter
oder
Isolator
.
Bei der Prüfung der Körper auf ihren elektrischen Zustand durch das Goldblatt- oder durch das Qua- dranten-Elektroskop wurde erwähnt (S. 66), daß es nöthig sei, um Täuschungen zu vermeiden, vor der Unter- suchung, welche Art Elektricität der Körper besitze, zu prüfen, ob er überhaupt elektrisch sei. Es soll nun durch Nachstehendes gezeigt werden, welcher Art diese Täuschungen sein können. Nehmen wir an, das Goldblatt-Elektroskop sei durch einen geriebenen Glasstab elektrisirt, also die beiden Blättchen seien durch positive Elektricität zur Diver- genz gebracht. Ist nun der auf seinen elektrischen Zustand
Fig. 35.
Elektrisches Pendel.
zu prüfende Körper ein Metall und beispielsweise negativ elektrisirt, so werden die beiden Blättchen ihre Divergenz verlieren, sobald die Kugel des Elektroskopes mit dem Metallstücke berührt wird. Das Elektroskop hat also den negativ elektri- schen Zustand des Metalles ganz richtig angezeigt. Ist aber das Metallstück gar nicht elektrisch und berührt man nun die Kugel des positiv geladenen Elektroskopes, so werden die Blättchen ebenfalls ihre Divergenz ganz oder theilweise verlieren. Der Grund dieses Verhaltens liegt aber jetzt darin, daß durch Berühren der Kugel mit dem Metallstücke die ganze oder ein Theil der Elektricität aus den Blättchen in das Metallstück geflossen ist und die Blättchen daher in Folge einer vollkommenen oder theilweisen
Entladung
ihre Divergenz ganz oder theilweise einbüßen.
Hätte man also nicht vorher schon geprüft, ob das Metallstück überhaupt elektrisch ist, so würde das letzte Experiment zu der Ansicht verleiten können, das
5*
Metallstück sei negativ elektrisch. Bei Anwendung des Elektroskopes von Behrens ist ein derartiger Irrthum überhaupt nicht möglich.
Die Divergenz der Blättchen eines Elektroskopes nimmt sofort ab, wenn man die Kugel desselben mit einem Körper berührt, weil auf diesen Elektricität von den Blättchen übergegangen ist. Es läßt sich dieses Verhalten durch nach- stehendes Experiment unzweifelhaft nachweisen. Man berührt die Kugel eines elektrisirten Elektroskopes mit der Kugel eines zweiten Elektroskopes; sofort ver- mindert sich die Divergenz der Blättchen im ersten Elektroskope und gleichzeitig divergiren die früher parallel herabhängenden Blättchen des zweiten Elektroskopes: das erste Elektroskop hat also offenbar an das zweite Elektricität abgegeben. Prüft man nun das zweite Elektroskop auf die Art seiner elektrischen Ladung, z. B. mit Hilfe des Elektroskopes von Behrens, so findet man, daß das zweite Elektroskop denselben elektrischen Zustand zeigt, welchen früher das erste besaß. Wir können daher allgemein sagen: Wenn man einen elektrischen Körper mit einem unelektrischen Körper berührt, so verliert ersterer einen Theil seiner Elektricität und der berührende Körper wird in derselben Art elektrisch wie der berührte.
Wenngleich dieser Satz über das Verhalten unelektrischer Körper gegenüber elektrischen ganz allgemein gilt, so ist hierbei doch bei den einzelnen Körpern ein Unterschied wahrnehmbar. Berührt man z. B. die Kugel des elektrisirten Elektroskopes mit einer Siegellackstange, so nimmt die Divergenz der Blättchen etwas ab, und prüft man dann die Siegellackstange am Behrens’schen Elektroskope, so findet man sie nur an jener Stelle elektrisch, welche mit der Kugel des ersten Elektroskopes in Berührung gestanden war; an allen übrigen Stellen ist die Stange unelektrisch. Andere Körper, wie z. B. Metalle, zeigen sich hingegen bei derselben Behandlung an ihrer ganzen Oberfläche elektrisch. Im ersten Falle ist also die Elektricität auf eine Stelle der Siegellackstange übergegangen und daselbst geblieben; im zweiten Falle hat sich aber die Elektricität über den ganzen Metallkörper sofort aus- gebreitet. Dieser Versuch zeigt also noch deutlicher als der vorhin angegebene mit den beiden Kugeln des elektrischen Pendels, daß man die Körper je nach ihrer Leitungsfähigkeit für Elektricität wohl zu unterscheiden hat, und zwar, wie bereits angegeben wurde, in leitende und nicht leitende Körper.
Berührt man die Kugel eines geladenen Elektroskopes mit der Hand, so fallen die Goldblättchen sofort zusammen, woraus hervorgeht, daß der menschliche Körper ein Leiter ist. Die Elektricität gelangt vom Elektroskope in den Körper und wird von diesem der Erde mitgetheilt, also auf eine so große Masse vertheilt, daß sie nicht mehr nachweisbar ist. Man kann deshalb auch einen Körper prüfen, ob er ein Leiter ist oder nicht, indem man ihn mit der Hand an ein geladenes Elektroskop hält. Fallen die Blättchen ganz zusammen, so ist er ein Leiter, was auch noch dadurch bestätigt wird, daß der Körper, hierauf an einem zweiten Elektroskope geprüft, sich vollkommen unelektrisch erweist, da er seine Elektricität sofort unter Vermittlung der Hand und des menschlichen Körpers an die Erde abgegeben hat.
Untersucht man in dieser Art die verschiedenen Körper, so beobachtet man, daß das Zusammenfallen der Goldblättchen in sehr verschieden langen Zeit- räumen eintritt, woraus gefolgert werden muß, daß das Leitungsvermögen der verschiedenen Körper ein sehr verschiedenes ist. Metalle entladen das Elektroskop fast augenblicklich, Harze äußerst langsam, trockenes Holz in meßbarer Zeit. Es giebt daher keine scharf gezogene Grenze zwischen Leiter und Nichtleiter. Man kann dieses Verhalten der Körper auch so auffassen, daß jeder Körper dem Durchgange der Elektricität einen gewissen Widerstand entgegensetzt, der gute Leiter einen geringen, der schlechte Leiter, da ein absoluter Nichtleiter nicht existirt, einen sehr bedeutenden. Der Unterschied zwischen leitenden und isolirenden Körpern ist kein qualitativer, sondern nur ein quantitativer, und der Uebergang von Körpern der einen Art zu Körpern der andern Art ist kein sprungweiser, sondern ein allmäliger. Wenn man daher die Körper in drei Gruppen, nämlich Leiter, Halbleiter und Nichtleiter eintheilt, so sind diese voneinander nicht scharf abgegrenzt, sondern man rechnet zu den Leitern solche Körper, welche ein Elektroskop fast momentan entladen, zu Halbleitern solche, welche hierzu eine meßbare Zeit, also einige Secunden brauchen, und endlich zu Nichtleitern diejenigen, durch deren Anlegung an das Elektroskop letzteres selbst nach Verlauf einer Minute noch nicht entladen ist. Hiernach ist auch nach- stehende Tabelle (nach Rieß) aufzufassen.
Leiter
:
Die Metalle,
Holzkohle,
Graphit,
Säuren,
Salzlösungen,
Seewasser,
Quellwasser,
Regenwasser,
Schnee,
Lebende Vegetabilien,
Lebende animalische Theile,
Lösliche Salze,
Leinen,
Baumwolle.
Halbleiter
:
Alkohol,
Aether,
Schwefelblumen,
Trockenes Holz,
Marmor,
Papier,
Stroh,
Eis bei 0 Grad.
Nichtleiter
:
Trockene Metalloxyde,
Fette Oele,
Asche,
Eis bei — 25 Grad C.,
Phosphor,
Kalk,
Kreide,
Kautschuk,
Kampher,
Aetherische Oele,
Porzellan,
Getrocknete Vegetabilien,
Leder,
Pergament,
Trockenes Papier,
Federn,
Haare,
Wolle,
Gefärbte Seide,
Seide,
Edelsteine,
Glimmer,
Glas,
Wachs,
Schwefel,
Harze,
Bernstein,
Schellack.
Die Grenzen zwischen den einzelnen Gruppen sind aber auch aus dem Grunde nicht unverrückbare, weil die Leitungsfähigkeit eines und desselben Materiales auch von der Beschaffenheit seiner Oberfläche abhängt. Ferner sind alle Körper mehr oder weniger hygroskopisch, d. h. geneigt, Wasser an ihrer Oberfläche zu condensiren, und ändern dann ihre Leitungsfähigkeit auch mit dem Wechsel der Temperatur, so daß im Großen und Ganzen Nichtleiter in Folge des letzterwähnten Umstandes bei niedrigerer Temperatur die Elektricität besser leiten als bei höherer, weil sie bei ersterer mehr Wasser aufnehmen. Hingegen können starke Temperatur- erhöhungen gerade das Gegentheil bewirken. So werden z. B. glühendes Glas und geschmolzenes Harz zu guten Leitern der Elektricität.
Bei der Aufstellung der obigen Tabelle wurde mit dem besten Leiter begonnen und mit dem schlechtesten geschlossen. Den Schluß bilden Schellack, Bernstein, Harze, Schwefel und Glas, während die Metalle an der Spitze stehen. Es ist daher erklärlich, warum man schon in frühester Zeit die Beobachtung machte, daß Bern- stein durch Reiben elektrisch werde und daß andererseits selbst Gilbert noch glaubte, Metalle werden durch Reiben nicht elektrisch. Die schlechten Leiter oder Isolatoren,
Fig. 36.
Elektricität durch Reibung.
wie Bernstein, Schwefel und Harze, konnte man beim Reiben in der Hand halten, ohne durch diese die Elektricität gleich zur Erde abzuleiten; sie blieben eben wegen ihrer schlechten Leitungs- fähigkeit an der geriebenen Stelle elektrisch. Die Metalle hin- gegen leiten die durch Reiben hervorgerufene Elektricität durch die Hand sofort zur Erde ab und erscheinen deshalb unelektrisch. Versieht man jedoch Metallstücke mit Glasgriffen und hält sie beim Reiben nur an diesen, so werden sie ebenfalls elektrisch.
Sehr merkwürdig ist eine Beobachtung, welche
Sale
im Jahre 1873 am Selen gemacht hat. Dieser entdeckte nämlich, daß das Selen seine Leitungsfähigkeit erhöht, wenn es vom Lichte bestrahlt wird. Diese Entdeckung führte, wie wir in der zweiten Abtheilung dieses Buches sehen werden, zur Erfindung des Photophons.
Die Gase gehören zu den schlechten Leitern der Elektricität; wäre dies nicht der Fall, so wäre uns die Elektricität wohl unbekannt geblieben, weil dann jeder Körper die auf ihm er- regte Elektricität sofort an die Luft abgeben würde. Auch der leere Raum oder das Vacuum ist kein Leiter der Elektricität. Ist jedoch die Luft feucht, so wird sie ein Halbleiter, und dies ist der Grund, warum viele elektrische Experimente bei feuchter Luft nicht gelingen.
Wir unterschieden weiter oben (S. 64) idioelektrische oder elektrisirbare und anelektrische oder nicht elektrisirbare Körper. Sehen wir nun auf die Tabelle der Elektricitätsleiter oder Conductoren und der Nichtleiter oder Isolatoren, so finden wir jene Körper, welche als nicht elektrisirbare angegeben wurden, in der Gruppe der Leiter, jene, welche als elektrisirbare angegeben wurden, in der Gruppe der Nichtleiter. Wir kennen nun bereits auch den Grund dieses verschiedenen Verhaltens und sehen ein, daß es nicht genügt, einen Körper in die Hand zu nehmen und zu reiben, um festzustellen, ob dieser Körper elektrisirbar sei oder nicht. Wir müssen vielmehr, wenn es sich um einen Elektricitätsleiter handelt, diesen sorgfältig isoliren, d. h. mit Substanzen umgeben, welche die Elektricität nicht leiten; dann erst können wir untersuchen, ob er durch Reiben elektrisch wird oder nicht. Dies hat man auch in der That ausgeführt, sobald man den Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter erkannt hatte, und dabei stellte es sich nun heraus, daß durch Reiben unter Beobachtung der in Bezug auf Leiter angegebenen Vorsicht alle Körper ohne Ausnahme elektrisch werden.
Bei dieser Art der Untersuchung ergab sich aber von selbst auch noch die Entdeckung einer sehr wichtigen Thatsache. Da beim Reiben eines Körpers mit einem zweiten auch der reibende Körper gerieben wird, so muß ja auch dieser elektrisch werden; und als man bei den betreffenden Versuchen das Reibzeug isolirte, fand man diese Voraussetzung auch wirklich bestätigt. Man stellt solche Versuche am einfachsten derart an, daß man die zu untersuchenden Platten
A
und
B
(Fig. 36) mit Glasgriffen versieht. Ist z. B.
A
eine Glasplatte,
B
eine mit amalgamirtem Leder überzogene Platte, und werden beide gegeneinander gerieben, so zeigt ein einfacher Versuch an einem Elektroskope, daß sowohl das reibende Amalgam, als auch die geriebene Glasplatte elektrisch geworden sind; das Elektroskop zeigt aber auch an, daß hierbei die Glasplatte positiv, das Amalgam negativ elektrisch wurde. Nimmt man an Stelle der Glasplatte eine Harzplatte und versieht die Platte
B
mit Wolle statt des amalgamirten Leders, so wird sich die Harzplatte nach dem Reiben negativ elektrisch, die Wolle positiv elektrisch erweisen. Reibt man in der- selben Weise Glas mit Wolle, so wird das Glas sich positiv, die Wolle negativ elektrisch erweisen. Ein ähnliches Verhalten zeigen aber alle Körper, wenn sie mit- einander gerieben werden.
Aus diesen Versuchen ergeben sich zwei wichtige Grundgesetze: 1.
Sämmt- liche Körper werden durch Reiben elektrisch. 2. Bei der Reibung zweier Körper werden stets beide elektrisch, und zwar der eine positiv und der andere negativ
.
Die Versuche zeigen aber auch, daß ein und derselbe Körper einmal positiv und ein nächstesmal negativ elektrisch werden kann, je nachdem er mit verschiedenen Körpern gerieben wird, wie wir dies an der Wolle beobachteten; diese wird, auf Glas gerieben, positiv, auf Harz gerieben, negativ elektrisch. Worin dieses ver- schiedene Verhalten seinen Grund hat, wurde bis heute noch nicht ermittelt, wohl aber haben verschiedene Forscher Reihen aufgestellt, in welchen jeder vorhergehende, mit jedem nachfolgenden Körper gerieben, positiv elektrisch wird, während jeder nachfolgende, mit jedem vorhergehenden gerieben, negativ elektrisch wird. Eine solche Reihe nennt man
Spannungsreihe
, und nachstehende Spannungsreihe ist von
Faraday
aufgestellt worden:
Katzen- und Bärenfell
Flanell
Elfenbein
Federkiele
Bergkrystall
Flintglas
Baumwolle
Leinwand
Weiße Seide
Die Hand
Holz
Lack
Eisen, Kupfer, Messing, Zinn, Silber, Platin
Schwefel.
Diese Spannungsreihe stimmt mit Spannungsreihen, welche von anderen Forschern aufgestellt wurden, im Wesentlichen überein. Sie erleidet aber bedeutende Abänderungen, wenn die einzelnen Körper in verschiedenen Formen oder Zuständen verwendet werden. Reibt man z. B. alte Glasflächen, so werden sie fast immer positiv elektrisch; nur das Reiben mit Raubthierfellen und einigen Krystallen bildet eine Ausnahme. Matt geschliffene Glasflächen werden jedoch auch dann negativ elektrisch, wenn man sie mit Federn, Holz, Wolle, Papier oder mit der Hand reibt. In ähnlicher Art weichen viele Körper der Spannungsreihe von dem durch diese ausgedrückten Verhalten ab.
Quellen der Elektricität.
Bislang wurde nur die Reibung als Quelle der Elektricität betrachtet; sie ist aber, wenn auch eine hervorragende, so doch nicht die einzige Quelle. Es wird uns nicht überraschen, daß auch Feilen und Schaben, als eine dem Reiben ähnliche Thätigkeit, Elektricität hervorruft. Man weist dies am einfachsten dadurch nach, daß man Siegellack oder einen anderen Isolator feilt und die Späne auf eine Metallscheibe auffallen läßt, welche man an Stelle der Kugel auf ein Goldblatt- Elektroskop aufschraubt.
In wenig verschiedener Art wirkt auch das Schneiden, Spalten und Zer- brechen der Körper auf diese elektrisirend; Elektricität wird ferner durch Druck hervorgerufen, und in dieser Richtung sind namentlich gewisse Mineralien aus- gezeichnet. So wird z. B. der isländische Doppelspath durch Drücken mit der Hand nicht nur elektrisch, sondern behält seinen elektrischen Zustand lange Zeit bei.
Die mechanischen Einwirkungen sind jedoch nicht die einzigen Mittel, um einen Körper elektrisch zu machen; man erreicht dies vielmehr auch durch Einleitung chemischer Processe, und gerade diese Art der Elektricitätserregung gehört zu den wichtigsten; ihr soll ein späterer Abschnitt dieses Buches gewidmet werden.
Elektricität wird ferner durch Erwärmen der Körper hervorgerufen, und zwar sowohl durch Erwärmen der Löthstellen gewisser Metallcombinationen, worauf wir gleichfalls später noch zurückkommen werden, als auch durch Erhitzen verschie- dener Krystalle; die letzterwähnten Erscheinungen an Krystallen bezeichnet man mit dem Namen
Pyro-Elektricität
.
Ein ausgezeichnetes Beispiel für Pyro-Elektricität giebt der Turmalin. Der- selbe ist unelektrisch, so lange sich seine Temperatur von jener der Umgebung nicht unterscheidet. Wird er jedoch erwärmt oder abgekühlt, so zeigt er zwei einander entgegengesetzte elektrische Pole, welche mit Hilfe eines Elektroskopes leicht nach- gewiesen werden können. Die Pole, welche der Krystall beim Erwärmen und beim Abkühlen zeigt, sind einander entgegengesetzt, d. h. jener Pol, welcher beim Er- wärmen positiv wird, zeigt sich beim Abkühlen als negativer Pol, und jener Pol, der beim Erwärmen negativ elektrisch erscheint, wird beim Abkühlen positiv.
So verhalten sich jedoch nicht nur die vollkommenen Turmalinkrystalle sondern auch Bruchstücke derselben; letztere erhalten dann ihren positiven Pol an jener Stelle des Bruchstückes, welche vor dem Zerbrechen dem positiven Pole des ganzen Krystalles am nächsten lag. Der Turmalin behält seine elektrischen Eigen- schaften selbst dann noch bei, wenn man ihn pulvert. Diesen Versuch stellt man in der Weise an, daß man das Pulver auf einem Bleche erwärmt und dann mit einem Glasstabe durcheinanderrührt. Das Pulver ballt sich dann in Folge der Anziehungskraft der elektrischen Theilchen untereinander zusammen; sobald jedoch das Pulver die Temperatur der Umgebung wieder angenommen hat, hört auch das Zusammenballen auf.
Das eben geschilderte elektrische Verhalten des Turmalins ist jedoch nicht diesem Minerale ausschließlich eigenthümlich, sondern kommt an vielen anderen Krystallen, wie z. B. am Schwerspath, Topas, Borazit u. a. in mehr oder weniger deutlich ausgesprochener Form vor.
Schließlich möge noch eine Art der Elektricitätserregung erwähnt werden, die bei einem bestimmten chemischen Processe, nämlich jenem der Verbrennung, auf- tritt. Es wurde durch verschiedene Forscher nachgewiesen, daß die Flammen von Wasserstoffgas, Wachs, Alkohol, Oel u. dgl. sich elektrisch erweisen; ähnliches Verhalten zeigen glimmende Körper, was z. B. durch ein auf das Elektroskop aufgesetztes Räucherkerzchen ersichtlich wird. Das Elektroskop zeigt hierbei negative Elektricität des Kerzchens an, während sich der abziehende Rauch als positiv elek- trisch erweist.
Gesetze der elektrischen Anziehung und Abstoßung.
Bereits bei den Versuchen mit dem
Henley
’schen Quadranten-Elektrometer und dem Goldblatt-Elektroskope wurde beobachtet, daß sich die beiden Pendel stärker abstoßen, also einen größeren Winkel miteinander einschließen, wenn die ihnen ertheilte elektrische Ladung eine größere wird, als bei Mittheilung kleiner Elektricitätsmengen. In welchem Verhältnisse jedoch die Größe der Abstoßung zu der Stärke der Ladung steht, konnte mit diesen Instrumenten nicht bestimmt werden; um dies zu erreichen, also die Gesetze der elektrischen Anziehung und Abstoßung festzustellen, bedarf es eines Instrumentes, dessen Angaben genauer und verläßlicher sind.
Coulomb
, der diese Gesetze entdeckte, hat sie mit der Drehwage nachgewiesen.
Die Drehwage, wie sie zum Nachweise der elektrischen Anziehungs- und Abstoßungsgesetze verwendet wird, ist in Fig. 37 abgebildet. Sie unterscheidet sich von der bereits besprochenen magnetischen Drehwage (S. 51), wie ein Blick auf die beiden Figuren lehrt, nur in einigen Theilen. Zunächst muß der Aufhängedraht
d
für den Wagebalken sehr dünn genommen werden, da es sich in der Regel um Messungen sehr schwacher Kräfte handelt. Der Wagebalken besteht aus einem Schellack- oder Glasfaden, oder endlich, wie
Rieß
angiebt, aus einem Schellackcylinderchen, auf welchem an seinen beiden Enden Glasfäden befestigt sind; letztere werden über- dies noch mit Schellack überzogen. Der Wagebalken trägt an einem Ende eine ver- goldete Hollundermarkkugel
B
und an dem gegenüberliegenden Ende eine vertical gestellte Glimmerscheibe. Diese hat einerseits den Zweck, der Kugel das Gleich- gewicht zu halten, andererseits dient sie als Zeiger, um die Stellung des Wage- balkens an der Cylindertheilung ablesen zu können. Durch die Oeffnung
D
im Deckel des Glascylinders kann eine der Kugel
B
an Größe genau gleiche, ver- goldete Hollundermarkkugel eingeführt werden. Diese Kugel, welche man die Stand- kugel nennt, ist an einem Schellackstäbchen befestigt. Die Oeffnung
E
dient dazu, um der Standkugel und der anliegenden Kugel des Wagebalkens Elektricität mit- theilen zu können.
Die Versuche werden in folgender Weise durchgeführt: Zunächst stellt man den Wagebalken so, daß seine Kugel die Standkugel berührt, ohne daß der Metall- draht tordirt ist. Dann theilt man der Standkugel Elektricität mit, indem man eine elektrisirte und an einem isolirenden Stiele befindliche Metallkugel durch die Oeffnung
E
in den Glascylinder einführt und die Standkugel mit der Metallkugel einen Augenblick berührt. Die Elektricität strömt dann von der Metallkugel auf die Standkugel über, und da diese mit der gleich großen Kugel des Wagebalkens in Berührung ist, vertheilt sich die elektrische Ladung auf beide Kugeln der Tor- sionswage in gleicher Weise. Jetzt stoßen sich die Standkugel und die Kugel
B
wegen ihres gleichnamigen elektrischen Zustandes einander ab und der Wagebalken dreht sich um einen bestimmten Winkel aus seiner ursprünglichen Gleichgewichtslage. Er erreicht seine neue Gleichgewichtslage, wenn die Kraft der Abstoßung beider Kugeln gleich ist der ihr entgegenwirkenden Torsionskraft des Metalldrahtes.
Nach diesem ersten Versuche dreht man den Torsionskreis derart, daß die Torsion des Drahtes vermehrt wird und bringt dadurch die Kugel des Wagebalkens
Fig. 37.
Coulomb’s Drehwage.
der Standkugel näher. Auch jetzt wird sich der Wagebalken im Gleichgewichte befinden, sobald die abstoßende Kraft der beiden elektrischen Kugeln gleich ist der Torsionskraft des Drahtes. Eine neuerliche Drehung des Torsionskreises im vorigen Sinne giebt für eine dritte Stellung der Kugeln gegeneinander die Größe der einander entgegenwirkenden Kräfte. Die Größe der elektrischen Kräfte in den verschiedenen Stellungen wird in derselben Art aus diesen Ver- suchen bestimmt, wie dies bei der Nach- weisung der magnetischen Kräfte bereits angegeben wurde (S. 51). Die Zahlen, welche man dann erhält, zeigen, daß sich die abstoßenden Kräfte umgekehrt wie die Quadrate der Entfernungen verhalten.
In ähnlicher Weise kann das Verhalten ungleichnamiger Elektricitäten, also die elektrische Anziehung, unter- sucht werden; auch aus diesen Ver- suchen resultirt, daß sich die anziehen- den Kräfte umgekehrt verhalten wie die Quadrate der Entfernungen.
Bei den vorhergehenden Ver- suchsreihen wurde das Verhalten der anziehenden oder abstoßenden Kräfte nur in Bezug auf die Entfernung beider Kugeln voneinander unter- sucht. Auf die Größe der abstoßen- den oder anziehenden Kraft hat aber außerdem die Menge der wirkenden Elektricität Einfluß. In welcher Art diese ihre Wirkung geltend macht, kann ebenfalls mit der Torsionswage leicht gezeigt werden. Zu diesem Behufe elektrisirt man die Standkugel ganz in derselben Weise wie bei unserem ersten Versuche; dann dreht man den Torsionskreis, bis der Wagebalken einen bestimmten Winkel mit seiner früheren Ruhelage einschließt. Hierauf berührt man die Standkugel mit einer ihr ganz gleichen, ebenfalls isolirten, aber unelek- trischen Kugel. Nun strömt von der Standkugel auf die ihr genäherte Kugel so lange Elektricität über, bis beide Kugeln gleich stark elektrisch sind; in der Standkugel bleibt somit, nachdem die zweite Kugel entfernt worden ist, die Hälfte der ursprünglichen Elektricitätsmenge zurück. Diese übt auf die Kugel des Wage- balkens eine geringere Abstoßungskraft aus, und die Kugel des Wagebalkens wird sich daher der Standkugel nähern; durch Drehung am Torsionskreise kann jedoch der Wagebalken wieder in die früher innegehabte Stellung gebracht werden. Man findet dabei, daß die Torsionskraft im letzteren Falle die Hälfte der Torsion beim ersten Versuche beträgt. Nun berührt man die Standkugel mit einem nicht isolirten Leiter und entzieht ihr auf diese Weise die ganze Elektricität. Der Wagebalken dreht sich dann bis zur Berührung seiner Kugel mit der Standkugel zurück und giebt an diese die Hälfte seiner Elektricität ab; nun stoßen sich die Kugeln neuerdings ab, und der Winkel wird mit Hilfe des Torsionskreises wieder auf dieselbe Größe gebracht. Die Torsionskraft zeigt sich abermals um die Hälfte verringert. Also z. B. in der Art: Die der Standkugel anfänglich mitgetheilte Elektricitätsmenge betrage 4 Einheiten irgend welchen Maßsystemes. Durch Berührung mit der Kugel des Wagebalkens vertheilen sich diese 4 Einheiten zu 2 und 2 auf die Standkugel und jene des Wagebalkens. Durch Berühren der Standkugel mit einer ihr gleich großen Kugel giebt sie die Hälfte ihrer Elektricität ab und somit bleiben auf der Standkugel die Elektricitätsmenge 1 und auf der Kugel des Wagebalkens die Menge 2. Dann wird die Standkugel entladen, beide Kugeln zur Berührung gebracht, also die Elektricitätsmenge 2 auf der Kugel des Wagebalkens halbirt und man hat jetzt auf jeder Kugel die Menge 1. Die Experimente geben aber, wenn man z. B. den Wagebalken immer auf 30 Grad einstellt, im ersten Falle eine Torsion von 96 Grad, im zweiten Falle von 38 Grad und im dritten Falle von 4 Grad. Die Torsionskräfte verhalten sich daher wie
30 + 4 zu 30 + 38 zu 30 + 96 oder 34 zu 68 zu 126.
Die Elektricitätsmengen aber wie
2mal 2 zu 2mal 1 zu 1mal 1 oder 4 zu 2 zu 1,
d. h. wird die Elektricitätsmenge halbirt, so muß auch die entgegenwirkende Torsionskraft halbirt werden, wenn der Ausschlagwinkel des Wagebalkens gleich- bleiben soll, oder mit anderen Worten: Die elektrischen Abstoßungen verhalten sich gerade so wie die Producte aus den aufeinander einwirkenden Elektricitäts- mengen.
Fassen wir nun die Versuche mit der Torsionswage, wie sie jetzt beschrieben wurden, zusammen und bedenken wir noch, daß bei einer elektrisirten Kugel die von allen Punkten ihrer Oberfläche gleichförmig ausgeübten Kräfte in ihrem Mittel- punkte vereinigt angenommen werden können, so ergiebt sich folgendes Gesetz:
Zwei elektrisirte Punkte ziehen sich an oder stoßen sich ab, propor- tional dem Producte der auf beiden vorhandenen Elektricitätsmengen und umgekehrt proportional dem Quadrate ihres Abstandes
.
Messung der Elektricität
Die Messung der Elektricitätsmengen, welche die Körper besitzen, kann in zweierlei Weise erfolgen; entweder man bestimmt blos das Verhältniß der Elek- tricitätsmengen zweier oder mehrerer Körper zueinander, oder man drückt die Elek-
Fig. 38.
Torsions-Elektrometer von Kohlrausch.
tricitätsmenge durch ein absolutes Maß aus. Zu Messungen der ersten Art kann wieder die Torsionswage dienen und hat die Ausführung der Messung, nachdem wir das Gesetz über die Ein- wirkung elektrisirter Körper aufeinander kennen, keine Schwierigkeit mehr. Man ladet die Standkugel in zwei auf- einanderfolgenden Versuchen mit den beiden zu vergleichenden Elektricitäten und bekommt dann aus den Größen für die Torsionskräfte, die in der vorhin angegebenen Weise bestimmt werden, das Verhältniß beider Elektri- citätsmengen zueinander.
Um Elektricitätsmengen im ab- soluten Maße zu messen, muß man zunächst eine Einheit feststellen. Solche werden von verschiedenen Forschern angegeben.
Weber
schlägt in Ueber- einstimmung mit dem magnetischen Maße jene Elektricitätsmenge als Ein- heit vor, welche, auf einer kleinen Kugel vertheilt, eine andere genau gleiche und mit der gleichnamigen und gleich großen Elektricitätsmenge geladene Kugel, die von der ersten 1 Millimeter entfernt ist (von Mittelpunkt zu Mittelpunkt gerechnet), mit einer Kraft abstößt, welche der Masse von 1 Milligramm in einer Secunde die Geschwindigkeit von 1 Millimeter ertheilt.
Die Torsionswage kann nur dann, wenigstens unmittelbar, zu Messungen verwendet werden, wenn es sich nicht um gar zu geringe Größen handelt. Zur Messung dieser bedient man sich besser der von Dellmann und Kohlrausch angegebenen empfindlicheren Instrumente oder, wenn äußerste Empfindlichkeit ge- fordert wird, des Quadrauten-Elektrometers von Thomson.
Dellmann
’s Meßapparat ist der Hauptsache nach eine Torsionswage, die aber durch einige Abänderungen gegenüber der gewöhnlichen Torsionswage bedeutend empfindlicher gemacht wurde. Zunächst sind schon Wagebalken und Aufhängeart anders; Dellmann verwendet nämlich an Stelle des Wagebalkens aus Schellack einen solchen aus Metall und an Stelle des Drahtes zu dessen Aufhängung einen Glasfaden. Die Standkugel wird aber durch eine ganz eigenartige Einrichtung ersetzt. Diese besteht aus einem horizontal aufgestellten Metallbügel, gegen welchen sich der Wagebalken so anlegen kann, daß die eine Hälfte desselben die eine Seite und die andere Hälfte desselben die andere Seite des Bügels berührt. Daß diese Einrichtung die Empfindlichkeit der Torsionswage bedeutend vermehrt, ist begreiflich, denn wenn man nun Wagebalken und Bügel gleichnamig elektrisirt, so stoßen sich beide in ihrer ganzen Länge ab, während bei der gewöhnlichen Torsionswage die Abstoßung nur zwischen zwei Kugeln geringen Durchmessers stattfindet.
Die Form, welche das Instrument von
Kohlrausch
bekam, ist in Fig. 38 abgebildet. Der Bügel
a a
ist aus Silber angefertigt und durch Schellackfüßchen
b b
festgekittet. Der Wagebalken, gleichfalls aus Silber, hängt an dem Glasfaden
i
so in den Ausschnitt von
a a
hinein, daß er sich in Folge der Biegungen des Bügels zu beiden Seiten an denselben anlegen kann. Der Spiraldraht unterhalb des Wagebalkens dient zur Zuleitung der Elektricität. Die Messungen selbst werden mit diesem Instrumente in ganz ähnlicher Art ausgeführt wie bei der gewöhnlichen Tor- sionswage.
Kohlrausch hat noch ein zweites Elek- trometer (Sinus-Elektrometer) angegeben, bei welchem die der elektrischen Abstoßung ent- gegenwirkende Kraft in der Richtkraft des Erdmagnetismus, ausgeübt auf eine Magnet- nadel, besteht. Wenngleich dieses und das vorerwähnte Instrument bedeutend empfind- licher sind als die gewöhnliche Torsionswage, und namentlich das Sinus-Elektrometer von Kohlrausch ganz bequem ist, sobald es sich darum handelt, eine größere Anzahl von Messungen rasch hintereinander auszuführen, so versagen doch auch diese Apparate bei
Fig. 39
Quadranten.
exacten Messungen sehr schwacher Elektricitäten ihren Dienst und dann muß an deren Stelle Thomson’s Quadranten-
Elekrometer
treten.
Das
Quadranten-Elektrometer
von
Thomson
beruht dem Principe nach darauf, daß ein constant elektrisirter Körper auf einen mit der zu unter- suchenden Elektricität geladenen zweiten Körper einwirkt und diesen zu drehen sucht, oder daß der zweite Körper feststeht und den ersten zu drehen sucht. Auf Grundlage dieses Principes hat Thomson eine größere Anzahl von Meßapparaten construirt, deren einer, und zwar jener, welcher die größte Verbreitung erlangte, nachstehend beschrieben werden soll.
Der charakteristische Bestandtheil desselben, die Quadranten mit der Nadel, sind in Fig. 39 getrennt abgebildet, während Fig. 40 eine perspectivische Ansicht des ganzen Elektrometers giebt. Die vier Quadranten zusammengenommen bilden eine flache cylindrische Büchse (Fig. 39), die durch zwei aufeinander senk- recht geführte Schnitte in die vier Theile oder Quadranten
A, B, C, D
getheilt ist. Das Material der Quadranten ist Messingblech. Je zwei einander gegenüberliegende Quadranten sind durch Drähte leitend miteinander verbunden, und sämmtliche Quadranten nach innen zu so ausgeschnitten, daß ihre inneren Begrenzungen einen zum Umfange des ganzen Cylinders concentrischen Kreis bilden. Innerhalb der vier Quadranten schwebt, an einem feinen Platindrahte aufgehängt, die Nadel
C
von der aus der Figur ersichtlichen eigenthümlichen (lemniskatischen) Form. Diese Nadel ist aus Aluminiumblech gefertigt.
Der Platindraht, an welchem die Nadel hängt, ist nach unten verlängert und trägt an seinem unteren Ende ein kleines Platingewichtchen; oberhalb der Nadel, bei
t
, sind an dem Platindrahte ein kleiner Hohlspiegel und ein Magnetstäbchen
Fig. 40.
Quadranten-Elektrometer von Thomson.
befestigt, und das Ganze, nämlich Platindraht, Spiegel, Magnet und Nadel, sammt dem herab- hängenden Drahte mit dem Ge- wichtchen hängt an einem Cocon- faden. Die ganze Vorrichtung umgiebt ein unten abgerundeter Glascylinder, der in einem festen Gestelle so gehalten wird, daß sein oberer Rand in eine hori- zontale Ebene fällt. Der Glas- cylinder selbst ist außen und innen bis nahe an seinen oberen Rand mit Stanniol belegt, so daß er, wie wir später sehen werden, eine Kleist’sche Flasche bildet. Er enthält in seinem unteren Theile concentrirte Schwefelsäure, welche den dop- pelten Zweck erfüllt, die Luft innerhalb des Elektroskopes trocken zu erhalten und die Nadel mit der inneren Belegung der Flasche in leitende Verbindung zu setzen. Nach oben zu ist der Glas- cylinder durch einen Metalldeckel abgeschlossen, an welchem durch Glasstäbe die Quadranten (
a b
, Fig. 40) befestigt sind. Die Zuleitung der Elektricität zu den Quadranten
a
und
b
erfolgt durch die von den übrigen Theilen des Elek- trometers wohl isolirten Elektroden 1 und
m;
die Enden der von diesen Elek- troden zu den beiden Quadranten führenden Drähte sind in der Figur als zwei Spiralen sichtbar.
Setzt man die äußere Belegung des Glascylinders mit der Erde in leitende Verbindung und theilt der inneren Belegung Elektricität mit, so bleibt die Ladung des Instrumentes (der Flasche) und somit auch der Nadel, die durch Vermittlung der Schwefelsäure und des Platindrahtes geladen wird, lange Zeit hindurch con- stant. Die Quadranten erhalten ihre elektrische Ladung, wie bereits angedeutet, durch die Elektroden 1 oder
m;
gewöhnlich setzt man eine der Elektroden mit der Erde in leitende Verbindung, die andere mit der zu prüfenden Elektricitätsquelle. In Folge der früher angegebenen Verbindung je zweier einander gegenüberlie- gender Quadranten ist dann ein Paar geladen, das andere aber unelektrisch.
Die Ruhelage der Nadel, d. h. jene Lage, welche sie einnimmt, so lange sämmtliche Quadranten unelektrisch sind, ist aus Fig. 39 ersichtlich; sie ist derart, daß die Nadel durch einen der die Quadranten trennenden Schnitte genau in zwei gleiche Hälften getheilt wird. Die Nadel wird in dieser Lage gehalten durch Ein- wirkung des außerhalb des Glascylinders angebrachten und am Gestelle befestigten Magnetes (Fig. 40) auf die kleine Magnetnadel bei
t
.
Die Messungen mit dem eben beschriebenen Elektrometer werden in folgender Art vorgenommen. Zunächst theilt man der inneren Belegung des Glascylinders eine gewisse Menge Elektricität durch die Elektrode
p
mit, welche mit dieser Be- legung in leitender Verbindung steht. Die Ladung, welche die innere Belegung auf diese Weise erhält, bleibt längere Zeit constant und theilt sich auch der Aluminium- nadel mit, indem sie durch die Schwefelsäure und den Platindraht, der bis nahe an die Oberfläche der letzteren durch einen Cylinder
W
geschützt ist, geleitet wird. Die Aluminiumnadel bleibt vorläufig in ihrer Lage unverändert erhalten, da sie zu den unelektrischen Quadranten vollkommen symmetrisch schwebt. Setzt man nun aber eine der Elektroden
l
oder
m
mit der zu prüfenden Elektricitätsquelle in Ver- bindung, so werden zwei einander gegenüberliegende Quadranten geladen; nehmen wir an, es seien dies die Quadranten
A
und
C
(Fig. 39), die durch einen Draht untereinander verbunden sind. Jetzt ist das Gleichgewicht der Nadel natürlich gestört und diese wird sich je nach der Art ihrer Ladung drehen. Ist die Nadel positiv elektrisch und sind auch die beiden Quadranten
A
und
C
positiv elektrisch, so wird der Quadrant
A
die eine Hälfte (in der Figur die rückwärtige) der Nadel gegen den Quadranten
B
, die andere (vordere) Hälfte der Nadel gegen den Qua- dranten
D
zu drehen suchen. Ein Blick auf die Figur lehrt, daß diese beiden Drehungen sich unterstützen und daß sich daher die Nadel nach einer Richtung (Richtung des Zeigers einer Uhr) drehen wird. Die Stärke der Abstoßung ist aber, wie wir gehört haben, direct proportional dem Producte der Elektricitätsmengen der sich abstoßenden Körper, somit kann sie durch die Größe der Nadelablenkung be- stimmt werden. Dies gilt bei dem Thomson’schen Elektrometer allerdings nur so lange, als die Ablenkung eine sehr geringe ist, denn bei einer größeren Ablenkung der Nadel wird auch ihre Stellung zu der auf den Quadranten vorhandenen Elektricitätsmenge verändert. Das Instrument ist deshalb nur zur Messung sehr schwacher Kräfte geeignet, wird aber desto genauere Resultate geben, je kleiner die zu messenden Kräfte sind. Der Ablenkung der Nadel durch die elektrische Abstoßungskraft wirkt die Anziehungs- kraft des außerhalb des Elektroskopes angebrachten Magnetes auf die Magnetnadel bei
t
entgegen, und das ganze System ist dann im Gleichgewichte, wenn die magne- tische Richtkraft und die elektrische Abstoßungskraft einander gleich groß sind.
Man beobachtet diese Gleichgewichtslage mit Hilfe des bei
t
angebrachten Spiegels. Dieser wirft das Bild eines hellen Spaltes, eine feine Lichtlinie, auf eine horizontal aufgestellte Scala und das Wandern dieser Linie auf der Scala ermöglicht die Bestimmung des Ablenkungswinkels. Das Quadranten-Elektrometer von Thomson übertrifft an Genauigkeit alle übrigen Instrumente, so lange es sich, wie bereits erwähnt, um die Messung schwacher Kräfte handelt; daraus ersieht man aber auch, daß durch die Anwendung dieses Elektrometers jene der anderen Instrumente durchaus nicht wegfallen kann, daß vielmehr jedes für bestimmte Messung zu benutzen ist.
Elektricitätsverlust mit der Zeit.
Theilt man in der Coulomb’schen Drehwage der Kugel des Wagebalkens und der Standkugel eine gewisse Menge Elektricität mit, so stoßen sich beide Kugeln ab und die neue Gleichgewichtsstellung des Wagebalkens bildet mit seiner ursprüng- lichen Ruhelage einen bestimmten Winkel. Ueberläßt man in diesem Zustande die Torsionswage sich selbst, so wird der Winkel nach und nach kleiner, was offenbar nur daher rühren kann, daß die abstoßende Kraft sich vermindert, da die Torsion des Aufhängedrahtes der Nadel nicht geändert wurde. Die Abnahme der abstoßenden Kraft kann jedoch nur von einem Verluste an elektrischer Ladung herrühren. Wo- durch kann nun dieser eintreten? Die Kugeln sind bis auf jene Stellen, an welchen sie auf ihre Träger befestigt sind, von Luft umgeben, müssen also einen Theil ihrer Elektricität entweder an die Luft oder an den Träger oder endlich an beide ab- geben. Eingehende Untersuchungen hierüber bestätigten, daß der letzterwähnte Fall wirklich eintritt. Man nennt jenen Verlust an Elektricität, welchen ein Körper mit der Zeit durch Abgabe an die Luft verliert,
Zerstreuung
, den Verlust jedoch, der durch die den Körper unterstützenden Isolatoren herbeigeführt wird, den
Stützenverlust
.
Die Zerstreuung erklärt man sich in der Art, daß man annimmt, der elek- trische Körper ziehe die Lufttheilchen an, theile ihnen Elektricität mit und stoße sie dann wieder ab. Durch diese Abgabe von Elektricität an die Lufttheilchen wird natürlich die Menge der auf einem Körper ursprünglich vorhandenen Elektricität vermindert.
Der Stützenverlust rührt daher, daß es eben, wie auch bei Besprechung der Leitungsfähigkeit verschiedener Körper schon erwähnt wurde, keine absoluten Isolatoren oder Nichtleiter giebt. Die Elektricität breitet sich eben vom Körper aus auf den ihn stützenden Isolator eine gewisse Strecke weit aus. Steht dann der Isolator innerhalb dieser Strecke mit einem leitenden Körper in Ver- bindung, so findet durch diesen ein Abfließen von Elektricität statt. Die Größe der Ausbreitung der Elektricität auf dem isolirenden Träger hängt von der Menge der auf dem elektrisirten Körper angehäuften Elektricität ab, und die Menge der Elektricität auf der isolirenden Stütze nimmt mit der Entfernung von dem elek- trischen Körper ab, so daß sie den Isolator gewissermaßen mit einer Schichte über- zieht, die gegen den elektrischen Körper zu immer dicker wird. Nach der entgegen- gesetzten Richtung hin, also vom elektrischen Körper weg, wird die Schichte immer dünner und in bestimmter Entfernung gleich Null.
Es mag bei dieser Gelegenheit gleich erwähnt werden, daß man die Dicke einer solchen Schichte oder die Menge der Elektricität auf der Flächeneinheit die
Dichte
der Elektricität an jener Stelle des Körpers nennt.
Setzt sich der isolirende Träger über diesen Nullpunkt noch hinaus fort, so verliert der elektrisirte Körper außer der angegebenen Schichte weiter keine Elektricität. Ist aber z. B. der Isolator mit einer Schichte von Staub und Feuchtigkeit bedeckt, so daß diese Bedeckung in die elektrische Schichte hineinreicht, so findet dann auch noch durch diese leitende Be- deckung eine Ableitung statt. Um die Entstehung einer solchen leitenden Bedeckung hintanzuhalten, überzieht man isolirende Glasfüße mit einem dünnen Schellack- überzuge, der weniger hygroskopisch ist (weniger Feuchtigkeit an seiner Oberfläche verdichtet) als das Glas. Der Schellacküberzug hat aber den Uebelstand, daß Staubtheilchen leichter an ihm haften und diese durch Abwischen schwierig zu ent- fernen sind, ja durch das Abwischen sogar neuerdings Fädchen dazugebracht werden. In diesem Falle schlägt sich dann die Feuchtigkeit noch mehr nieder und deshalb sind blanke Glasfüße vorzuziehen, deren Oberfläche man vor dem Gebrauche des betreffenden Apparates gut reinigt.
In neuerer Zeit wird auch Hartgummi häufig zu isolirenden Stützen oder Theilen verwendet und bewährt sich wenigstens anfangs ganz gut. Doch darf auf seine Isolirungsfähigkeit auch nicht gar zu sicher vertraut werden, da der in ihm enthaltene Schwefel sich im Verlaufe der Zeit mit Sauerstoff verbindet und diese Säureproducte unter Umständen die Isolationsfähigkeit des Hartgummi ganz erheblich vermindern können.
Bezüglich des Elektricitätsverlustes durch Zerstreuung ist noch zu bemerken, daß die Größe dieses Verlustes sich mit dem Feuchtigkeitsgrade der Luft ändert, und zwar größer wird mit der Zunahme der Feuchtigkeit. Ferner ist die Zer- streuung auch verschieden, wenn der elektrisirte Körper sich in verschiedenen Gasen befindet.
Elektricität durch Influenz oder Vertheilung.
Berührt man die Hollundermarkkugeln eines Doppelpendels mit einem elek- trisirten Körper, so theilt dieser den beiden Kugeln gleichnamige Elektricität mit, und die Pendel divergiren in Folge der aufeinander ausgeübten Abstoßung. Die Kugeln stoßen sich aber auch dann ab, wenn man den Versuch in der Weise abändert, daß man sie mit dem elektrisirten Körper, also z. B. mit einer geriebenen Siegellackstange nicht berührt, sondern letztere nur den beiden Kugeln nähert. Diese werden also schon dadurch elektrisch, daß sie in die Nähe eines elektrisirten Körpers gelangen. Hierbei zeigen sich die beiden Kugeln positiv elektrisch, wenn man ihnen die negativ elektrische Siegellackstange nähert, und negativ elektrisch, wenn man eine positiv elektrische Glasstange in ihre Nähe bringt.
In ebenso anschaulicher als bequemer Weise lassen sich diese Erscheinungen mit dem von Rieß angegebenen Vertheilungs-Apparate (Fig. 41) zeigen. An einem Stativ
f
sind drei horizontale Träger, die mit Ausnahme der Ansätze an ihren beiden Enden aus Glasstäben bestehen, verstellbar befestigt. Der oberste Träger hält einen Messingstab oder hohlen, an beiden Enden abgerundeten Messingcylinder, welcher an mehreren Stellen mit Hollundermarkkügelchen versehen ist, die an feinen Drähten hängen. Die mittlere Kugel ist am Messingstab verstellbar und kann dem einen oder dem anderen Ende des Stabes beliebig genähert werden. Der mittlere Arm des Stativs trägt die Glasscheibe
d
und der unterste Arm die Messing- kugel
e
. Gegen den Mittelpunkt dieser Kugel ist der Messingstab
a b
gerichtet.
Die drei Arme werden so gestellt, daß sich Stab, Glasscheibe und Kugel übereinander befinden, jedoch zwischen Scheibe und Stab einerseits und Scheibe und Kugel andererseits ein Zwischenraum befindet, d. h. also, daß sich diese drei Körper an keiner Stelle berühren. Theilt man nun der Kugel
e
Elektricität mit, so wird im selben Augenblicke auch der Stab
a b
elektrisch. Der elektrische Zustand des Stabes verräth sich durch Abstoßen der Hollundermarkkugeln.
Da nun die Kugel
e
den Stab
a b
an keiner Stelle berührt, vielmehr noch durch die Glasscheibe
d
von ihm getrennt ist, kann der Stab seinen elektrischen Zustand nicht einer Mittheilung von Elektricität durch die Kugel verdanken, sondern es muß vielmehr die bloße Nähe der elektrischen Kugel auf den Stab
a b
gewirkt
Urbanitzky
: Elektricität. 6
haben. Diese Art der Elektricitätserregung nennt man Erregung durch
Influenz
oder durch
Vertheilung
, und die auf dem Stabe erregte Elektricität dementsprechend Influenz- oder Vertheilungs-Elektricität.
Bei obigem Versuche beobachtet man aber auch, daß der Stab
a b
nicht an allen Stellen gleich stark elektrisch geworden ist, denn, indes die Pendel bei
a
und
b
eine starke Abstoßung zeigen, wird das Pendel nahe der Mitte des Stabes fast gar nicht abgestoßen. Bewegt man dieses Pendel dem Stab entlang, so kommt man zu einer Stelle, wo die Abstoßung wirklich gleich Null ist. Daraus folgt aber, daß der Stab an dieser Stelle unelektrisch ist, während die Elektricität an den beiden Enden bei
a
und
b
ihre größte Dichte besitzt. Untersucht man ferner nach einer der früher angegebenen Methoden die Art der Elektricität auf dem Stabe,
Fig. 41.
Vertheilungsapparat nach Rieß.
so findet man jene bei
a
der bei
b
entgegengesetzt und jene bei
a
entgegen- gesetzt jener auf der Kugel
e
.
Man theilt z. B. der Kugel
e
positive Elektricität mit und nähert nun der Hollundermarkkugel bei
a
eine ge- riebene Siegellackstange; diese wird die Hollundermarkkugel abstoßen, während eine geriebene Glasstange dieselbe an- zieht. Das Ende des Messingstabes bei
a
ist deshalb negativ elektrisch. Nähert man jedoch der Hollunder- markkugel bei
b
eine Siegellackstange, so zieht diese die Kugel an, während eine geriebene Glasstange sie abstößt; daher ist das obere Ende des Messing- stabes positiv elektrisch. Durch Ver- schieben der mittleren Hollundermark- kugel erreicht man, wie bereits erwähnt, eine Stelle des Messingcylinders, die sich ganz unelektrisch erweist und nahezu in der Mitte des Stabes, jedoch näher der Messingkugel
e
zu liegt. Man nennt diese Stelle Mittellinie oder
Indifferenzzone
.
Ladet man die Kugel
e
mit negativer Elektricität, so treten im Stabe
a b
ganz gleiche Erscheinungen auf, nur folgen sie in umgekehrter Ordnung: das Ende bei
a
wird positiv elektrisch, dann folgt wieder die Indifferenzzone, und das Ende bei
b
ist negativ elektrisch. Die Influenz-Elektricität tritt in jedem Körper auf, welcher der Kugel genähert wird, und zwar immer derart, daß an jener Stelle des Körpers, welche sich der Kugel am nächsten befindet, Elektricität entgegen- gesetzter Art, und an jener Stelle, welche von der Kugel am weitesten entfernt ist, Elektricität gleicher Art erscheint. Die Kugel kann hierbei auch durch irgend einen anderen elektrisirten Körper ersetzt werden.
Entfernt man den influenzirenden Körper von dem influenzirten oder entladet man den influenzirenden Körper, so wird jedoch in beiden Fällen der elektrische Zustand des influenzirten Körpers aufgehoben. Daraus ergiebt sich aber, daß die beiden Influenz-Elektricitäten in gleicher Menge entstehen müssen, da, so lange der influenzirende Körper in der Nähe ist, beide getrennt erhalten werden; sobald aber der letztere entfernt wird, sich beide als gleich groß und entgegengesetzt vereinigen und gegenseitig aufheben. Der influenzirende Körper zieht nämlich die ihm ungleich- namige Elektricität des genäherten Leiters an, stößt die ihm gleichnamige Elek- tricität ab und trennt in dieser Weise beide Elektricitäten, die sich aber, sobald der influenzirende Körper entfernt wird, wieder vereinigen, weil die sie trennende Kraft zu wirken aufgehört hat. Um die beiden Influenz-Elektricitäten zu unterscheiden, nennt man die mit der Elektricität des influenzirenden Körpers ungleichnamige (also von ihm angezogene)
Influenz-Elektricität erster Art
und die gleich- namige (also abgestoßene)
Influenz-Elektricität zweiter Art
.
Wenngleich nach Obigem der influenzirte Körper nur so lange elektrisch bleibt, als der influenzirende Körper sich in seiner Nähe befindet, so giebt es doch ein Mittel, den influenzirten Körper dauernd zu laden; dieses Mittel besteht einfach darin, daß man die beiden getrennten Influenz-Elektricitäten verhindert, sich wieder zu vereinigen. In einfachster Art läßt sich dies bewerkstelligen, wenn man den Stab oder Cylinder
a b
des Vertheilungs-Apparates aus zwei Theilen zusammensetzt. Die Influenz-Elektricität erster Art befindet sich dann auf der unteren Hälfte, die Influenz-Elektricität zweiter Art auf der oberen Hälfte des Stabes; trennt man dann beide Hälften voneinander, so kann man die influenzirende Metallkugel ent- fernen oder entladen, ohne daß die beiden Stabhälften ihre Elektricität verlieren. Dabei ist nur vorausgesetzt, daß die Stabhälften von ihrer Umgebung gut isolirt sind. Statt den Stab in zwei Stücke zu theilen, kann man natürlich auch an dem Ende des Stabes bei
a
oder bei
b
einen zweiten Stab anbringen, der mit dem ersten in Berührung steht und nach der Influenzirung von ihm wieder getrennt wird. In jedem Falle bleibt auf jenem Theile des Gesammtleiters, welcher der Kugel am nächsten stand, Influenz-Elektricität erster Art zurück, während der ent- ferntere Theil Influenz-Elektricität zweiter Art behält.
Die Erhaltung der Influenz-Elektricität nach Entfernung des influenzirenden Körpers gelingt aber auch noch auf eine zweite, scheinbar andere Art. Nur erhält man bei diesem Verfahren blos Influenz-Elektricität erster Art. Man verbindet zu diesem Behufe den Messingstab oder Cylinder
a b
an irgend einer Stelle leitend mit der Erde und hebt nach der Influenzirung die Verbindung wieder auf, noch bevor der influenzirende Körper enfernt wird. Der Vorgang ist hierbei derselbe wie früher; die influenzirende Kugel zieht Influenz-Elektricität erster Art an und hält sie fest, während die Influenz-Elektricität zweiter Art ab- gestoßen und in den entferntesten Theil des Leiters zurückgedrängt wird. Da nun aber die Erde mit dem Leiter in Verbindung steht, so gehört sie zu diesem und die Wirkung der Influenz muß sich auch auf sie erstrecken. Die Influenz- Elektricität zweiter Art wird daher vom Messingcylinder weg auf die Erde gedrängt, wo sie sich ausbreitet und natürlich nicht mehr nachweisbar ist. Wird alsdann die Verbindung zwischen Erde und Messingcylinder aufgehoben, so muß dies dieselbe Wirkung ergeben, wie im vorhergehenden Versuche die Trennung beider Messing- cylinder oder Cylinderhälften.
Man erhält aber nur eine Art Elektricität, nämlich Influenz-Elektricität erster Art, weil die Influenz-Elektricität zweiter Art zwar allerdings auch hervor- gerufen wird, sich aber auf einen so großen Leiter, nämlich die Erde, ausbreitet, daß wir sie nicht mehr nachzuweisen im Stande sind.
6*
In welchem Zusammenhange die Quantität der influenzirten Elektricität zur influenzirenden steht, lehrt nachstehender Versuch. Man stellt zwei gleich große Messingkugeln so nebeneinander, daß sie sich berühren, aber im Uebrigen isolirt sind. Nun bringt man eine bedeutend größere elektrische Kugel so in die Nähe der beiden ersten, daß die Mittelpunkte sämmtlicher Kugeln in einer Geraden liegen. Man erhält dadurch auf der der großen Kugel näher stehenden kleinen Kugel Influenz-Elektricität erster Art, auf der weiter entfernten Influenz-Elektricität zweiter Art. Man bringt nun eine dieser Kugeln, also z. B. die mit Influenz-Elektricität erster Art geladene, in die Torsionswage und mißt ihre Ladung. Dann bringt man diese Kugel wieder an ihren Platz zurück und berührt die große influenzirende Kugel mit einer ihr genau gleich großen Kugel. Dadurch wird die Ladung der influenzirenden Kugel, wie wir bereits wissen, auf die Hälfte herabgebracht. Man läßt nun diese halbe Ladung influenzirend auf die beiden kleinen Kugeln wirken und bringt die Kugel mit Influenz-Elektricität erster Art abermals in die Torsionswage; hierbei ergiebt die Messung, vorausgesetzt, daß der Elektricitätsverlust mit der Zeit mit in Betracht gezogen wurde, die halbe Menge Influenz-Elektricität gegenüber der ersten Messung. Ein nochmaliges Berühren der influenzirenden Kugel mit der ihr gleichen bringt dann die elektrische Ladung der ersteren auf ein Viertel der ursprünglichen herab, und die dann hervorgerufene Influenz-Elektricität ist gleichfalls ein Viertel der beim ersten Versuche hervorgerufenen. Hieraus folgt das Gesetz:
Unter sonst gleichen Umständen ist die Menge der Influenz-Elektri- cität proportional der Menge der erregenden Elektricität
.
Aepinus
rieb das Ende einer unelektrischen Glasröhre mit einer elektrischen und fand dabei, daß jene an der geriebenen Stelle Elektricität derselben Art an- nahm, wie sie die elektrische Glasröhre besaß. Er beobachtete aber auch, daß sich neben dieser durch Mittheilung elektrisirten Stelle eine zweite elektrische Stelle fand, die Elektricität entgegengesetzter Art besaß und nach dieser noch eine dritte Stelle mit gleichnamiger Elektricität. Die beiden letzten Stellen der Röhre mußten also ihre elektrischen Zustände der vertheilenden Wirkung der durch Mittheilung elek- trisirten Stelle verdanken. Es war somit schon durch diesen Versuch nachgewiesen, daß die Influenzwirkung elektrischer Körper sich nicht nur auf Leiter erstreckt, von welchen bisher nur gesprochen wurde, sondern sich auch auf Isolatoren geltend macht.
Die Erregung von Influenz-Elektricität auf Isolatoren kann auch mit dem Vertheilungs-Apparate von Rieß nachgewiesen werden. Man ersetzt dann zu diesem Zwecke den Messingcylinder
a b
durch einen solchen von Schellack. Läßt man auf diesen die elektrisirte Kugel
e
wirken, so zeigt das der Kugel zugewandte Ende des Schellack-Cylinders nach einiger Zeit Influenz-Elektricität erster Art, also wenn die Kugel positiv elektrisch ist, negative Influenz-Elektricität. Bei der Influenzirung von Isolatoren zeigt sich jedoch gegenüber jener bei Leitern ein Unterschied, der eben in dem verschiedenen Leitungsvermögen begründet ist. Bei Leitern tritt die Influenzwirkung sofort ein, sobald die beiden Körper einander nahe kommen; bei Isolatoren hingegen braucht sie eine gewisse Zeit, um sich geltend zu machen.
Bei Influenzirung von Leitern hört auch die Wirkung sofort auf oder ver- einigen sich die getrennten Elektricitäten wieder augenblicklich, sobald der influen- zirende Körper entfernt ist. Isolatoren bleiben hingegen nach der Influenzirung elektrisch zurück; es hat dieses Verhalten zweierlei Ursachen. Die durch die Influenz- wirkung getrennten Elektricitäten können sich der geringen Leitungsfähigkeit des Isolators wegen nicht so schnell wieder vereinigen und die Influenz-Elektricität zweiter Art wird rascher zerstreut, wie die erste Art, weil letztere durch die Elektricität des influenzirenden Körpers angezogen oder festgehalten wird, während sich auf die Influenz-Elektricität zweiter Art die Abstoßung geltend macht.
Die Influenz erstreckt sich also auf alle Körper, Leiter wie auch Isolatoren, erregt immer beide Arten Elektricität gleichzeitig und in gleicher Menge und auch in proportionaler Menge zu der influenzirenden Elektricität.
Cheorie der Influenz und daraus gezogene Folgerungen.
Versuchen wir nun die Erscheinungen, welche durch die Influenz hervor- gerufen werden, zu erklären und dadurch das Wesen der Influenz selbst kennen zu lernen. Fassen wir zunächst das bisher Gesagte kurz zusammen, so besteht die Wirkung der Influenz darin, daß ein elektrischer Körper auf jeden ihm genäherten unelektrischen Körper derart einwirkt, daß dieser beiderlei Elektricitäten zeigt. Hier- bei werden diese in untereinander gleicher Menge und in ihrer Gesammtmenge proportional der Elektricitätsmenge des influenzirenden Körpers erregt und der influenzirende Körper verliert nichts an Elektricität. Werden influenzirender und influenzirter Körper voneinander getrennt, so erscheint letzterer unelektrisch, wenn er ein Leiter, elektrisch, wenn er ein Isolator ist.
Aus der Thatsache, daß der Leiter durch bloße Annäherung an einen elek- trischen Körper gleichfalls elektrisch wird, ohne daß letzterer Elektricität verliert, bei seiner Entfernung aber wieder unelektrisch erscheint, folgt, daß beiderlei Elektricitäten bereits vor der Influenzirung in dem Leiter vorhanden gewesen sein müssen. Daß sie aber vor der Influenzirung nicht beobachtet werden konnten, kann nur davon her- rühren, daß sie sich in ihren Wirkungen nach außen gegenseitig aufgehoben haben. Hierfür spricht auch die Thatsache, daß durch Influenzwirkung immer beiderlei Elektri- citäten in gleicher Menge erregt werden. In welcher Art und warum die Influenz- wirkung auf Isolatoren sich anders zu äußern scheint wie auf Leiter, wurde bereits erörtert.
Man stellt sich daher den natürlichen Zustand der Körper so vor, daß man annimmt,
jeder Körper enthalte in allen seinen Theilen beiderlei Elek- tricitäten in gleicher Menge und könne nach außen deshalb keine Wirkung ausüben
(sich elektrisch zeigen),
weil gleich starke, aber ungleich- namige Elektricitäten sich neutralisiren
.
Die Erregung der Elektricität durch Influenz besteht daher darin, daß der elektrische Körper die beiden Elektricitäten des ihm genäherten Körpers trennt, die ihm gleichnamige Elektricität abstößt und die ungleichnamige anzieht; letztere wird daher an jener Stelle des genäherten Körpers auftreten, welche dem influenzirenden Körper am nächsten ist, erstere an der entferntesten Stelle.
Diese Erklärung der Influenzwirkung giebt uns auch die Möglichkeit an die Hand, die elektrischen Grunderscheinungen überhaupt zu erklären. Betrachten wir zunächst das Verhalten elektrischer und unelektrischer Körper zueinander. Nach obigen Auseinandersetzungen muß jeder elektrische Körper auf einen ihm genäherten unelektrischen Körper influenzirend einwirken, d. h. dessen beide Elektricitäten trennen, die negative Elektricität anziehen und die positive abstoßen, wenn der elektrische Körper beispielsweise positiv elektrisch ist. Nun treten drei Elektricitätsmengen in gegenseitige Wirkung: die positive des influenzirenden Körpers, die negative und die positive des influenzirten Körpers. Da aber die negative Influenz-Elektricität dem positiv elektrischen Körper näher ist als die negative Influenz-Elektricität, so wird die Anziehung zwischen den beiden erstgenannten entgegengesetzten Elektrici- täten die Abstoßung zwischen der positiven Elektricität des Körpers und der posi- tiven Influenz-Elektricität überwiegen und ist der influenzirte Körper leicht genug, so wird er von dem influenzirenden Körper angezogen werden.
Nun treten beide Körper miteinander in Berührung; jetzt gleichen sich die negative Influenz-Elektricität und eine gleich große Menge positiver Elektricität des influenzirenden Körpers miteinander aus und es bleibt auf dem influenzirten Körper nur mehr die Influenz-Elektricität zweiter Art, in unserem Falle also die positive, zurück. Der influenzirende Körper bleibt positiv elektrisch, hat aber an seiner Elek- tricitätsmenge so viel verloren, als zur Neutralisirung der negativen Influenz- Elektricität erforderlich war. Es sind also beide Körper positiv elektrisch und müssen sich deshalb abstoßen.
Mit dieser Erklärung der Anziehung und Abstoßung ist aber auch gleichzeitig die Mittheilung der Elektricität durch Leitung von einem zum anderen Körper erklärt. Man ersieht daraus, daß auch die Elektricitätsleitung kein einfaches Ueberfließen der Elektricität von einem zum andern Körper ist, sondern daß vielmehr auch hier die Influenz zur Geltung kommt. An dem schließlichen Resultate wird dadurch allerdings nichts geändert; ein Theil der Elektricität des einen Körpers neutralisirt bei seiner Berührung mit dem zweiten Körper einen gleich großen Theil entgegengesetzter Influenz-Elektricität und macht dadurch einen genau gleich großen Theil gleichnamiger Elektricität frei. Der erste Körper verliert somit eine eben so große Menge derselben Art Elektricität als der zweite Körper gewinnt, und dies konnte allerdings zu der Anschauung Veranlassung geben, als würde es sich hierbei wirklich um ein Ueberfließen von einem zum andern Körper handeln.
Daß sich diese Vorgänge wirklich in der Weise abspielen, kann auch durch Experimente bewiesen werden. Leichte Körperchen, wie Papierschnitzel, Federn und dergleichen werden von einem elektrisirten Körper leichter angezogen, wenn sie auf einer leitenden Unterlage ruhen, als wenn sie auf einem Isolator liegen. Im ersteren Falle kann nämlich die Influenz-Elektricität zweiter Art durch die Unter- lage abfließen, es bleibt nur die Influenz-Elektricität erster Art in den Körperchen; diese als ungleichnamig mit der Elektricität des genäherten Körpers wird von dieser angezogen und erfährt keine Abschwächung durch die gegenwirkende Kraft der Influenz-Elektricität zweiter Art. Auch das Verhalten solcher Körper, welche über- wiegende Längsdimensionen haben, also z. B. Strohhalme, Fädchen u. s. w., spricht für obige Auslegung. Derlei Körper stellen sich nämlich, wenn sie von einem elek- trisirten Körper angezogen werden, immer derart, daß ihre Längsrichtung gegen den Körper gerichtet ist. In dieser Lage kann nämlich die Influenz-Elektricität erster Art am weitesten von der Influenz-Elektricität zweiter Art getrennt werden.
Die Behauptung, daß jeder Körper vor seiner Anziehung durch einen elek- trisirten Körper gleichfalls elektrisirt wird und wir es daher überhaupt ausschließlich nur mit der Anziehung ungleichnamiger Elektricitäten zu thun haben, zieht die Folgerung nach sich, daß ein wirklich neutraler Körper von einem elektrisirten nicht angezogen werden darf. Auch dies läßt sich durch das Experiment entscheiden, und die Entscheidung spricht gleichfalls zu Gunsten der Theorie. Das Experiment ist folgendes: Reibt man zwei Glasscheiben heftig aneinander, so werden beide gleich stark, aber entgegengesetzt elektrisch; man kann dies zeigen durch Versuche mit dem elektrischen Pendel oder auf irgend eine andere Weise. Nun drückt man die beiden Glasplatten mit ihren elektrischen Flächen aneinander. Da das Glas ein Isolator ist und die beiden Flächen sich doch nur in verhältnißmäßig wenigen Punkten be- rühren, findet kein Ausgleich der Elektricitäten statt. Auch davon kann man sich überzeugen, indem man später die beiden Platten wieder trennt und auf ihren elektrischen Zustand neuerdings prüft. Hängt man aber ein Hollundermarkkügelchen nahe an die zusammengedrückten Glasplatten, und zwar in derselben Höhe, in welcher sich ihre elektrischen Flächen befinden, so üben sie auf das Kügelchen gar keine Wirkung aus. Die Elektricität der einen Platte und die gleich große, aber entgegengesetzte Elektricität der anderen Platte haben sich also in ihrer Wirkung nach außen wirklich neutralisirt und zusammen einen unelektrischen Körper gegeben.
Auch das Verhalten zweier elektrisirter Körper gegeneinander ist mit Zuhilfe- nahme der Influenzerscheinungen leicht einzusehen. Hier sind zunächst zwei Fälle zu unterscheiden: die beiden Körper sind gleichnamig elektrisch und die beiden Körper sind ungleichnamig elektrisch. Der erste Fall ist bereits erklärt bei jenem Stadium der Anziehung, wo beide Körper zur Berührung gelangt sind.
Der Fall, daß die gleichnamigen Elektricitäten in ungleicher Menge auf den beiden Körpern vorhanden sind, bedarf wohl kaum mehr einer Erklärung. Hat der eine Körper, z. B.
A
, eine bedeutend größere Menge Elektricität wie
B
, so wird die auf
B
durch
A
influenzirte Elektricität erster Art die auf
B
schon früher vorhandene Elektricität vollkommen neutralisiren; wegen der größeren Menge der Influenz-Elektricität erster Art wird aber solche überdies noch auf
B
zurückbleiben.
B
wird gleichfalls auf
A
influenzirend wirken, wegen ihrer geringeren Menge aber nur einen Theil der ursprünglich auf
A
vorhandenen Elektricitätsmenge neutralisiren. Es bleibt also auf
A
ursprüngliche Elektricität und entsteht auf
B
Influenz-Elektricität erster Art: Die beiden Körper werden sich anziehen. Das weitere Verhalten ist dann aus der Be- sprechung ungleichnamig elektrisirter Körper gegeneinander zu ersehen.
Beim zweiten Falle sind wieder zwei Möglichkeiten gegeben: die beiden Körper besitzen gleiche Mengen Elektricität oder ihre Mengen sind verschieden.
Bringt man Körper, die ungleichnamige aber gleich große Mengen Elektricität besitzen, miteinander in Berührung, so vereinigen sich beide Elektricitätsmengen, neutralisiren sich und beide Körper werden in kürzerer oder längerer Zeit je nach ihrer Leitungsfähigkeit unelektrisch.
Enthalten die beiden einander genäherten Körper ungleichnamige und ungleich große Elektricitätsmengen, so sind die gegenseitigen Influenzwirkungen ebenfalls ungleich groß; in Folge der Anziehung zur Berührung gebracht, heben sich die gleichen Mengen der ungleichnamigen Elektricitäten (sowohl ursprüngliche als In- fluenz-Elektricität) auf, immerhin bleibt aber noch ein Theil jener Elektricität übrig, welche ursprünglich in größerer Menge vorhanden war, und diese Elektricität ver- theilt sich dann auf beide Körper, die sich dann als gleichnamig elektrisch abstoßen werden.
Auch der Versuch, bei welchem (Fig. 41, Seite 82) der Leiter
a b
mit der Erde in Verbindung gesetzt wurde, läßt sich nun einfach erklären. Im Leiter
a b
wird durch die positiv elektrische Kugel bei
a
negative und bei
b
positive Elektricität influenzirt. Nähert man nun dem Leiter bei
a
einen zweiten Leiter, der bedeutend größer ist als
a b
, so wird die Kugel
e
natürlich auch auf diesen zweiten Leiter influenzirend einwirken; das gegen
a
gerichtete Ende ist der Kugel
e
am nächsten und erhält negative Elektricität. Diese wird jedoch kräftiger auf- treten als die gleiche bei
a
, weil der zweite Leiter bedeutend größer ist, und daher gestattet, die beiden Elektricitäten viel weiter voneinander zu trennen. Nun wirkt das negative Ende des zweiten Leiters influenzirend auf das negative Ende des Leiters
a b
und erregt bei
a
positive Elektricität. Kommen jetzt beide Leiter bei
a
zur Berührung, so wird diese positive Influenzelektricität durch einen Theil der negativen Elektricität compensirt und die negative Elektricität des Leiters
a b
verstärkt. Die positive Elektricität (Influenzelektricität zweiter Art) wird in das entfernte Ende des zweiten großen Leiters abgestoßen. Ist nun der zweite Leiter unendlich groß, d. h. also, ist der Leiter
a b
mit der Erde in Verbindung, so wird die positive Elektricität in diese zurückgestoßen und verschwindet für uns wegen der Ausbreitung auf der ganzen Erdfläche. Der Leiter
a b
muß somit ausschließlich negativ elektrisch zurückbleiben.
Man glaubte früher, aus dem Umstande, daß die Influenzelektricität erster Art nicht abgeleitet werden kann, diese als eine von der Reibungselektricität ver- schiedene Elektricität auffassen zu müssen und drückte dies mit der Bezeichnung
gebundene Elektricität
aus. Man fand jedoch bald, daß hierfür kein zwin- gender Grund vorliegt, daß vielmehr die Influenzelektricität sich genau ebenso verhält, wie die Reibungselektricität. Die Nichtableitbarkeit der Influenzelektricität erster Art ist nicht in ihrer eigenartigen Natur begründet, sondern darin, daß sie durch eine gleich große, aber ungleichnamige Elektricitätsmenge in Folge der gegen- seitigen Anziehung festgehalten wird. Sie wird ableitbar, sobald die sie fesselnde Kraft zu wirken aufhört. Die Influenzelektricität zeigt sich aber auch in ihren übrigen Eigenschaften von der Reibungselektricität nicht verschieden. Gleichnamige Influenzelektricitäten stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an, wie schon das Verhalten der Pendel am Vertheilungsapparate zeigt, und die Influenzelektricität ist auch im Stande, neuerdings influenzirend zu wirken, gerade so wie die Reibungs- elektricität. Man hat deshalb die Bezeichnung „gebundene Elektricität“ aufgegeben und nach einem Vorschlage von Rieß die Ausdrücke Influenz-Elektricität erster und zweiter Art angenommen.
Die Potentialtheorie.
Sowohl Reibungs-Elektricität als auch Influenz-Elektricität werden, wie im Vorhergehenden gezeigt wurde, in der Weise hervorgerufen, daß man die gleich großen und gleichmäßig vertheilten Mengen positiver und negativer Elektricität eines Körpers räumlich voneinander trennt. Bei der Elektricitäts-Erregung durch Reibung ist letztere die trennende Kraft, bei jener durch Influenz die Anziehungs- und Abstoßungskraft der Elektricität selbst. Wir wollen nun die Wirkungsart der letzteren etwas näher betrachten und zu diesem Behufe den einfachsten Fall annehmen. Es sei, ohne die übrigen Körper des Weltraumes zu berücksichtigen, ein elektrisirter Körper
K
und ein unendlich kleines elektrisches Theilchen
t
gegeben (Fig. 42). Sind Körper und Theilchen gleichnamig elektrisch, so werden sie sich abstoßen und das Theilchen
t
, von welchem wir annehmen, daß es vollkommen frei beweglich sei, wird sich von
K
immer weiter und weiter entfernen, also die Distanz zwischen sich und dem Körper in’s Unendliche vergrößern. Die Bewegung dieses Theilchens wird durch die von
K
ausgeübte Abstoßungskraft bewirkt und diese leistet dadurch eine bestimmte Arbeit. Die Größe der Arbeit ist hier, wie in jedem Falle, abhängig von der Größe der Kraft, welche in Arbeit umgesetzt wird, und von der Länge des Weges, welchen das Theilchen
t
zurücklegt. Sie wird gemessen durch das Product von Kraft mal Weg, welchen das bewegte Theilchen in der Richtung der Kraft zurückgelegt hat. Offenbar muß aber auch eine Arbeit geleistet werden, wenn wir das Theilchen
t
aus der Unendlichkeit gegen den Körper
K
zurückführen wollen, da hierbei die Abstoßungskraft des Körpers
K
zu überwinden ist. Diese Arbeit hat stets eine ganz bestimmte Größe, welche von der Entfernung des Theilchens
t
vom Körper
K
in der Kraftrichtung des letzteren abhängen wird, da die Größe der elektrischen Kraft von der Entfernung abhängt. Es wird sich daher die Größe der Arbeit nicht ändern, wenn das Theilchen
t
statt in der Kraftrichtung
A C
auf dem Wege über
B
oder irgend welche andere Punkte nach
C
gebracht wird, da nicht der
Weg
des Theilchens, sondern nur die
Entfernung
desselben
in der Kraftrichtung
die Größe der Arbeit in jedem Momente und jeder Lage während der Bewegung des Theilchens
t
gegen
K
bestimmt. Was für die Bewegung des Theilchens
t
nach
A
oder
B
gilt, hat für jeden beliebigen Punkt des Raumes, welcher
K
umgiebt, Geltung. Es ist für jeden dieser Punkte stets eine für diesen ganz bestimmte Arbeit nothwendig, um das Theilchen
t
aus der Unendlichkeit zu diesem Punkte zu bringen. Diese Arbeit, welche die elektrischen Kräfte von
K
in einem bestimmten Punkte des Raumes leisten, nennt man das
Potential
der genannten Kräfte in diesem Punkte oder mit anderen Worten:
Man versteht unter dem Poten- tiale eines bestimm- ten Punktes jene Arbeit, welche er- forderlich ist, um die elektrische Kraftein- heit
(ein sehr kleineselek- trisches Theilchen)
aus unendlicher Entfer- nung auf diesen Punkt zu bringen
.
Fig. 42.
Zur Potentialtheorie.
Da jeder Punkt, der sich in bestimmter Entfernung von dem elektrischen Körper befindet, auch ein bestimmtes Potential besitzt, so muß der Körper von lauter concentrischen Flächen gleichen Potentiales eingehüllt sein, wenn man sich stets durch alle Punkte gleichen Potentiales Flächen gelegt denkt. Diese Flächen gleichen Potentiales bezeichnet man mit dem Namen
Niveauflächen
. Auf diesen Flächen haben also alle Punkte das gleiche Potential, aber in den verschiedenen Flächen ist auch das Potential ein verschiedenes, und dieses wird desto kleiner, je weiter die betreffende Niveaufläche von dem elektrischen Körper absteht. Die Gestalt der Niveauflächen ist für jede Form des elektrischen Körpers eine andere. Ist z. B. der Körper nach allen Richtungen symmetrisch, also besitzt er die Form der Kugel und befindet er sich in einem vollkommen homogenen Medium, so werden auch die Niveauflächen Kugelflächen sein.
Von einem elektrischen Körper werden dann gleichnamig elektrische Theilchen so abgestoßen, daß sie von Niveauflächen hohen Potentiales zu Niveauflächen immer niedriger werdenden Potentiales fortschreiten. Jedes Theilchen wird unter der ausschließlichen Wirkung dieses einen elektrischen Körpers von einer zur nächsten Niveaufläche auf dem kürzesten Wege übergehen, also eine Bahn einschlagen, die auf beide Niveauflächen senkrecht steht, da dies der kürzeste Weg ist. Die Linien, welche die abgestoßenen Theilchen beschreiben, nennt man
Kraftlinien
. Diese sind im Allgemeinen Curven, deren Gestalt von der Form der Niveauflächen, somit auch von jener des elektrischen Körpers bedingt ist. Folglich werden sie gerade Linien bilden, wenn der Körper die Kugelform besitzt, und dann strahlenförmig vom Mittelpunkte der Kugel nach allen Richtungen hin ausgehen. Analoge Kraftlinien haben wir bereits im Abschnitte über Magnetismus kennen gelernt, für welchen diese Betrachtungen eben so gut Anwendung finden können, wenn man an Stelle der elektrischen Kräfte magnetische setzt. Es sind dies die Curven, in welchen sich feine Eisenfeilspäne über den Polen eines Hufeisenmagnetes anordnen (Seite 44, Fig. 20). In diesem Falle ist die Gestalt der Curven oder der Verlauf der Kraftlinien durch die Doppelwirkung zweier entgegengesetzter magnetischer Pole be- dingt. Die an der angegebenen Stelle abgebildeten magnetischen Curven zeigen uns die magnetischen Kraftlinien natürlich nur in einer Ebene; in Wirklichkeit aber verlaufen die Kraftlinien in ähnlicher Weise in allen durch die beiden Magnetpole gelegten Ebenen. Der von diesen Kraftlinien oder, wenn man will, der von den darauf senkrecht stehenden Niveauflächen ausgefüllte Raum heißt ein
magnetisches Feld
. Kehren wir wieder zur Elektricität zurück, so brauchen wir, um ganz ana- loge Verhältnisse zu finden, blos die beiden Magnetpole durch zwei ungleichnamig elektrisirte Körper zu ersetzen. Der von diesen beherrschte Raum heißt dann ein
elektrisches Feld
. Wie sich diese Verhältnisse gestalten, wenn nur ein magnetischer Pol, beziehungsweise nur ein elektrisirter Körper vorhanden ist, bedarf wohl keiner besonderen Erläuterung mehr. Eine Versinnlichung der Kraftlinien, der Niveau- flächen und des Feldes gestattet die auf Seite 38 dargestellte Fig. 14.
Noch eines gegenwärtig häufig gebrauchten Ausdruckes haben wir zu gedenken, bevor wir diese theoretischen Betrachtungen abschließen; es ist dies die Frage, was man unter dem
Potentialgefälle
zu verstehen habe. Zwei verschiedene Niveau- flächen besitzen verschiedene Potentiale; zwischen beiden muß daher eine Differenz der Potentiale oder eine
Potential-Differenz
herrschen. Betrachtet man nun die Wirkung zwischen zwei sehr nahe aneinander liegenden Niveauflächen oder Potentiale, so nennt man diese das Potentialgefälle. An Stelle des Ausdruckes Potentialgefälle kann man auch das Wort
Spannung
setzen.
Letzteres dürfte durch folgenden Vergleich vollkommen verständlich werden: Von einem hochgelegenen Behälter fließt Wasser in immer tiefer gelegene. In jedem Behälter repräsentirt das Wasser eine bestimmte Arbeitskraft, die beim Ausfließen des Wassers durch Treiben eines Rades ꝛc. ausgenutzt werden kann. Es ist an sich klar, daß das Wasser des obersten Behälters den größten, das des untersten den kleinsten Arbeitswerth darstellt, da dasselbe beim Ausfließen aus dem obersten Behälter die größte, beim Ausfließen aus dem untersten Behälter die geringste Höhe durchfallen muß. Diese in der Reihe der Wasserbehälter von oben nach unten stets abnehmenden Druckhöhen des Wassers stellen uns die Potentiale vor, der Unterschied der Höhen zweier Behälter ihre Potential-Differenz und die Aenderung der Höhe während des Ueberfließens von Wasser aus einem Behälter in den nächsten das Potentialgefälle.
Sitz und Vertheilung der Elektricität.
Die Betrachtung der Niveauflächen lehrte, daß jedes frei bewegliche, positiv elektrische Theilchen sich stets von Flächen hohen Potentiales zu solchen niedrigeren Potentiales bewegt, und daß es diese Bewegung so lange fortsetzt, als es das Medium, in welchem es sich bewegt, gestattet. Aus diesem theoretischen Satze läßt sich unmittelbar, d. h. ohne Zuhilfenahme eines Experimentes, ein Schluß auf den Sitz der Elektricität in einem elektrisirten Körper ziehen. Theilt man nämlich einem Körper, der ein Elektricitätsleiter ist, eine gewisse Menge Elektricität mit, so stoßen sich die elektrischen Theilchen gegenseitig ab und müssen sich derart bewegen, daß sie stets von Stellen hohen Potentiales zu solchen niedrigeren Potentiales kommen. Die Theilchen müssen sich daher möglichst weit voneinander zu entfernen trachten und sich so lange fortbewegen, bis ihrer Fortbewegung ein Hinderniß in den Weg kommt. Im Leiter selbst bewegt sich aber die Elektricität, wie wir wissen, sehr schnell und nach allen Richtungen hin, folglich kann jene Grenze, an welcher die Theilchen auf einen Widerstand stoßen, der ihre Fortbewegung hemmt, nur die Oberfläche des Leiters bilden, weil diese von einem schlechten Leiter, der Luft, umgeben ist. Der Sitz der Elektricität auf einem isolirten Leiter kann also nur auf dessen Oberfläche sein. Die Oberfläche selbst muß aber dann auch eine Fläche gleichen Potentiales sein, sobald Gleichgewicht herrschen soll; wäre dies nicht der Fall, so müßte auf der Oberfläche eine Bewegung der Theilchen von Stellen höheren zu Stellen niederen Potentiales eintreten, und diese Bewegung müßte doch wieder mit der Herstellung gleichen Potentiales auf der ganzen Oberfläche enden. Wir haben also den Satz:
Befindet sich die Elektricität auf einem Leiter im Gleichgewichte, so besitzt jede Stelle des Leiters das gleiche Poten- tial und der Sitz der Elektricität ist nur an der Oberfläche des Leiters
.
Dieses auf theoretischem Wege erschlossene Verhalten der Elektricität auf Leitern läßt sich aber auch experimentell nachweisen und der in dieser Art bei- gebrachte Nachweis bildet gleichzeitig eine Stütze für die Richtigkeit der Theorie. Der einfachste Apparat, der dem in Rede stehenden Zwecke dienen kann, ist in Fig. 43 dargestellt. Eine Messingkugel
A
ist durch eine Glassäule und einen hölzernen Fuß isolirt aufgestellt. Ueber die Kugel
A
können zwei gleichfalls aus Messing gefertigte Halbkugeln
B
und
C
derart gestülpt werden, daß sie die Kugel
A
genau umschließen. Die beiden Halbkugeln sind mit isolirenden Handgriffen versehen. Setzt man diese beiden Halbkugeln auf die Kugel
A
auf und elektrisirt das ganze System, so erscheint nach Wiederentfernung der Halbkugeln die Kugel
A
ganz unelektrisch, während die Halbkugeln elektrisch bleiben. Der Versuch kann auch in der Weise angestellt werden, daß man zuerst die Kugel
A
elektrisirt und dann die beiden Halbkugeln aufsetzt: diese werden dann alsbald elektrisch und lassen nach ihrer neuerdings erfolgten Entfernung von der Kugel
A
letztere abermals unelek- trisch zurück.
Man kann auch mit Hilfe der Torsionswage zeigen, daß der Sitz der Elektricität nur an der Oberfläche der Körper ist und daß die Masse keinen Ein- fluß ausübt. Man bedient sich hierzu zweier Kugeln von genau gleicher Größe, deren eine massiv und in ihrer ganzen Masse aus gut leitendem Materiale (z. B. Messing) verfertigt ist, indes die zweite nur eine leitende Oberfläche besitzt. Die letzterwähnte Kugel kann also eine Messinghohlkugel oder eine vergoldete Holz- oder Hollundermarkkugel sein. Beide Kugeln müssen aber dieselbe Größe besitzen, wie die Standkugel der Torsionswage. Wird nun diese elektrisirt, während die Kugel des Wagebalkens mit ihr in Berührung steht, so theilt sie der letzteren gleichnamige Elektricität mit, die beiden Kugeln stoßen sich ab, und der Wagebalken schließt mit seiner ursprünglichen Gleichgewichtslage einen gewissen Winkel ein. Berührt man hierauf die Standkugel mit der massiven Hohlkugel, so nimmt diese der Standkugel die Hälfte ihrer Elektricität weg, und der Ausschlagwinkel des Wagebalkens ver- mindert sich dementsprechend. Berührt man die Standkugel nicht mit der massiven, sondern mit der gleich großen Hohlkugel, so vermindert sich der Ausschlagwinkel genau um denselben Betrag.
Der experimentelle Nachweis für die Richtigkeit der zwischen Elektricität und Körperoberfläche herrschenden Beziehung wurde noch in mannigfacher Art geführt; eines dieser Experimente soll hier noch gedacht werden. Faraday ließ sich ein großes Holzgerüste in Form eines Würfels herstellen, verband die Kanten desselben durch Netze aus Kupferdraht und überklebte seine Flächen mit Papier und darüber mit Stanniol. Die in solcher Weise verfertigte Kammer mit gut leitenden Wänden wurde in einen großen Saal gestellt, und Faraday begab sich, mit einem empfind- lichen Elektroskope in der Hand, in das Innere der Kammer. Sodann ließ er letztere so stark als möglich elektrisiren und untersuchte mit Hilfe des Elektroskopes den elektrischen Zustand im Innenraume. Es gelang ihm an keiner Stelle auch
Fig. 43.
Sitz der Elektricität.
nur eine Spur von Elektrici- tät nachzuweisen.
Die Potentialtheorie ließ uns erkennen, daß der Sitz der Elektricität an der Oberfläche der Körper sei und die Experimente bestätigten die aus der Theorie abgeleitete Folgerung. Die Theorie läßt uns aber auch die Art der Vertheilung der Elektricität auf der Oberfläche selbst er- kennen. Soll sich die Elek- tricität auf einem Leiter im Gleichgewichte befinden, so muß, wie früher gezeigt wurde, an allen Punkten der Oberfläche dasselbe Potential herrschen, d. h. die Oberfläche muß eine Niveaufläche sein. Sämmtliche elektrische Theilchen haben dann das Bestreben, in Richtungen, die senkrecht auf die Oberfläche des Körpers stehen, diesen zu verlassen und werden daran nur durch die schlechte Leitungsfähigkeit des umgebenden Mediums, z. B. der Luft, gehindert. Sobald diese Gegenkraft (der Leitungswiderstand des Mediums) kleiner wird als das Potentiale auf der Oberfläche, geht Elektricität in das Medium über. Da das Potentiale einer gegebenen Elektricitätsmenge von der Vertheilung derselben im Raume abhängt und sich augenblicklich ändert, wenn die Vertheilung eine andere wird, so muß offenbar bei einer gegebenen Niveaufläche, wie dies die Oberfläche eines Leiters ist, die Vertheilung eine ganz bestimmte sein. Im All- gemeinen kann daher die Vertheilung der Elektricität auf einem Leiter von irgend- welcher Oberfläche keine gleichförmige sein; der Leiter muß an einer Stelle seiner Oberfläche eine größere, an der andern Stelle eine geringere Anzahl elektrischer Theilchen haben, oder, mit anderen Worten, die
Dichte
der Elektricität muß an verschiedenen Stellen auch eine verschiedene sein. Man kann die Vertheilung der Elektricität auf der Oberfläche eines Körpers ausrechnen, doch gelingt dies selbst dann, wenn die Oberfläche die einfachsten geometrischen Formen besitzt, nur durch ziemlich schwierige Rechnungen, während bei complicirter geformter Oberfläche unsere mathematischen Hilfsmittel überhaupt nicht mehr ausreichen. Wir wollen daher versuchen, diese Verhältnisse auf graphischem Wege dem Verständnisse näher- zurücken, und das Streben nach Vereinfachung möge die sinnliche und rohe Dar- stellung entschuldigen.
Fig. 44 stellt einen Leiter dar, dessen Oberfläche im Raume
A B C D
cylindrisch, im Raume
B a D
conisch geformt ist. Die oberste Schichte elektrischer Theilchen ist durch
a b c d
.... angedeutet. Nehmen wir zunächst an, die Ver- theilung der Elektricität wäre auf der ganzen Oberfläche des Leiters eine gleich- förmige, wie dies auch durch die gleich weit voneinander abstehenden elektrischen Theilchen dargestellt ist, und betrachten wir nun das Verhalten irgend eines Theilchens gegen seine Nachbartheilchen. Das Theilchen
a
wird von dem Theilchen
b
in der Richtung
b f
abgestoßen, vom Theilchen
c
in der Richtung
c e;
die Wirkungen der Theilchen
d
und
e
auf
a
können wegen ihrer großen Entfernung
Fig. 44.
Elektricitätsvertheilung auf der Körperoberfläche.
vernachlässigt werden. Stellen
a e
und
a f
die Größen und Richtungen der von
c
und
b
auf
a
ausgeübten Kräfte dar, so kann die Resultirende dieser beiden Kräfte bekanntlich leicht gefunden werden, indem man das Kräfteparallelogramm
a e r
1
f
construirt; die Diagonale
a r
1
ist dann die gesuchte Resultirende. Sucht man dann in derselben Weise für das Theilchen
c
, das nächste an
a
, die Resultirende der beiden Kräfte, welche
a
und
d
auf
c
geltend machen, so erhält man die Linie
c r
2
;
die Resultirende für das Theilchen
d
ist
d r
3
u. s. w. Man ersieht hieraus, daß die Resultirenden immer kleiner werden, je weiter man sich von
a
in der Richtung über
c
und
d
nach
C D
entfernt. Die Theilchen auf der Strecke
D C
haben dann Resultirende gleich Null, d. h. die gegenseitigen Wirkungen der Theilchen aufeinander heben sich auf; derselbe Verlauf ergiebt sich auch für den oberen Theil der Begrenzung
a b B A
.
Es werden daher alle Theilchen auf
A B
oder
C D
sich im Gleichgewichte befinden, wenn sie nach der ursprünglichen Voraussetzung in gleicher Entfernung voneinander angeordnet sind. Die Theilchen auf der Curve
B a D
sind jedoch nicht im Gleichgewichte und die sie zu bewegen suchenden Resultirenden werden desto größer, je näher die Theilchen an
a
liegen. Der Grund für dieses Anwachsen der Resultirenden ist aus der Zeichnung leicht zu erkennen, er liegt offenbar in der immer mehr zunehmenden Krümmung der Curve, denn hierdurch wird der Winkel, den je zwei auf ein Theilchen einwirkende Kräfte einschließen, immer kleiner, folglich die Diagonale des betreffenden Kräfteparallelogrammes immer größer.
Wir ersehen daraus, daß auf einem Leiter von der Form, wie ihn die Fig. 44 darstellt, die elektrischen Theilchen sich nicht überall im Gleichgewichte befinden können, wenn sie, wie anfangs vorausgesetzt wurde, über den ganzen Leiter ohne Berücksichtigung seiner Form gleichmäßig vertheilt sind. Wir haben auch früher bereits gehört, daß allen Theilchen das Bestreben innewohnt, sich in Richtungen, die senkrecht auf die betreffenden Stellen der Leiterfläche stehen, von dieser zu entfernen. Nun sehen wir, daß ohne Berücksichtigung des letzterwähnten Bestrebens der Theilchen für diese an vielen Stellen unseres Leiters noch auf eine zweite Art Resultirende zu Stande kommen, die gleichfalls das Bestreben haben, die Theilchen von der Oberfläche zu entfernen. Daraus folgt, daß die Theilchen desto eher sich vom Leiter entfernen werden, je stärker die Krümmung jener Stelle des Leiters ist, an welcher sie sich befinden. Bei einer bestimmten Ladung des Leiters wird daher ein Theilchen in
a
den Widerstand des um- gebenden Mediums überwinden können und sich von ihm entfernen, während ein Theilchen bei
A
noch festgehalten wird; das von
a
entwichene Theilchen wird durch ein anderes ersetzt werden, da sich die Elektricität auf einem guten Leiter stets über die ganze Oberfläche verbreitet. Diese ist also bei der angenommenen Vertheilung der Elektricität keine Fläche gleichen Potentiales, keine Niveaufläche. Wir ersehen aus dem eben auseinandergesetzten Verhalten der Theilchen vielmehr, daß auf einem Leiter mit einer Oberfläche verschiedener Krümmung die elektrischen Theilchen sich von den Stellen geringer zu jener starker Krümmung bewegen und daher, so lange sie nicht den Widerstand des umgebenden Mittels (z. B. der Luft) überwinden können, sich an diesen Stellen anhäufen müssen. Die Dichte der Elektricität — denn darunter verstehen wir ja die Menge auf der Flächeneinheit — wird also desto größer sein, je stärker die betreffende Stelle des Leiters ge- krümmt ist.
In welcher Weise die Dichte der Elektricität mit der Krümmung des Leiters zunimmt, wird in Fig. 44 durch die Curve
r
1
r
2
r
3
..... angedeutet. Aus dieser ersieht man auch, daß im cylindrischen Theile des Leiters bei
A B
und
C D
überall dieselbe Dichte herrscht. Die Figur stellt in ihrem mittleren Theile aber nur die Vertheilung der Elektricität in der Längsrichtung des Leiters dar. Daß sich die Vertheilung in einem Querschnitte von Punkt zu Punkt gleich bleibt, ist leicht einzusehen, da die Querschnitte als Kreise Curven sind, die an jeder Stelle dieselbe Krümmung besitzen. Die Schnitte nach
X Y
und
x y
zeigen auch durch die Kreise
R R
und
r
3
r
5
beiläufig die Dichte der Elektricität; an einem und demselben Querschnitte bleibt sie gleich, von Querschnitt zu Querschnitt wächst sie aber desto mehr, je größer die Krümmung jenes Theiles des Leiters ist, welchem der Quer- schnitt entnommen wurde.
Wir kennen nur einen Körper, welcher nach allen Richtungen hin gleiche Krümmungen besitzt, bei welchem jeder Schnitt eine Kreisfläche ist, nämlich die Kugel; auf dieser wird daher die Vertheilung der Elektricität eine vollkommen gleichmäßige oder die Dichte an allen Stellen dieselbe sein. Auf allen übrigen Körpern aber vertheilt sich die Elektricität ungleichmäßig; bei einem Ellipsoide besitzt sie ihre größte Dichte an den Scheiteln, bei Cylindern, die durch Halb- kugeln abgeschlossen sind, an diesen u. s. w.
Die Vertheilung der Elektricität kann auch experimentell bestimmt werden; man bedient sich hierzu der
Prüfungskörper
. Diese sind kleine Kugeln oder Scheibchen aus Goldpapier, welche an isolirenden Stielen befestigt sind. Berührt man nämlich einen elektrisirten Körper an einer Stelle mit einem solchen Prü- fungskörper, der im Verhältnisse zum elektrisirten Körper sehr klein ist, so nimmt der Prüfungskörper gleichnamige Elektricität von dem elektrisirten Körper auf, ohne dessen elektrischen Zustand wahrnehmbar zu verändern. Hierbei erfolgt die Aufnahme der Elektricität durch den Prüfungskörper genau in demselben Ver- hältnisse als die Dichte der Elektricität an den berührten Stellen zunimmt; man kann sich davon durch Versuche leicht überzeugen. Untersucht man nun mit diesen Prüfungskörpern, die man nach jeder Berührung mit dem zu prüfenden Körper in die Torsionswage an Stelle der Standkugel bringt, die Körper an verschie- denen Stellen, so findet man in der That jene Vertheilung der Elektricität, welche uns die theoretische Betrachtung gelehrt hat.
Die Spitzenwirkung.
Die Theorie giebt aber auch noch nach anderen Richtungen hin interessante Aufschlüsse. Wir haben gesehen, daß die Dichte der Elektricität bei einer bestimmten Ladung eines Leiters von der Krümmung der Oberfläche abhängt und dort am größten ist, wo die Krümmung am stärksten wird, oder, wie man sich gewöhnlich aus- zudrücken pflegt, wo der
Krümmungsradius
am kleinsten ist. Man kann sich nämlich jede gekrümmte Oberfläche aus Flächenelementen zusammengesetzt denken, welche je nach ihrer stärkeren oder schwächeren Krümmung Kugeln von kleineren oder größeren Radien entnommen sind. Man kann deshalb auch sagen, eine ebene Fläche ist ein Stück der Oberfläche einer Kugel, deren Halbmesser unendlich groß ist, und eine Spitze ist die Oberfläche einer Kugel, deren Halb- messer unendlich klein ist. Zwischen diesen beiden Werthen liegen die Krüm- mungsradien sämmtlicher Flächen. Verbindet man daher irgend einen Leiter mit der Erde und ertheilt dem Leiter eine beliebige elektrische Ladung, so kann dieser Leiter, wie wir schon früher aus anderen Gründen erkannt haben, nie elektrisch bleiben. Die Erde hat im Vergleiche zu jedem herstellbaren Leiter immer eine Oberfläche, deren Krümmungsradius als unendlich groß angenommen werden muß; diesem unendlich großen Krümmungsradius entspricht aber eine unendlich kleine Dichte, d. h. die Erde ist unelektrisch, und da der Körper mit ihr in leitender Ver- bindung steht, kann auch dieser keine freie Elektricität bewahren, wie viel Elek- tricität ihm auch immer mitgetheilt werden mag.
Bringt man an einem Leiter eine Spitze an, so entspricht diesem Theile der Leiteroberfläche ein unendlich kleiner Krümmungsradius, oder, da wir doch keine mathematischen Spitzen anfertigen können, ein sehr kleiner Krümmungsradius. Die Dichte der Elektricität an solchen Spitzen muß daher immer, wie groß oder klein auch die elektrische Ladung des Leiters sei, immer außerordentlich groß sein. Diesem Verhalten der Spitzen sind die Erscheinungen zuzuschreiben, welche man unter der Bezeichnung
Spitzenwirkungen
zusammenfaßt.
Jeder elektrisirte Körper verliert, wenn er sich selbst überlassen bleibt, nach kürzerer oder längerer Zeit seine Ladung. Die Verluste setzen sich aus der bereits besprochenen Zerstreuung und dem Stützenverluste zusammen. Hierzu kommt jedoch noch eine andere Art des Verlustes. Wir haben oben (S. 92 u. f.) gesehen, daß alle elektrischen Theilchen an der Oberfläche eines Leiters das Bestreben zeigen, sich von dem Leiter zu entfernen, und daß sie daran nur durch den Widerstand, welchen das umgebende Medium, also gewöhnlich die Luft, ihrer Entfernung vom Leiter entgegensetzt, auf diesem zurückgehalten werden. Wird jedoch die Dichte der Elektricität auf dem Leiter so groß, daß sie den Widerstand der Luft überwinden kann, so ist der Leiter nicht mehr im Stande, weiterhin Elektricität aufzunehmen, sondern die ihm dann noch zugeführte Elektricität strömt in die Luft aus. Im Dunkeln beobachtet man hierbei, daß der Uebertritt der Elektricität von dem Leiter in die Luft unter Lichtentwicklung stattfindet. Die auf die Elektricität wirkende Kraft, welche sie vom Leiter zu entfernen strebt, nennt man die
Spannung
. Die Spannung wächst aber mit der Dichte der Elektricität (im quadratischen Verhältnisse) und diese ist desto größer, je kleiner der Krümmungsradius der be- treffenden Stelle der Leiteroberfläche ist (vergl. Fig. 44). Die Spannung wird
Fig. 45.
Elektrisches Flugrädchen.
deshalb an jenen Stellen eines Leiters am leichtesten den Widerstand durch die Luft überwinden können, welche am stärksten gekrümmt sind. Die Krüm- mung einer Spitze entspricht aber einem außerordentlich kleinen Krümmungs- radius, weshalb die Dichte der Elek- tricität und mit ihr die Spannung außer- ordentlich groß sein muß. Dies hat zur Folge, daß bei einem elektrisirten Körper, der mit einer Spitze versehen ist, durch diese die Elektricität aus- strömen muß, selbst auch dann, wenn die dem Körper mitgetheilte Elektricitäts- menge eine sehr kleine ist. Könnten wir einen Körper mit einer mathematischen Spitze versehen, so müßte es ganz un- möglich sein, auf dem Körper irgendwelche Elektricitätsmenge zu erhalten. Bei der Anwendung solcher Spitzen, wie wir sie herzustellen im Stande sind, wird aber der damit versehene Körper so viel Elektricität behalten können, daß die Span- nung an der Spitze noch nicht im Stande ist, Elektricität an die Luft abzugeben. Natürlich wird diese zurückbleibende Elektricität bei einer sehr scharfen Spitze eine so geringe sein, daß man sie in der Regel vernachlässigen kann.
Die Ausströmung der Elektricität in Folge ihrer Spannung ist stets mit dem Auftreten eines Luftstromes, des
elektrischen Windes
, verbunden, der in der Richtung von der Ausströmungsstelle weg bläst; bei entsprechender Spannung kann der elektrische Wind so stark werden, daß er Lichtflammen auszulöschen im Stande ist. Das Auftreten des elektrischen Windes, also das Wegschleudern der elektrisirten Lufttheilchen, kann auch durch das elektrische Flugrädchen (Fig. 45) gezeigt werden. Dasselbe besteht aus
S
-förmig gekrümmten Metallblättchen oder Drähten, die an ihren Enden zugespitzt sind und sich auf einer verticalen Axe leicht drehen können. Mit letzterer setzt man das Flugrädchen auf den Conductor einer Elektrisirmaschine auf. Sobald die Elektricität auf dem Conductor und somit auch auf dem mit ihm in leitender Verbindung stehenden Flugrädchen eine gewisse Spannung erreicht hat, strömt die Elektricität aus den Spitzen heftig aus und stößt die Lufttheilchen in der Richtung der Spitzen zurück. Das Rädchen selbst bewegt sich dann in Folge der Reactionswirkung in entgegengesetzter Richtung, was durch die Pfeile angedeutet ist.
Für die Wirkung einer Spitze ist es nicht gleichgiltig, an welcher Stelle des Leiters sie angesetzt wird. Sie wird z. B. kräftiger wirken, wenn man sie bei
a
(Fig. 44, S. 93) ansetzt, als wenn sie auf der Strecke
A B
ihre Basis hat, weil an der ersterwähnten Stelle des Leiters die Dichte schon an und für sich eine größere ist, als an der letzterwähnten. Im erhöhten Maße macht sich aber der Einfluß der Stellung geltend, wenn Influenzerscheinungen auftreten.
In Fig. 46 stellt
K
eine elektrisirte Kugel dar, welche isolirt aufgestellt ist; bringt man in ihre Nähe den gleichfalls isolirten Messingcylinder
a b
, so wird auf diesem bekanntlich bei
a
Influenzelektricität erster Art, bei
b
Influenzelektricität
Fig. 46.
Wirkung der Spitze bei Influenz-Erscheinungen.
zweiter Art influenzirt. Setzt man nun auf das Ende bei
b
eine Spitze, so erhält auch diese Influenzelektricität zweiter Art; diese Influenzelektricität wird daher durch die Spitze ausströmen und hierin noch durch die von der Elektricität auf die Kugel ausgeübte Abstoßung unterstützt werden. Entfernt man dann die Kugel
K
von dem Cylinder
a b
, so bleibt letzterer mit Influenzelektricität erster Art geladen zurück. Die Spitze bewirkt also bei dieser Anordnung des Versuches eine Ladung des genäherten Leiters mit Influenzelektricität erster Art.
Aendert man aber den Versuch derart ab, daß man die Spitze nicht bei
b
, sondern an dem der Kugel zugewandten Ende
a
des Cylinders ansetzt, so treten folgende Erscheinungen auf: Die (z. B. +) elektrische Kugel erregt wieder bei
a
Influenzelektricität erster Art (—) und bei
b
Influenzelektricität zweiter Art (+). Die Spitze bei
a
erhält Influenzelektricität erster Art (—) und veranlaßt das Ausströmen dieser (—) Elektricität. Nach Entfernung der Kugel
K
bleibt der Cylinder mit Influenzelektricität zweiter Art (+) geladen zurück. Dabei zeigt sich aber die merkwürdige Thatsache, daß die Kugel
K
in ihrer (+) Elektricitäts-
Urbanitzky
: Elektricität. 7
menge eine Verminderung erlitten hat, und zwar beiläufig um denselben Be- trag, welchen die Influenzelektricität zweiter Art (+) auf dem Cylinder aus- macht. Wir wissen, daß unter gewissen Verhältnissen ein Körper durch Ausübung einer Influenzwirkung an seiner Elektricitätsmenge nichts verliert. Wie haben wir uns daher in diesem Falle den Elektricitätsverlust zu erklären? In Folge der großen Dichte der Influenzelektricität erster Art (—) auf der Spitze bei
a
strömt diese Elektricität hier aus, bewirkt aber hierdurch auch eine andere Ver- theilung der (+) Elektricität auf der Kugel. Auf dem der Spitze gegenüberliegen- den Punkte der Kugel wird nämlich die Dichte der (+) Elektricität so gesteigert, daß auch hier ein Ausströmen eintritt. Dazu kommt noch folgender Umstand: das Ausströmen der (—) Elektricität aus der Spitze ist von dem elektrischen Winde begleitet, d. h. die (—) elektrischen Lufttheilchen werden von der Spitze weg gegen die Kugel getrieben. Auf dieser geben sie natürlich ihre (—) Influenzelektricität erster Art ab und neutralisiren dadurch einen Theil der auf der Kugel vorhandenen (+) Elektricität.
Ohne diese internen Vorgänge zu kennen, würde man zu der Meinung gelangen müssen, daß die bei
a
angebrachte Spitze die Elektricität aus der Kugel in den Cylinder hinübergesaugt habe. Man bezeichnet daher diese Erscheinung als
Saugwirkung der Spitzen
. Aus der obigen Erklärung der Spitzenwirkung ergiebt sich auch, daß diese scheinbare Saugwirkung so lange stattfinden wird, als die Dichte des ihr gegenüber befindlichen elektrischen Körpers groß genug bleibt, um ein Ausströmen von Elektricität an der Spitze hervorzurufen.
Die Saugwirkung zeigt sich in eclatanter Weise, wenn man eine im Uebrigen isolirt aufgestellte Spitze mit der Erde in leitende Verbindung setzt und der Spitze einen elektrisirten Körper nahe bringt; es sinkt dann die Dichte auf dem elektrisirten Körper augenblicklich auf eine ganz minimale Größe herab und läßt sich nicht mehr vergrößern, wie viel Elektricität man auch dem Körper neuerdings zuführen will.
Wird der (z. B. +) elektrische Körper mit einer Spitze versehen, und nähert man ihm nun in der Richtung gegen die Spitze einen unelektrischen Körper, so wird letzterer mit Influenzelektricität zweiter Art (+) geladen; es strömt nämlich, durch die große Dichte der (+) Elektricität auf der Spitze bewirkt, Influenz- elektricität erster Art (—) von dem genäherten Körper aus, und außerdem neu- tralisiren die von der Spitze auf den Körper geschleuderten (+) elektrischen Luft- theilchen einen entsprechenden Theil der Influenzelektricität erster Art (—) auf dem genäherten Körper.
Die Spitzenwirkung ist eine sehr wichtige Erscheinung und daher bei Construction von Apparaten zu elektrischen Versuchen wohl zu beachten. Diese Wirkungen treten aber nicht nur bei Spitzen auf, sondern auch, wenngleich in geringerem Maße, bei scharfen Kanten. Diese können wir nämlich, wenn wir die für die Spitzen angenommene Auffassung beibehalten, als Flächen bezeichnen, deren Krümmungsradius nach einer Richtung hin außerordentlich klein ist.
Auch glimmende oder brennende Körper zeigen, wenn sie aus leitenden Sub- stanzen bestehen oder wenn die Flamme durch leitende Gase erhalten wird, die an Spitzen beobachteten Erscheinungen. Ihre Wirkung ist den beim Glimmen sich bildenden Spitzen oder der Flammenspitze und dem
anfsteigenden
Gasstrome zu- zuschreiben. Die Bildung dieser Spitzen scheint sogar viel vollkommener vor sich zu gehen, als die der künstlich verfertigten Spitzen, da ihre Wirkung eine kräftigere ist. Es ist daher auch ein häufig angewandtes Mittel, Körper, namentlich wenn sie nicht leitend sind, dadurch unelektrisch zu machen, daß man sie einigemale durch eine Gasflamme führt.
Apparate zur Erregung der Elektricität.
Um größere Mengen von Elektricität zu erhalten, bedient man sich natürlich nicht der Glas- oder Siegellackstangen, sondern verwendet hierzu die Elektrisir- maschinen; wir wollen von diesen im Nachstehenden die Scheiben-Elektrisirmaschine, die Dampf-Elektrisirmaschine, den Elektrophor und die sogenannte Influenzmaschine betrachten.
Die
Scheiben-Esektristrmaschine
hat im Laufe der Zeit äußerlich zwar manche Veränderungen erfahren, aber ihre Hauptbestandtheile sind im Wesentlichen unverändert geblieben. Auch jetzt noch drückt der jeweilige Fabrikant seiner Maschine in einigen Details gewissermaßen seinen Stempel auf, aber im Großen und Ganzen haben diese Constructionsdifferenzen keine Bedeutung; es genügt daher, eine dieser Formen zu betrachten. Fig. 47 stellt eine Scheiben-Elektrisirmaschine in der Gestalt dar, welche ihr der Wiener Elektriker
Winter
gegeben hat. Ihre Hauptbestand- theile sind die Glasscheibe
S
, das Reibzeug
R
und die beiden Conductoren
C
und
C
. Die Glasscheibe
S
besitzt in der Mitte eine kreisrunde Oeffnung, durch welche ein mit Schraubengewinde versehener Holzzapfen gesteckt ist, der mit einem zweiten die Schraubenmutter enthaltenden Holzzapfen auf der andern Seite der Glasscheibe verschraubt wird. Durch das Anziehen der Schraube erfolgt die Ein- klemmung der Glasscheibe zwischen beiden Holzzapfen. Der eine Holzzapfen dreht sich in einem hölzernen Lager, welches durch die Glassäule
G
1
an dem Grund- brette der ganzen Elektrisirmaschine befestigt ist. Der zweite Zapfen ist durch die Glassäule
G
2
verlängert und diese dreht sich in der Durchbohrung eines hölzernen Fußes. Die Kurbel
K
dient dazu, die Scheibe
S
in Umdrehung zu setzen.
Der Glasfuß
G
3
trägt ein gabelförmig gestaltetes Holzstück, welches die Scheibe derart umfaßt, daß zwischen je einer Gabelzinke und der Scheibe ein Reib- kissen
R
eingeschoben werden kann. Jedes dieser zu beiden Seiten der Scheibe an- gebrachten Reibkissen besteht aus einem Brette, welches auf der der Scheibe zu- gewandten Fläche mit einigen Lagen Tuch belegt und darüber mit Leder überspannt ist. Das Leder versieht man mit einem Ueberzuge von Amalgam, welches man sich aus Zinn, Zink und Quecksilber bereitet, auf die mit etwas Knochenöl eingefettete Lederfläche streut und leicht verreibt. An der Außenseite der Reibkissenbretter befindet sich eine Feder, welche sich gegen die betreffende Zinke der Holzgabel stemmt und hierdurch das Reibkissen an die Glasscheibe mäßig andrückt. Man hat es vortheil- haft gefunden, die Scheibenfläche zwischen den Reibkissen und dem positiven Con- ductor mit Wachstaffet zu bedecken (wie dies die Figur auch erkennen läßt). Die beiden Reibkissen stehen mit dem negativen Conductor
C
, einem durch Halb- kugeln beiderseits abgeschlossenen Messingcylinder, in leitender Verbindung.
Der positive Conductor
C
, eine Messinghohlkugel, wird durch die Glassäule
G
4
getragen. An der Kugel sind zwei zu einander und zur Glasscheibe parallele Holz- ringe
r
derart befestigt, daß sich die Scheibe zwischen beiden Ringen in geringer Entfernung durchdreht. Die Holzringe sind an ihren der Glasscheibe zugewandten Seiten mit Stanniol bekleidet, und dieses steht mit dem Conductor in leitender Verbindung. Aus den Stanniolbelegen selbst ragt eine Anzahl feiner Metallspitzen
7*
heraus, welche senkrecht zur Scheibe gestellt sind und ohne diese zu berühren möglichst nahe an sie heranreichen.
Winter
fügte dem Conductor noch gewöhnlich einen Holzring
W
bei, der im Innern eine Drahtspirale trägt. Versuche haben ihm gezeigt, daß dieser Ring, der gleichsam einen Meridian einer Kugel von
Fig. 47.
Scheiben-Elektrisirmaschine.
gleichem Durchmesser darstellt, gerade so wirkt, als ob die ganze Kugel vorhanden wäre, also die- selbe Menge Elektricität auf- zuspeichern gestattet, als wenn eine Kugel von gleichem Radius als der des Ringes als Con- ductor in Verwendung kommen würde. Auf dem Conductor ist häufig auch noch an der den Holzringen gegenüberliegenden Seite eine kleine Messingkugel angebracht, auf welcher dann die Dichte der Elektricität stets bedeutend größer wird, als auf der übrigen Conductoroberfläche; man erreicht hierdurch, daß der Funke nur von einer und immer von derselben Stelle auf einen etwa genäherten Entlader
E
überspringt.
Mit Hilfe dieser Beschrei- bung und der früher gegebenen Erklärung der Spitzenwirkung ist der Proceß der Elektricitäts- erregung mittelst der Scheiben- maschine leicht einzusehen. Die Glasscheibe wird durch die Kurbel in der Richtung des Pfeiles ge- dreht, reibt sich an den amal- gamirten Lederkissen und erhält dadurch an den geriebenen Flächen positive Elektricität. Da das Glas ein Isolator ist, verbreitet sich die positive Elektricität nicht über die ganze Scheibe, sondern bleibt auf jenen Flächen, auf welchen die Elektricität erregt wurde. Bei fortgesetzter Drehung gelangen dann die positiv-elektrischen Flächen unter die Saugspitzen der Holzringe
r
. Die positive Elektricität der Scheibe wirkt nun influenzirend auf den positiven Conductor
C
, stößt die Influenzelektricität zweiter Art (positive Elektricität) in die Messingkugel
C
als den entferntesten Theil und bringt die Influenzelektricität erster Art (negative Elektricität) an den am nächsten gelegenen Spitzen der Holzringe
r
zum Ausströmen. Diese (—) Influenz- elektricität erster Art neutralisirt die positive Elektricität der Glasscheibe und diese verläßt bei Fortsetzung ihrer Drehung wieder unelektrisch den Raum zwischen beiden Saugringen. Inzwischen sind jedoch neue durch die Reibung zwischen den beiden Reibkissen positiv elektrisirte Flächentheile der Scheibe zu den Saugspitzen gelangt und geht neuerdings der oben angegebene Proceß vor sich. Es braucht wohl kaum hinzugefügt zu werden, daß durch fortgesetzte Drehung der Scheibe die Ladung des Conductors
C
mit positiver Elektricität immer stärker wird.
Wir wissen aber, daß durch Reibung immer gleichzeitig und in gleicher Menge positive und negative Elektricität erregt wird; was ist also inzwischen mit letzterer geschehen? Die negative Elektricität wird bei der Reibung auf dem Amalgam des Reibzeuges hervorgerufen, welches, wie früher angegeben wurde, mit dem negativen Conductor
C
in leitender Verbindung steht. Die bei der Reibung erregte negative Elektricität strömt daher
direct
auf diesen Conductor
C
über und häuft sich dort bei fortgesetzter Drehung der Scheibe an. Die Ansammlung der negativen Elektricität ist also keine Influenzwirkung, sondern die Maschinentheile (Reibzeuge), auf welchen die Elektricität hervorgerufen wird, sind gleichzeitig Theile des negativen Conductors.
Dreht man die Glasscheibe fortgesetzt, so wird die Wirkung der Maschine in kurzer Zeit zu Ende sein, denn die negative Elektricität, welche sich auf dem negativen Conductor und dem Reibzeuge ansammelt, wird alsbald eine hinlängliche Dichte erhalten, um sich mit der auf der Glasscheibe erregten positiven Elektricität vermöge der gegenseitigen Anziehung vereinigen zu können; dann neutralisiren sich gleiche Mengen positiver und negativer Elektricität an ihrer Erregungsstelle und verhindern so die Wirksamkeit der Maschine. Um dies zu verhindern, leitet man die negative Elektricität stets zur Erde ab, indem man vom negativen Conductor aus eine Metallkette auf die Erde herabhängen läßt. Jetzt kann natürlich der vor- erwähnte Fall nicht mehr eintreten und die Ladung des positiven Conductors wird bei fortgesetztem Drehen der Scheibe immer zunehmen. Doch läßt sich auch dieser Proceß nicht unbegrenzt fortsetzen, da schließlich die Dichte der Elektricität am positiven Conductor ebenfalls so groß wird, daß beim unelektrischen Zustande der Glasscheibe ein Ausströmen positiver Elektricität durch die Spitzen gegen die Scheibe eintreten würde; hat der Conductor diese Spannung der Elektricität erreicht, so ist eben die positive Elektricität auf der Scheibe nicht mehr kräftig genug, um das Ausströmen von Influenzelektricität erster Art (—) aus den Spitzen zu bewirken. Wird jedoch auch die positive Elektricität von dem Conductor abgeleitet, so bildet die Maschine eine ununterbrochen strömende Elektricitätsquelle, so lange die Scheibe gedreht wird. Will man nur Funken überschlagen lassen, so verbindet man die vom negativen Conductor herabhängende Metallkette mit dem dem positiven Conductor gegenübergestellten Entlader (wie dies die Figur anzeigt).
Will man von der Maschine nicht positive, sondern negative Elektricität erhalten, so nimmt man die Kette von dem negativen Conductor ab und verbindet durch sie den positiven Conductor leitend mit der Erde. Man erhält dann natürlich am negativen Conductor eine entsprechende Ladung mit negativer Elektricität. Diese ist aber nicht durch Influenz auf dem negativen Conductor erregt worden, sondern einfach von ihrer Erregungsstelle, den beiden Reibkissen, auf den Conductor über- geströmt.
Im Jahre 1840 machte der Maschinenwärter
Seghill
die Beobachtung, daß beim Ausströmen des Dampfes aus dem Sicherheitsventil eines Kessels sowohl dieser, als auch der Dampf elektrisch werde.
Armstrong
und
Pattinson
stellten dem ausströmenden Dampfe Metallspitzen gegenüber, welche mit einem Conductor in Verbindung standen, und isolirten den Dampfkessel von seiner Umgebung; bei diesen Experimenten fanden sie, daß der Dampf positiv, der Kessel negativ elektrisch wird. Die Erscheinung tritt jedoch nicht immer ein, sobald Dampf ausströmt, sondern ist an die Bedingung geknüpft, daß der Dampf „naß“ austritt, d. h. daß er Wassertröpfchen mit sich führt. Armstrong und ebenso Faraday haben
Fig. 48.
Dampf-Elektrisirmaschine.
alle diese Umstände einer genauen Untersuchung unterworfen und Arm- strong construirte auf Grund der hierbei ge- wonnenen Erfahrungen die
Hydro-
oder
Dampf- Elektrisirmaschine.
Auf einem viereckigen Rahmen, Fig. 48, sind vier starke Glassäulen befestigt, welche den Kessel zur Dampf- erzeugung tragen. Derselbe ist mit einem Sicherheits- ventile und einem Mano- meter ausgerüstet. In der Mitte des Dampfkessels ist ein Dampfdom, als Reservoir für den im Kessel erzeugten Dampf, auf- gesetzt und von diesem aus geht der Dampf durch ein mit Hahn versehenes Rohr zu den Ausströmöffnungen. Er gelangt jedoch nicht unmittelbar in diese, son- dern muß zuerst noch eine flache eiserne Büchse passiren, in welcher er sich zum Theile condensirt. Es hat dies den schon früher erwähnten Zweck, an den Ausflußröhren stets nassen Dampf zu erhalten. Den Ausflußöffnungen selbst giebt man verschiedene Formen, die aber immer den Zweck haben, die Reibung beim Ausströmen des Dampfes zu vermehren. So stellte Faraday der Ausflußöffnung einen Conus mit der Spitze gegen die Oeffnung gerichtet entgegen, während Armstrong vor der Mündung der Röhre eine Platte anbringt, die der Dampf umströmen muß.
Die aus den Röhren kommenden Dampfstrahlen treffen dann auf einen mit Spitzen versehenen Metallrahmen, welcher mit einem Conductor in Verbindung steht. Letzterer ist entweder auf dem Dampfkessel selbst isolirt befestigt, wie dies unsere Abbildung zeigt, oder er steht auf einem eigenen vom Kessel unabhängigen Gestelle. Auf diesem Conductor sammelt sich dann die positive Elektricität, während sich die negative auf dem Kessel vertheilt.
Die Maschine der
Royal polytechnie institution
in London besitzt nach Wüllner’s Angabe 46 Ausflußöffnungen und ist eine der wirksamsten Elektrisir- maschinen, die es überhaupt giebt. Die größte Maschine, welche gebaut wurde, soll nach
Cazin
jene der
Faculté des sciences
von Paris sein. Diese hat 80 Aus- flußröhren und giebt Funken von mehreren Decimetern Länge. Sie befindet sich in der Maschinengallerie des
Conservatoire des arts et métiers
.
Schon im Jahre 1762 hatte Wilke eine elektrisirte Glasplatte auf alle ihre Eigenschaften sorgfältig untersucht, aber allerdings nicht daran gedacht, einen eigenen darauf gegründeten Apparat zu construiren. Dies führte erst Volta aus, indem er den
Elektrophor
erfand (1775).
In einer flachen, tellerartigen Metallform, Fig. 49, befindet sich ein bei- läufig 1 Centimeter starker Harzkuchen
A
, welchem man eine möglichst ebene und blasenfreie Oberfläche zu geben sucht. Auf dieser ruht ein einfacher oder aus zwei Metall- platten
B
und
C
bestehender Deckel, welcher isolirt abgehoben werden kann. Zu diesem Zwecke zeigt die obere Platte des Doppel- deckels eine Handhabe
i
aus Glas; die beiden Metallplatten sind durch Seidenschnüre miteinander verbunden. Zur Erklärung der Wirkungsweise dieses Apparates möge die schematische Zeich- nung, Fig. 50, dienen;
M
bezeichnet in dieser die metallische Form,
H
den Harzkuchen,
D
den metallischen Deckel und
G
den isolirenden Glasgriff.
Man macht zunächst den Harzkuchen durch Reiben negativ elektrisch, indem man den Kuchen mit einem Fuchsschwanze peitscht. Wird dann der
Fig. 49.
Elektrophor.
Deckel aufgesetzt, so wirkt die negative Elektricität des Kuchens influenzirend auf den Deckel; die positive Elektricität, Influenzelektricität erster Art, wird durch die negative Elektricität des Harzkuchens an der unteren Fläche des Deckels festgehalten, die negative Elektricität, Influenzelektricität zweiter Art, gegen die obere Fläche des Deckels zurückgestoßen. Berührt man jetzt die obere Seite des Deckels ableitend, so fließt die negative Elektricität zur Erde ab, während die positive noch durch die negative Elektricität des Kuchens im Deckel festgehalten wird. Hebt man den Deckel an dem isolirenden Glasgriffe ab, so erscheint ersterer positiv elektrisch. Die positive Elektricität des Deckels kann dann beliebig verwendet werden; der Harz- kuchen hat hierbei an seiner Ladung nichts verloren. Man kann den Deckel nach seiner Entladung neuerdings auf den Harzkuchen bringen, wieder ableitend berühren und erhält ihn dann nach dem Abheben abermals positiv elektrisch. Daß im Metall- deckel sich wirklich diese Vorgänge abspielen, kann durch den in Fig. 49 abgebildeten Elektrophor gezeigt werden. Man setzt nämlich, nachdem der Harzkuchen gepeitscht wurde, den Doppeldeckel
B C
auf, wobei die beiden Platten, welche durch die Seidenschnüre
i
miteinander verbunden sind, aufeinander zu liegen kommen und daher in metallischer Berührung stehen. Durch die Influenzwirkung der negativen Elektricität des Kuchens wird alsdann die untere Platte (
B
) positiv, die obere Platte (
C
) negativ elektrisch. Zieht man nun ohne vorhergegangener ableitender Berührung den Deckel an dem Griffe ab, so entfernt man zuerst die obere Metall- platte, auf welcher sich die negative Influenzelektricität befindet, von dem Harz- kuchen, und sobald die Seidenschnüre sich gespannt haben, folgt die untere positiv elektrische Platte nach. Man erhält also beide Influenzelektricitäten in der Art, daß man den Leiter, auf welchen die Influenz ausgeübt wurde, in zwei Theile theilt. Auch der Elektrophor mit einfachem Deckel giebt für obige Erklärung der Wirkungsweise einen Beweis. Der Deckel erscheint nämlich nach dem Abheben nur dann elektrisch, wenn er zuvor ableitend berührt wurde, und zwar zeigt er Influenz- elektricität erster Art. Hat man ihn jedoch nicht ableitend berührt, so vereinigen sich nach dem Abheben wieder die beiden Influenzelektricitäten und der Deckel erscheint unelektrisch.
Es ist wohl leicht begreiflich, daß sich die Influenzwirkung des auf seiner Oberfläche negativ elektrischen Harzkuchens nicht blos auf den Deckel beschränken wird, sondern sich auch auf die unteren Schichten des Harzkuchens und auf die metallische Form erstrecken muß. Die in dieser Richtung eintretenden Erscheinungen
Fig. 50.
Elektrophor.
wurden namentlich von Rieß und Bezold einem eingehenden Studium unterworfen, dessen Resultat die Aufstellung zweier nicht völlig übereinstim- mender Theorien war. Rieß schreibt die Haupt- wirkung der Influenz der negativen Elektricität zu, welche auf der Oberfläche des Kuchens durch Reiben erregt wird und dann ihre Wirkung auf die Masse des Kuchens äußert. Die In- fluenzelektricität erster Art, also die positive Elektricität, müßte darnach die mittlere Schicht des Kuchens einnehmen, die Influenzelektricität zweiter Art, also die negative, sich an die untere Fläche des Kuchens begeben. Diese Ver- theilung der Elektricität im Kuchen wirkt dann natürlich auch auf jene in der Metallform.
Bezold
ist jedoch der Ansicht, daß die Influenzwirkung der negativen Elek- tricität an der Oberfläche des Kuchens auf dessen Masse nur von untergeordneter Bedeutung sei, daß hingegen das elektrische Verhalten der Metallform hauptsächlich von der directen Einwirkung der negativen Elektricität auf der Kuchenoberfläche herrühre. Die negative Elektricität des Kuchens wirkt vertheilend auf die Form, indem sie die positive Influenzelektricität an die obere Seite derselben zieht und dort festhält, während die negative Influenzelektricität in die untere Fläche der Form zurückgedrängt wird und von dieser abfließt, wenn die Form nicht isolirt aufgestellt ist. Daraus erklärt sich auch, daß die Form negativ elektrisch erscheint, sobald nach Elektrisirung des Kuchens der Deckel aufgesetzt wird. Wurde die negative Elektricität der Form abgeleitet, so ist diese unelektrisch, da nun die positive Elektricität der Anziehung durch die negative an der Oberfläche des Kuchens folgt und aus der Form in die untere Seite des Kuchens eintritt. Bezold schreibt also den negativelektrischen Zustand der Form der directen Influenzwirkung der negativen Harzoberfläche auf die Form zu, während
Rieß
annimmt, die negative Elektricität der Form sei im Harzkuchen erzeugte und dann erst auf die Form übergeströmte Influenzelektricität.
Ob man sich nun für die eine oder die andere Erklärung entscheidet, in jedem Falle wird man sich über nachstehendes Verhalten leicht Rechenschaft geben können. Legt man auf irgend eine Stelle der Kuchenoberfläche einen etwa Centimeter breiten Stanniolstreifen, welcher mit der nicht isolirt aufgestellten Form in leitender Ver- bindung steht, so ist der Deckel, ohne daß man ihn vorher ableitend berührt, nach dem Abheben positiv elektrisch. Der
Stanniolstreifeu
stellt eine leitende Verbindung zwischen der Erde einerseits, der Form und der Harzkuchenoberfläche andererseits her. Der Harzkuchenoberfläche wird dadurch negative Elektricität an jener Stelle entzogen, welche der Stanniolstreifen berührt; die Elektricität auf der übrigen Fläche des Kuchens wird nahezu nicht beeinflußt, da, wie wir bereits wissen, Harze der Bewegung der Elektricität einen sehr großen Widerstand entgegensetzen oder, mit anderen Worten, Isolatoren sind. Ferner wird durch den Stanniolstreifen auch die negative Elektricität der
Form
zur Erde abfließen, während die positive festgehalten wird, beziehungsweise auf die untere Fläche des Harzkuchens übergeht. Setzt man nun den Deckel auf den Kuchen, so wird auf diesen positive und negative Elek- tricität influenzirt. Die positive wird durch die Anziehungskraft der negativen der Harzfläche festgehalten, die negative Influenzelektricität hingegen in den ent- ferntesten Theil des Deckels abgestoßen. Dieser liegt nun aber auf dem Stanniol- streifen, welcher mit der Erde in Verbindung steht, folglich muß die negative Influenzelektricität des Deckels durch den Stanniolstreifen zur Erde abfließen. Hebt man jetzt den Deckel ab, so verbreitet sich natürlich die positive Influenzelektricität über den ganzen Deckel und dieser erscheint also positiv elektrisch. Die Anbringung des Stanniolstreifens erspart daher das lästige ableitende Berühren des Deckels, welches sonst vor jedem Abheben erfolgen muß.
Wir haben noch jener Eigenschaft des Elektrophors zu gedenken, welcher er seinen Namen verdankt, der so viel wie Elektricitätsträger bedeutet. Läßt man nämlich den Elektrophor, nachdem man ihn elektrisirt und wieder mit einem Deckel versehen hat, stehen, ohne daß man seine Form isolirt, so behält er monatelang seinen elektrischen Zustand bei. Die Erklärung für dieses Verhalten ist darin zu suchen, daß die negative Elektricität der Kuchenoberfläche einerseits und die positive Elektricität am Deckel und an der Unterfläche des Kuchens andererseits sich gegenseitig binden, daher die Zerstreuung erschweren; ferner ist die Berührung der Luft mit der Harzoberfläche durch den aufgesetzten Deckel sehr vermindert und wird überdies noch jene Luftschicht, welche sich zwischen Deckel und Harzoberfläche befindet, von den einander entgegengesetzten Elektricitäten dieser beiden auch entgegengesetzt influenzirt, weshalb sich hier eine gewissermaßen stagnirende Luftschicht bildet, die ebenfalls der Zerstreuung der Harzelektricität entgegenwirkt. Die Eigenschaft selbst, den elektrischen Zustand lange Zeit hindurch zu erhalten, nennt man
Tenacität
.
Gleichwie man sich bei der Elektricitätserregung durch Reibung nicht damit begnügte, blos Glas- oder Harzstangen mit der Hand zu reiben, sondern eine Maschine construirte, die gestattet, die Elektricitätserregung zu einem continuirlichen Processe zu gestalten, ebenso versuchte man auch den Elektrophor in ähnlicher Weise umzuformen. Die Maschinen, die in solcher Art entstanden, nennt man
Infsuenz- maschinen
oder nach Rieß
Elektrophormaschinen. Holtz
und
Töpler
gelangten beinahe gleichzeitig zur praktischen Ausführung dieses Gedankens. Wie beim Elek- trophor wird auch bei diesen Maschinen zuerst ein Bestandtheil derselben durch Reiben elektrisirt; dieser elektrisirt durch Influenz andere Theile der Maschine, die abwechselnd mit ihnen zusammengebracht und dann wieder voneinander entfernt werden. Die Influenzmaschinen unterscheiden sich aber dadurch vortheilhaft von dem Elektrophor, daß die influenzirte Elektricität nicht blos zu den gewünschten Zwecken verwendet werden kann, sondern überdies auch noch die dem andern Maschinen- theile ursprünglich ertheilte Elektricität vermehrt. Durch dieses gegenseitige Aufein- anderwirken der influenzirenden und der influenzirten Elektricität wird die Wirksamkeit der Maschine natürlich bedeutend gesteigert. Es mag hier schon darauf hingewiesen werden, daß wir bei der Besprechung der dynamoelektrischen Maschinen einen ähn- lichen Proceß kennen lernen werden.
Fig. 51.
Influenzmaschine von Holtz.
In Deutschland hat jene Form der Influenzmaschine die größte Verbreitung gefunden, welche Holtz ihr gegeben hat. Sie ist in Fig. 51 in perspectivischer Ansicht dargestellt. Als Basis dient ihr ein solider, vierseitiger Rahmen
A B
aus Holz. Die beiden gut gefirnißten Glasscheiben
E F
und
C D
sind mit diesem Rahmen in folgender Weise verbunden. Die Glasscheibe
E F
(die rückwärtige in der Figur) wird an den drei Stellen
d d e
durch horizontale Arme festgehalten, kann aber in ihrer Stellung zur Scheibe
C D
regulirt werden. Die horizontalen Arme enden nämlich in Schrauben, deren Muttern
d d e
von mit Kerben versehenen kreisrunden Holz- scheibchen gebildet werden; in den Kerben dieser Muttern ist nun die Scheibe
E F
gelagert. Dreht man diese Muttern in dem einen oder andern Sinne, so muß daher die Scheibe
E F
dementsprechend ihre Stellung gegen die Scheibe
C D
ändern; diese Einrichtung ermöglicht also, die beiden Scheiben stets einander parallel zu stellen. Einmal in diese Stellung gebracht, bleibt dann die Scheibe
E F
immer in derselben.
E F
ist mit drei Ausschnitten versehen; der eine kreisrunde Ausschnitt in der Mitte dient dazu, um die Axe
a b
der Scheibe
C D
durchzulassen; die beiden anderen Ausschnitte, welche an den Enden eines Scheibendurchmessers liegen, befinden sich bei
n
und
n'
. Unterhalb
n
und oberhalb
n'
sind die sogenannten Belege
m'
und
m
angebracht, bestehend aus ovalen Papierstücken, welche je einen in einer Spitze endigenden Streifen aus demselben Materiale tragen. Diese Spitzen ragen in die Oeffnungen
n n'
der Scheibe
E F
hinein und sind durch diese gegen die Scheibe
C D
gerichtet. Die Scheibe
C D
(vordere in der Figur) sitzt auf der horizon- talen Axe
a b
und kann um diese in rasche Rotation gebracht werden. Hierzu dienen die Rollen
r, r'
und
r″
mit den dazu gehörigen Schnurläufen. Das letzte Rad
r
trägt an einem Ende seiner Welle
w w'
die Kurbel
k
. Die rotirende Scheibe
C D
besitzt keine Ausschnitte.
Den beiden Belegen
m m'
sind Saugkämme, bestehend aus einer größeren Anzahl feiner Metallspitzen, derart gegenübergestellt, daß die rotirende Glasscheibe
C D
mit geringem Spielraume zwischen diesen Kämmen einerseits und der feststehenden Glasscheibe
E F
andererseits durchrotiren kann. Die Saugkämme werden von den Metallstäben
p g o
und
q g' o'
gehalten, welche bei
o
und
o'
in horizontal durch- bohrten Kugeln endigen. In diese Durchbohrungen sind Metallstäbe gesteckt, die bei
i i'
Kugeln tragen, zur Befestigung von Leitungsdrähten wohl auch Klemmen besitzen, und an den nach außen gekehrten Enden mit isolirenden Griffen
h h'
versehen sind. Mit Hilfe dieser kann man die beiden Stäbe in den horizontalen Durchbohrungen der Kugeln
o o'
verschieben und so die Kugeln
i i'
, welche man die Pole der Maschine nennt, voneinander entfernen oder einander, auch bis zur Berührung, nähern. Die Saugkämme sammt diesen Metallstäben und Kugeln sind an dem Gestelle
H H'
voneinander wohl isolirt befestigt.
Um die Maschine in Gang zu setzen, bringt man die beiden Kugeln
i i'
zunächst zur Berührung und theilt dann einer der beiden Belegungen
m
oder
m'
eine gewisse elektrische Ladung mit, indem man sie mit einer vorher geriebenen Hart- gummiplatte berührt. Gleichzeitig setzt man mit Hilfe der Kurbel
k
die Glasscheibe
C D
derart in rasche Rotation, daß die Drehung gegen die Spitzen der Papier- belegung auf der feststehenden Platte gerichtet ist. Entfernt man dann durch Vermittlung der isolirenden Griffe
h h'
die beiden Pole
i i'
voneinander, so schlagen zwischen diesen beiden Funken über. Letztere kann man noch dadurch verstärken, daß man eine Kleist’sche Flasche mit den Metallstäben
q g'
und
p g
in Verbindung setzt.
Die Vorgänge, welche sich während der Thätigkeit der Maschine in dieser abspielen, sind keineswegs sehr einfacher Natur, und deshalb auch noch nicht ganz vollkommen ergründet. Um eine Vorstellung hierüber zu gewinnen, wollen wir an der Hand der schematischen Zeichnung in Fig. 52 im Wesentlichen der von Rieß gegebenen Erklärung folgen. Die beiden Kugeln
i
und
i'
stehen miteinander in Berührung; der Belegung —
m
auf der feststehenden Glasscheibe
E F
wird negative Elektricität mitgetheilt. Diese wirkt nun durch Influenz auf die drehbare Scheibe
C D
und auf den Metallkamm
p
. Die Scheibe
C D
wird auf jener Seite, welche der Belegung
m
zugekehrt ist, positiv elektrisch, auf jener Seite, welche dem Saug- kamm zugewandt ist, negativ elektrisch. Die negative Elektricität auf
m
wirkt aber auch influenzirend auf das Leitersystem
p g i i' g' q,
und zwar in der Art, daß die positive Influenzelektricität in die Spitzen bei
p
gezogen, die negative jedoch durch
g g'
in die Spitzen bei
q
zurückgestoßen wird. Die positive Influenzelektricität kommt dann an den Spitzen
p
zum Ausströmen und tritt auf die Scheibe
C D
über. Dort trifft sie mit der durch die Belegung
m
auf der Scheibe
C D
erregten negativen Influenzelektricität zusammen und beide neutralisiren sich zum Theile. Der Ueberschuß der auf die Scheibe
C D
aus den Spitzen
p
übergeströmten positiven Elektricität macht die Scheibe positiv elektrisch. Es ergiebt sich also als Wirkung der negativen Elektricität in
m
und der gegenüberstehenden Spitzen bei
p
auf die Scheibe
C D
das Resultat, daß diese zwischen
p
und
m
auf
beiden
Seiten positiv elektrisch wird.
Wird nun die Scheibe
C D
in der Richtung des Pfeiles um ihre horizontale Axe gedreht, so gelangen jene positiv elektrischen Flächen zwischen den Kamm
q
und die Belegung +
m
. In den Kamm
g'
wird aber, wie früher angegeben wurde, negative Influenzelektricität gedrängt; diese strömt von den Spitzen des Kammes auf die Scheibe
C D
über, wird also, wenn durch die Drehung die positiv elektrische Fläche nach
g
gekommen ist, diese positive Elektricität neutralisiren und dann dieselbe Fläche
Fig. 52.
Schema der Influenzmaschine.
negativ laden. Gleichzeitig ist aber auch die positiv elektrische Fläche auf der andern Seite der Scheibe, nämlich jener, welche der feststehenden Scheibe
E F
zugewandt ist, +
m
gegenüber gekommen. Hier findet sie die unelektrische mit einer Spitze versehene Belegung +
m
und wirkt auf diese in folgender Weise. Sie erregt auf der Belegung positive und negative Influenzelektricität; die erstere wird als gleichnamig in die Be- legung zurückgestoßen, die letztere aber, weil ungleichnamig, nach der Spitze der Belegung gezogen. Hier kommt sie zum Ausströmen, geht auf die Scheibe
C D
über, neutralisirt hier die positive Elektricität und ladet die vorhin positiv elektrische Fläche nun negativ. Das Resultat der Ein- wirkungen von der Belegung +
m
und dem Saugkamme
q
auf die Scheibe
C D
ist daher, daß die Scheibe
C D
auf beiden Seiten negativ elektrisch wird; gleichzeitig hat die Belegung
m'
eine positive Ladung erhalten.
Es ist einleuchtend, daß bei fortgesetzter Drehung der Scheibe
C D
nach und nach sämmtliche Stellen der Scheibe die eben geschilderten Einwirkungen erfahren müssen. Die eben betrachteten Flächenstücke der Scheibe
C D,
welche sich anfänglich zwischen
m
und
p
befanden, erhielten dort positive Elektricität und behielten dieselbe bei, bis sie zwischen +
m
und
q
angelangt waren. Da sich dieser Vorgang auf jedem Theile der Scheibe abspielen wird, welcher den Weg von
m p
nach
m' q
zurücklegt, so muß offenbar die ganze obere Hälfte der Scheibe fortwährend positiv elektrisch sein. Setzt die Scheibe die Drehung in derselben Richtung fort, so gelangen die in Rede stehenden Flächentheile von +
m q
wieder nach
m p;
in +
m q
wurden sie aber negativ elektrisirt, folglich muß die ganze untere Hälfte der Scheibe, so lange die Rotation dauert, negativ elektrisch sein.
Was geschieht nun, wenn die auf beiden Flächen negativ elektrisirte Scheibe wieder zwischen
m
und
p
angelangt ist? Die negative Elektricität auf der der fest- stehenden Scheibe
E F
zugewandten Fläche tritt in Folge der Spitzenwirkung der letzteren in die Belegung
m
über
Wie dieses Uebertreten aufzufassen ist, wurde bereits bei der Erklärung der Spitzen- wirkung angegeben; wir bedienen uns nur der Kürze und Deutlichkeit wegen der nicht ganz richtigen Sprechweise.
und verstärkt die negative Ladung der Belegung
m
. Die negative Elektricität auf der dem Metallkamme
p
zugewandten Fläche der Scheibe
C F
wird durch die aus
p
ausströmende positive Elektricität neutralisirt und die vorhin negativ elektrische Scheibenfläche positiv elektrisirt. Die verstärkte negative Ladung von
m
wirkt nun abermals influenzirend auf die Scheibe
C D
und den Kamm
m
. Der Vorgang hierbei ist wieder derselbe wie zu Beginn der Scheiben- drehung, aber die Wirkung wird eine bedeutend stärkere sein. Die Scheibe
C D
wird also zwischen
m
und
p
abermals auf beiden Flächen positiv elektrisch, und zwar stärker als bei der ersten Drehung, und diese positiv geladenen Flächen gelangen dann neuerdings zwischen +
m
und
q
, wo wieder der vorhin angegebene Vorgang statt hat, aber ebenfalls in erhöhter Kraft.
Bei fortgesetzter Drehung der Scheibe verstärken sich Ursache und Wirkung gegenseitig immer mehr und die Maschine wird in kurzer Zeit zur vollen Wirkungs- fähigkeit gebracht. Entfernt man nun die beiden Kugeln
i
und
i'
voneinander, so geht zwischen beiden ein für das Auge fast ununterbrochenes Funkenbüschel über; in Wirklichkeit tritt immer dann ein Funke auf, wenn die Dichte der positiven Elek- tricität auf der Kugel
i'
und jene der negativen Elektricität auf
i
groß genug ge- worden ist, um den Widerstand der zwischen beiden Kugeln befindlichen Luftschichte überwinden zu können. Bleiben hingegen beide Kugeln miteinander in Berührung, so gleichen sich beide Elektricitäten in dem Maße als sie erregt werden in dem dann ununterbrochenen Leiter
g g'
aus. Schaltet man bei auseinandergerückten Kugeln eine Kleist’sche Flasche ein, so schlägt, je nach der Wirksamkeit der Maschine, in größeren oder kleineren Zeitpausen ein hell leuchtender Funke zwischen beiden Kugeln über und verursacht dabei einen Knall, der jenen einer Pistole an Stärke übertreffen kann.
Die Influenzmaschine ist also an Wirksamkeit dem Elektrophor beiweitem überlegen, da letzterer, auch in großen Dimensionen ausgeführt, doch nur bedeu- tend schwächere und kürzere Funken giebt. Wir werden später, nämlich bei Be- sprechung der in galvanischen Batterien erregten Elektricität, erfahren, daß, um ganz kleine Funken an den Enden der Poldrähte zu erhalten, schon eine sehr bedeutende Elementenanzahl erfordert wird. Andererseits ist aber die in dieser Weise erregte Elektricität, auch wenn nur wenige Elemente angewandt werden, im Stande, gewisse Arbeiten zu leisten, welche eine ganze Reihe von Influenz- maschinen zusammengespannt nicht zu leisten im Stande ist. Des besseren Ver- ständnisses wegen dürfte es schon hier am Platze sein, zu erklären, warum der anscheinend mächtige, mit Pistolenknall überspringende Funke der Influenzmaschine nicht im Stande ist, eine Arbeit zu leisten, welche wenige galvanische Elemente, die an ihren Polenden nicht das geringste Fünkchen überspringen machen können, sehr leicht leisten. Sind die beiden Pole
i i'
der Influenzmaschine miteinander in Be- rührung, so gleichen sich, wurde früher gesagt, die durch Influenz erregten posi- tiven und negativen Elektricitäten im Leiter
g g'
aus; man sagt dann, der Leiter
g g'
ist von einem
elektrischen Strome
durchflossen. Verbindet man die Pol- enden einiger galvanischer Elemente entsprechend miteinander, so fließt in dem Verbindungsdrahte ebenfalls ein elektrischer Strom. Unterbricht man im ersten Falle den Leiter an irgend einer Stelle, so schlägt an dieser ein mächtiger Funke über; unterbricht man den Leiter, der die Pole der galvanischen Elemente ver- bindet, so tritt kein Funkenüberschlagen ein. Die Ursache dieses verschiedenen Ver- haltens liegt darin, daß im ersten Falle, also bei der Influenzmaschine, ein äußerst schwacher elektrischer Strom erregt wird, die erregte Elektricität aber eine bedeutende Spannung hat, während im letzterwähnten Falle ein kräftiger Strom entsteht, der aber eine so geringe Spannung besitzt, daß er den Widerstand auch der dünnsten Luftschichte nicht zu überwinden im Stande ist.
Die Elektricität verhält sich in beiden Fällen ähnlich wie das Wasser in nachstehendem Beispiele. Ein sehr dünner Wasserstrahl, etwa im Durchmesser von 1 Millimeter, schießt aus seiner engen Ausflußöffnung zu sehr bedeutender Höhe, etwa 10 Meter hoch, empor und fällt dann in ein weites Becken. Es ist ein- leuchtend, daß in diesem Falle geraume Zeit verstreichen wird, bis sich das Becken füllt. Nun nehmen wir aber eine sehr weite Ausflußöffnung; jetzt wird das Wasser sich kaum über seine Ausflußöffnung erheben, aber in kürzester Zeit das Becken füllen. Die Anwendung dieses Veispieles auf unsere beiden Elektricitätserreger ist nun einfach: der hoch aufschießende Wasserstrahl aus der engen Oeffnung ist der kräftige Funke der Influenzmaschine, der das Becken rasch füllende Wasserschwall aus der weiten Oeffnung ist der Strom der galvanischen Batterie.
Eine Holtz’sche Influenzmaschine kann Funken von der Länge des Drittels oder der Hälfte des Scheibendurchmessers geben, entwickelt aber in einem Wasser- zersetzungsapparate erst in etwa 40 Stunden einen Cubikcentimeter Knallgas. Um letzteres durch galvanische Elemente zu bewirken, bedarf es nur einer sehr kurzen Zeit und weniger Elemente. Hingegen geben 11.000 Chlorsilber-Elemente Funken von nur 15 Millimeter Länge.
In neuerer Zeit hat A.
Toepler
Influenzmaschinen construirt, die an Wirksamkeit die Holtz’sche Influenzmaschine weit übertreffen. Er beschrieb sie selbst mit folgenden Worten: „Man stelle sich vor, daß auf einer horizontalen Rotationsaxe sehr viele kleine Kreisscheiben von Glas in kleinen Abständen voneinander befestigt seien. In die engen Zwischenräume derselben rage zu beiden Seiten der Maschine ein System wohl isolirter Inductorenplatten (d. h. feststehende Platten mit Belegungen) hinein, jedoch so, daß dabei je ein Zwischenraum übersprungen wird. Es sind also auf jeder Seite nur halb so viel Inductoren, als die Anzahl der Kreisscheiben beträgt. In die noch unbesetzten Zwischenräume greift rechts und links je ein System horizontaler Spitzenkämme, mit den Spitzen gegen die Rotationsrichtung gekehrt. Denkt man sich die Inductoren rechts mit positiver, links mit negativer Elektricität geladen, so wirkt jeder Inductor durch Influenz auf seine beiden Nachbarscheiben; ebenso wirkt jeder Kamm doppelt. Verbindet man die Kammsysteme durch einen Draht, so muß in diesem, entsprechend der wirksamen Oberfläche, ein starker Strom entstehen. Ich habe die Maschine mit 20 kleinen Scheiben von nur 13 Centimeter Radius ausführen lassen, so daß ein Apparat entstand, dessen wirksame Theile, abge- sehen vom Rotationsmechanismus, nur etwa 0·05 Kubikmeter Raum einnehmen. Kleine Scheiben mit großer Rotationsgeschwindigkeit halte ich für vortheilhaft, theils aus technischen Gründen, hauptsächlich aber, damit die Spannung nicht größer werde, als man sie bei den meisten Experimenten braucht.“
Toepler kuppelte einst drei solche Maschinen zusammen und ließ sie durch einen Arbeiter in Bewegung setzen. Der Strom, welchen er hierbei bekam, erhielt bereits einen 0·2 Millimeter dicken Platindraht beständig glühend und veranlaßte eine bereits sichtbare Wasserzersetzung. Allerdings würde zur Erzeugung von einem Cubikcentimeter Knallgas immerhin noch ein Zeitraum von beiläufig 38 Minuten nöthig sein. „Und doch, so geringfügig diese galvanischen Wirkungen auch sein mögen,“ sagt Toepler, „vor zwanzig Jahren hätte man, um sie zu erhalten, einige hundert gute Reibungs-Elektrisirmaschinen zusammen in Thätigkeit setzen müssen.“
In Frankreich hat die Influenzmaschine von
Carr
é
(Fig. 53) große Verbreitung erlangt. Bei dieser werden beide Scheiben, die influenzirende (der Inductor) sowohl, als auch die influenzirte, in Rotation versetzt. Die Inductorscheibe wird durch die Reibung zwischen den beiden Reibkissen
F F
1
stets elektrisch erhalten und rotirt in ent- gegengesetzter Richtung und bedeutend langsamer wie die große Scheibe
B
. Der Antrieb beider Scheiben erfolgt gemein- schaftlich durch die Kurbel
M
, den Schnurlauf und die dazu- gehörigen Rollen. Die Axen der beiden Scheiben sind in den Ständern
a
und
b
gelagert, welche an ihren oberen Enden den Conductor
C
tragen, mit dem ein Saugkamm in Ver- bindung steht; der zweite Saug- kamm besitzt eine beweglichen Arm
e d
, welcher an dem oberen Conductor angelegt oder von ihm weggedreht werden kann. Die Wirkungsweise dieser Ma- schine bedarf nach der vorhin für die Holtz’sche Maschine ge- gebenen keiner weiteren Er- klärung.
So sehr die Influenz- maschinen in ihrer Wirksamkeit den Reibungs-Elektrisirmaschinen überlegen sind, theilen sie mit diesen doch auch einige Nach- theile. So wirkt z. B. namentlich die Luftfeuchtigkeit sehr störend, so zwar, daß die Maschinen
Fig. 53.
Carr
é
’s Maschine.
häufig gar nicht in Thätigkeit zu bringen sind. Dies ist auch die Ursache, warum Experimente vor einem großen Auditorium häufig mißlingen, da durch den Athmungs- proceß so vieler Menschen die Luft eines geschlossenen Raumes stark mit Feuchtigkeit gesättigt wird. Toepler sucht diesen Uebelstand dadurch zu beseitigen, daß er die ganze Maschine auf einen Heizapparat stellt. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem doppelwandigen Blechkasten, in dessen Innerem einige Gasflämmchen brennen. Der äußere Blechmantel ist durchbrochen und ebenso die Gestellplatte der Influenzmaschine, so daß ein mäßig warmer Luftstrom die Maschine von unten umströmt, und alle Theile derselben gleichförmig umspült. Dr. S. Th.
Stein
schließt zur Erreichung desselben Zweckes die ganze Influenzmaschine in einen Glaskasten ein und stellt in dessen Innerem einen kleinen Ventilator auf; dieser saugt auf einer Seite die Luft aus dem Kasten ein, zwingt sie, durch eine Trockenröhre, d. h. eine Röhre gefüllt mit Substanzen, welche begierig Wasser anziehen, zu gehen und treibt die so ge- trocknete Luft wieder in den Kasten zurück. Die Bewegung der Influenzmaschine und des Ventilators wird durch einen kleinen, ebenfalls im Glaskasten befindlichen Motor bewirkt, dessen Triebkraft ein elektrischer Strom ist. Hiermit ist das Durch- führen der Rotationswellen durch die Glaswand vermieden und dadurch der Eintritt der äußeren Luft in den Glaskasten ausgeschlossen.
Influenzmaschinen, welche längere Zeit hindurch in Gebrauch waren, werden aber auch noch durch eine andere Ursache unwirksam. Die Scheiben belegen sich nämlich mit einer Staubschicht, die nicht mehr durch einfaches Abwischen zu beseitigen ist. Dann bleibt nichts Anderes übrig, als die Maschine zu zerlegen, die Scheiben gründlich zu reinigen und mit einem neuen Firnißüberzuge zu versehen.
Apparate zur Ansammlung der Elektricität.
Reibungs-Elektrisirmaschine und Influenzmaschine gestatten Elektricität in größerer Menge zu erregen, und beide sind auch mit Apparaten ausgerüstet, welche erlauben, die erregte Elektricität anzusammeln. Es sind dies die Conductoren. Wir haben aber auch bei der Besprechung der Reibungs-Elektrisirmaschine erfahren, daß die Ansammlung von Elektricität auf den Conductoren nur bis zu einem bestimmten Grade möglich ist, und daß dann der Conductor seine Ladung nicht mehr zu verstärken vermag, wie viel Elektricität ihm von der Maschine auch noch zugeführt werden mag. Es wurde dort gesagt, daß der Zeitpunkt, von welchem an die Ladung des Conductors nicht mehr zunehmen kann, dann eintritt, wenn das Potentialniveau des Conductors so groß geworden ist, daß die Saugspitzen nicht mehr wirken können. Ueberdies setzt auch noch die Zerstreuung der Elektricität durch die den Conductor umgebende Luft eine bestimmte Grenze.
Hier giebt jedoch die Influenz ein Mittel an die Hand, größere Mengen von Elektricität anzusammeln oder aufzuspeichern. Die Apparate, welche unter Anwendung der Influenz eine solche Aufspeicherung gestatten, sind der Condensator, die Kleist’sche oder Leydener Flasche und die Franklin’sche Tafel; alle beruhen darauf, daß zwei leitende Flächen einander parallel gegenübergestellt und vonein- ander durch eine isolirende Schicht getrennt werden. Bei der Ladung dieser Apparate wird stets die eine Fläche mit der Elektricitätsquelle, die andere mit der Erde leitend verbunden; man nennt die erste den
Collector
, die letztere den
Con- densator
.
Rieß hat dem Ansammlungsapparate eine sehr einfache und namentlich zum Studium der bei der Ansammlung stattfindenden Vorgänge geeignete Form gegeben; sie ist in Fig. 54 in perspectivischer Ansicht dargestellt.
A
ist die durch eine Glas- säule
s
isolirt aufgestellte Collectorplatte,
B
die Condensatorplatte. Die letztere ist am Fuße ihres gläsernen Trägers mit einem Gelenke
g
versehen, welches gestattet, die Platte
B
von
A
weg und nach abwärts zu drehen. Der Träger der Platte
A
sitzt auf einem Rahmen
r
und kann mit diesem auf der Theilung
T
verschoben werden.
k
ist eine Klemmschraube zur Aufnahme eines zuleitungsdrahtes für die Elektricität. Die isolirende Zwischenschicht zwischen den beiden Platten bildet die Luft.
Man dreht die Scheibe
B
nach abwärts und setzt die Platte
A
mit Hilfe eines bei
k
befestigten Leitungsdrahtes mit einer Elektricitätsquelle in Verbindung. Von dieser strömt dann so lange Elektricität auf die Platte
A
, bis die Dichte der Elektricität auf dem Leitungsdrahte jener der Elektricitätsquelle gleich geworden ist; dann hört jede weitere Zuströmung auf. Nun dreht man die Platte
B
wieder nach aufwärts, so daß sie in geringer Entfernung von der Platte
A
und parallel zu ihr zu stehen kommt. Die Elektricität auf der Platte
A
wirkt jetzt influenzirend auf die Platte
B
; sie zieht die Influenzelektricität erster Art auf jene Fläche der Scheibe
B
, welche der Scheibe
A
zugewandt ist, und stößt die Influenzelektricität zweiter Art auf die andere Fläche, oder wenn die Platte
B
mit der Erde in leitender Verbindung steht, in diese. Die Platte
B
besitzt dann eine gewisse Menge Influenzelektricität erster Art; diese wirkt nun natürlich auch verändernd auf die Vertheilung der Elektricität in der Platte
A
ein, und zwar in der Art, daß die Elektricität der Platte
A
sich mehr auf der der Scheibe
B
zugewandten Fläche ausbreitet. Hierdurch wird aber die Dichte auf der andern Fläche der Scheibe und auch auf dem Zuleitungsdrahte vermindert; die Dichte auf letzterem ist also wieder geringer geworden, als die Dichte der Elektricitätsquelle, somit kann von letzterer neuer- dings Elektricität durch den Draht auf die Scheibe
A
überfließen. Dieser stärkeren Ladung der Scheibe
A
entspricht auch eine kräftigere Influenzwirkung auf
B
und daher muß auch hier die Ladung durch Influenzelektricität erster Art zunehmen. Die Zu- nahme der Influenzelektricität hat aber neuerdings auf die Vertheilung der Elektricität von
A
Einfluß und wirkt abermals verminderud auf die Dichte der Elektricität des Zuleitungs- drahtes, welcher hierdurch neuer-
Fig. 54.
Ansammlungs-Apparat nach Rieß.
dings in den Stand gesetzt wird, Elektricität von der Elektricitätsquelle der Collec- torplatte
A
zuzuführen.
In dieser Art findet eine immer stärkere Anhäufung von Elektricität auf dem Collector und somit auch auf dem Condensator statt. Der Proceß läßt sich jedoch keineswegs beliebig lange fortsetzen, da schließlich, trotz der Anziehungskraft der Influenzelektricität erster Art auf der Condensatorplatte, die Elektricität auf dem Collector eine derartige Dichte erreicht, daß auch der mit dem Collector in Ver- bindung stehende Leitungsdraht seine Dichte bis zu jener der Elektricitätsquelle erhöhen muß; hiermit ist dann der Ansammlung der Elektricität natürlich eine Grenze gesetzt.
Das Ladungsvermögen eines derartigen Condensators drückt man durch die sogenannte
Verstärkungszahl
aus; man versteht darunter jene Zahl, welche angiebt, um wie vielmal mehr Elektricität die Collectorplatte aufnehmen kann,
Urbanitzky
: Elektricität. 8
wenn ihr die Condensatorplatte gegenübersteht, als wenn letzteres nicht der Fall ist, die Collectorplatte also als einfacher Leiter benützt wird. Die Verstärkungs- zahl ist hiernach der Quotient der Potentialwerthe der betreffenden Metallplatte vor und während der Gegenüberstellung einer Condensatorplatte. Die Größe der Verstärkungszahl verschiedener Condensatoren hängt von verschiedenen Umständen ab; sie wird geringer, wenn die Entfernung zwischen den beiden Platten vergrößert wird, sie wird größer, wenn man den Zuleitungsdraht zur Collectorplatte erheblich verkürzt; ebenso wirkt die Vergrößerung der Platten. Man erhält auch eine stärkere Ladung, wenn man die Elektricität auf die Mitte der Platte leitet, als wenn der Zuleitungsdraht an ihrem Rande befestigt wird. Ferner ist auch die isolirende Zwischenschicht von Einfluß. Ersetzt man die Luftschicht zwischen beiden Platten durch einen festen Isolator, so bekommt man eine stärkere Ladung der Platten, weil sowohl die Zerstreuung durch die Luft entfällt, als auch dem Ueberschlagen eines Funkens durch einen starren Isolator ein größerer Widerstand entgegengesetzt wird wie durch die Luftschicht. Bei Anwendung eines starren Isolators ziehen sich die beiden Elektricitäten von den Metallplatten auf die obersten Schichten des Isolators und kommen dadurch einander näher.
Wendet man als Schicht zwischen den beiden Platten des Condensators starre Isolatoren an, so äußert auch die Verschiedenheit der Substanz der letzteren eine Einwirkung auf die Ladung des Condensators; diese Thatsache wurde zuerst von Faraday beobachtet, und dieser nannte die Eigenschaft eines Isolators, unter sonst gleichen Umständen in Folge seiner chemischen Zusammensetzung auf die Ladung der Platten verändernd einzuwirken, die
Dielektricität
. Unter
Dielektricitäts- constante
eines Isolators versteht man die Zahl, welche angiebt, um wie viel- mal größer die Ladung der Platten wird, wenn als Zwischenschicht an Stelle der Luft dieser Isolator zur Anwendung kommt; hierbei ist natürlich vorausgesetzt, daß die übrigen Umstände, welche auf die Ladung der Platten Einfluß ausüben können, nicht geändert werden.
Boltzmann
hat diese Verhältnisse eingehend untersucht und hierbei als Dielektricitätsconstante folgende Zahlen gefunden:
für Schwefel 3·84
„ Colophonium 2·55
„ Paraffin 2·32
„ Ebonit 3·15
Die Dielektricitätsconstante z. B. für Ebonit beträgt 3·15, heißt also, wenn zwischen den beiden Platten des Condensators eine Ebonitscheibe an Stelle der Luftschicht angewandt wird, so kann man die Ladung des Condensators im ersten Falle 3·15 mal stärker erhalten als im letzten. Da Schwefel, Paraffin u. s. w. verschieden auf die Ladung der Platten einwirken, muß offenbar in diesen Körpern selbst ein elektrischer Vorgang stattfinden. Als Träger dieses Vorganges betrachtet man die Moleküle des Isolators und nimmt an, daß durch die Einwirkung der elektrischen Platten die Elektricität jedes Moleküles so vertheilt wird, daß seine positive Elektricität sich an das Ende des Moleküles begebe, welches der negativ elektrischen Platte zugewandt ist, und die negative Elektricität des Moleküles sich an jenem Ende ansammle, welches der negativ elektrischen Platte am nächsten steht. Es werden dann also alle Moleküle des Isolators ihre positiv elektrischen Enden der negativ elektrischen Platte, ihre negativ elektrischen Enden der positiv elektrischen Platte zuwenden. Man nennt diesen Zustand die
dielektrische Polarisation
. Boltzmann hebt hervor, daß sich diese von den durch Leitung hervorgerufenen Er- scheinungen wesentlich unterscheide, da durch die Polarisation nie ein Strom entstehe, vielmehr die Bewegung der Elektricität mit der Herstellung der Polarisation auch zu Ende sei; hierzu, also zum Richten der Moleküle, genüge aber eine unmeßbar kurze Zeit.
Wir hätten diese doch schon etwas subtileren Erscheinungen nicht in den Kreis unserer Betrachtungen einbezogen, wenn es nicht Boltzmann gelungen wäre, zwischen den Dielektricitätsconstanten und der Lichtbrechung (richtiger dem Brechungsexponenten und dem Co
ë
fficienten der magnetischen Induction) eine äußerst interessante Beziehung aufzufinden. Allerdings können wir auf diese Beziehung nicht näher eingehen, wollen aber doch darauf hinweisen, daß diese wichtige Entdeckung einen inneren Zusammenhang zwischen dem Wesen des Lichtes und der Elektricität erkennen läßt und somit geeignet ist, uns der Erkenntniß der Elektricität selbst näher zu bringen. Diese Beziehungen machen es wahrscheinlich, daß die Elektricität eine Bewegung des Aethers oder dieser selbst sei.
Die Anwendung des Condensators ist eine zweifache: man benützt ihn entweder dazu, Ekektricität von äußerst ge- ringer Dichtigkeit so weit zu verdichten, daß sie bequem und sicher meßbar wird, oder zur Ansammlung von Elektricität, welche eine kräftige Quelle liefert, und wozu ein gewöhnlicher Leiter nicht mehr ausreicht. Apparate letzterer Art sind die Franklin’sche Tafel und die Kleist’sche Flasche.
Zum Nachweise von Elektricitäten geringer Dichtigkeit wurde der
Condensator
zuerst von Volta angewandt. Er besteht aus zwei gleich großen Metallplatten, welche an je einer Fläche mit einem isolirenden Firniß überzogen sind. Mit diesen Flächen werden sie aufeinander gelegt und dann bilden die beiden Firnißüberzüge die isolirende Zwischenschicht. Gewöhnlich wird eine der Metallplatten gleich auf den Zuleitungsstift eines Elektroskopes aufgeschraubt, während die zweite Platte mit einem isolirenden Glasgriffe versehen ist (Fig. 55). Hat man einen Körper, dessen elektrische Dichte so gering ist, daß sie mit Hilfe eines Elektroskopes sich nicht mehr direct nachweisen läßt, zu prüfen, so bedient man sich des Condensators in
Fig. 55.
Volta’s Condensator.
folgender Weise: Man bringt die abhebbare Platte auf die an dem Elektroskope befestigte, wobei man die Vorsicht beobachten muß, jede Reibung zu vermeiden, da sonst hierdurch die Firnißschicht der Platte selbst elektrisch würde; dann legt man den zu prüfenden Körper an die untere Platte an, während man gleichzeitig die obere Platte ableitend berührt. Erstere erhält hierdurch Elektricität, welche gleichnamig ist mit jener des zu prüfenden Körpers, letztere wird durch Influenz entgegengesetzt elektrisch. Man hat also die untere Platte als Collector, die obere als Condensator benützt; man kann jedoch ebenso gut die untere als Condensator und die obere als Collector verwenden, nur darf dann nicht vergessen werden, daß das Elektroskop entgegengesetzte Elektricität anzeigt als der Körper besitzt. In jedem Falle hebt man nach der Ladung die obere Platte an dem isolirenden Griffe ab, worauf sich die Elektricität der unteren Platte auf dieser und den damit in Verbindung stehenden Goldblättchen ausbreitet.
8*
Dieses Verfahren erlaubt, nicht nur sehr geringe Elektricitätsmengen überhaupt nachzuweisen, sondern es gestattet auch, mit Hilfe eines zweiten Versuches die Art des elektrischen Zustandes zu bestimmen. Wie wir bereits erfahren haben, genügt hierzu die Annäherung einer geriebenen Glas- oder Harzstange an das Elektroskop. Hat man jedoch Messungen auszuführen, so genügt hierzu der eben beschriebene Apparat keineswegs. Dazu bedient man sich des von
Kohlrausch
angegebenen Instrumentes, dessen Abbildung wir in Fig. 56 vorführen. Zwei Messingscheiben
t t
im Durch- messer von beiläufig 15 Centimeter sind an horizontalen Stäben befestigt und diese durch Schellack in die aus gut ausgetrocknetem Holze verfertigten Träger
b
und
c
eingekittet. Die Scheiben sind auf den einander zugewandten Flächen ver- goldet, die Enden der Stäbe mit Klemmschrauben zur Aufnahme der Leitungsdrähte versehen. Die Träger mit ihren Fußplatten ruhen auf der Grundplatte
a
des ganzen Apparates, welche durch Stellschrauben horizontal gestellt werden kann. Der Träger
b
läßt sich gegen den Träger
c
verschieben, zu welchem Behufe er
Fig. 56.
Condensator nach Kohlrausch.
an der Unterseite seiner Fußplatte zwei Gabeln trägt, welche ein dreiseitiges, auf
a
befestigtes Stahlprisma umfassen; außerdem, um ein Umkippen auszuschließen, schleifen zwei in der Fußplatte angebrachte Stellschrauben noch auf zwei Messing- streifen, die an der Grundplatte
a
angebracht sind. Eine seidene Schnur, mit ihrem einen Ende an
b
befestigt, dann über zwei Rollen laufend, trägt am anderen Ende ein Gewicht und strebt durch dieses den Träger
b
gegen
c
zu bewegen. Die Aus- führung dieser Bewegung wird durch eine bei
d
angebrachte Feder so lange ge- hindert, als diese nicht gehoben wird. Der Hangriff
e
dient dann dazu, die Bewegung zu mäßigen oder auch, um
b
von
c
zu entfernen.
Der Träger
c
gestattet keine fortschreitende Bewegung gegen
b
, sondern besitzt nur Vorrichtungen, um die an ihn befestigte Condensatorplatte parallel zur Con- densatorplatte des Trägers
b
stellen zu können. Zu diesem Zwecke ist der Träger
c
durch Schraube und Mutter bei
f
so befestigt, daß er sich um diese drehen und auch ein klein wenig neigen kann. Die Drehung, also die Bewegung der Fußplatte in einer horizontalen Ebene, wird durch die Druckschraube
k
und die ihr entgegenwirkende Feder
i
bewirkt; die Neigung kann durch eine bei
g
befindliche Druckschraube und die dieser entgegenwirkende Feder bei
h
verändert werden. Eine seitliche Neigung wird durch die Stellschrauben beseitigt, welche auf den Messingstreifen der Grund- platte
a
befestigt sind.
Um die Condensatorplatten stets genau auf dieselbe Distanz einander nähern zu können, ist an dem Träger
b
ein Anschlag
m
angebracht, während der Träger
c
die Schraube
n
besitzt. Man schiebt dann den Träger
b
so lange gegen
c
, bis der Anschlag
m
den Kopf der Schraube
n
berührt. Durch Drehen der Schraube
n
kann dann natürlich im Vorhinein die Entfernung der Condensatorplatten nach Belieben bestimmt werden.
Zu Messungen bedient man sich des Apparates in folgender Weise: Man führt die Condensatorplatten gegeneinander, verbindet die eine durch den Zuleitungs- draht mit der Elektricitätsquelle, welche zu prüfen ist, die andere mit der Erde; hierbei sind die beiden Platten einander genähert. Dann entfernt man sie von- einander, wobei sie in einen Abstand von beiläufig 0·1 Meter kommen, und entladet die Condensatorplatte. Diese Entfernung von 0·1 Meter ist hinreichend groß, um eine Einwirkung beider Platten aufeinander auszuschließen. Die Collectorplatte wird dann in der Weise auf ihre Elektricität untersucht, wie dies bereits früher bei der Messung elektrischer Ladungen angegeben wurde.
Als zweite Verwendungsart des Condensators wurde seine Benützung zur Ansammlung einer größeren Elektricitätsmenge, als ein Leiter an und für sich aufzunehmen im Stande ist, bezeichnet. Hierzu dienen die
Kleist’sche Flasche
(Leydener Flasche) und die
Franklin’sche Tafel.
Letztere kommt ihrer unbequemen Form und leichten Zerbrechlichkeit wegen nur mehr wenig in Anwendung. Die Er- findung der Verstärkungsflasche durch den Prälaten v. Kleist in Kammin wurde bereits mitgetheilt (S. 14); dem können wir jetzt beifügen, daß Kleist noch nicht wußte, worauf es bei der Wirkung der Flasche ankommt. Wohl aber erkannte
Musschenbroek
, daß die Leiter (Wasser oder Quecksilber in der Flasche und die Hand auf ihrer äußeren Fläche) auf den beiden Seiten des Isolators (Glases) Bestandtheile sind, die nicht fehlen dürfen.
Nollet
studirte dann eingehend das Verhalten der Flasche und nannte sie, wie wir wissen, Leydener Flasche.
Die elektrische Flasche hat seit dieser Zeit die verschiedensten Gestalten be- kommen. Eine recht zweckmäßige und gegenwärtig gebräuchliche Form ist in Fig. 57 abgebildet. Ein cylindrisches, starkwandiges Glas ist an seiner Innen- und Außen- fläche mit Stanniol überklebt, so zwar, daß am oberen Rande ein mäßig breiter Streifen des Cylinders frei bleibt. Diesen läßt man dann entweder so wie er ist oder man versieht ihn wohl auch mit einem Siegellackfirnisse. In den Cylinder hinein stellt man einen Dreifuß aus Messingdraht, dessen untere Enden zweckmäßig mit Metalllitzen versehen werden, um einen guten Contact zwischen dem Dreifuße einerseits und der Belegung im Inneren des Cylinders andererseits zu sichern. Oben vereinigen sich die horizontalen Theile des Dreifußes in einer Messingkugel, die ihrerseits einen abermals mit einer Messingkugel versehenen Messingstab trägt. Diese Vorrichtung ist auf der linken Seite der Figur getrennt von der Flasche gezeichnet.
Eine Kleist’sche Flasche kann man sich selbst sehr leicht herstellen in der Form, wie sie die Fig. 58 zeigt. Man benützt dazu eine gewöhnliche Medicinflasche, über- zieht diese an der Außenfläche mit Stanniol, so daß der Hals und das obere Stück des cylindrischen Theiles frei bleiben und versieht die Innenseite bis zur selben Höhe mit irgend einem Metallpulverüberzuge, also z. B. mit Eisenfeile. Man bewirkt letzteres, indem man in die Flasche eine hinreichende Menge aufgelöstes arabisches Gummi bringt und durch entsprechendes Drehen der Flasche ihre ganze Innenfläche, mit Ausnahme des oben freizulassenden Raumes, benetzt. Dann schüttet man Metallpulver hinein, dreht die Flasche neuerdings und läßt den Ueberschuß des Pulvers wieder herausfallen. Die Innenfläche erscheint dann an allen Stellen, welche durch die Gummilösung benetzt wurden, mit dem Metallpulver überzogen. Ist der Ueberzug getrocknet, so verschließt man die Flasche durch einen Korkstöpsel, welchen man in der Mitte durchbohrt hat. In diese Durchbohrung wird dann ein Metalldraht gesteckt, der oben eine Kugel trägt und mit seinem unteren Ende das Metallpulver entweder direct oder durch Vermittlung angeknüpfter Metalllitzen berührt. Der Glasrand ohne Belegung kann ebenfalls mit einer Lösung von Siegellack in starkem Weingeiste überstrichen werden.
Fig. 57.
Fig. 58.
Kleist’sche oder Leydener Flaschen.
Die Ladung einer Flasche wird gewöhnlich in der Weise bewerkstelligt, daß man sie bei der äußeren Belegung in die Hand nimmt und die Kugel an den Conductor der Elektrisirmaschine anlegt. Die Elektricität des Conductors strömt dann auf die Kugel der Flasche und gelangt durch den die Kugel tragenden Metallstab auf die innere Belegung. Hier wirkt die Elektricität influenzirend auf die äußere Belegung, zieht die Influenz-Elektricität erster Art an und hält sie fest, während die Influenz-Elektricität zweiter Art durch die Hand und den menschlichen Körper in die Erde zurückgestoßen wird. Natürlich kann man auch die äußere Belegung durch einen Draht mit der Erde in leitende Verbindung setzen, statt sie mit der Hand zu halten. In beiden Fällen bildet die innere Belegung die Collector- platte und die äußere die Condensatorplatte. Man sagt, die Flasche ist positiv geladen, wenn man der inneren Belegung positive Elektricität zugeführt hat, wenn also die Kugel der Flasche mit dem positiven Conductor einer Elektrisirmaschine in Verbindung stand. Selbstverständlich kann aber auch der negative Conductor zur Ladung benützt werden; dann ist die Flasche negativ geladen.
Die
Franklin’sche Tafel
ist in Fig. 59 abgebildet. Das hölzerne Gestell
h
trägt eine Glastafel
g
, welche bis auf einen einige Centimeter breiten Rand beider- seits mit Stanniol
s s
belegt ist. Der Rand kann blank gelassen oder mit einem Firnißüberzuge versehen werden. Um die Tafel zu laden, wird die Belegung der einen Fläche mit der Elektricitätsquelle in Verbindung gesetzt, während man von der andern Belegung einen Draht zur Erde führt. Um letzteres bequem in der Hand zu haben, ist an dem Holzrahmen bei
l
ein Charnier angebracht, in welchem sich der mit einer Kugel versehene Messingarm
k l
dreht; nach unten trägt das Charnier ein Häkchen zur Aufnahme des Leitungsdrahtes. Wird die Kugel
k
in die punktirt gezeichnete Stellung gedreht, so berührt sie die Stanniolbelegung und vermittelt dadurch die Ableitung der Elektricität zur Erde. In dem Verhalten bei der Ladung und Entladung zeigt sich zwischen der Franklin’schen Tafel und der Kleist’schen Flasche kein Unterschied.
Um sehr kräftige Ladungen zu erhalten, kann man sich natürlich auch sehr großer Tafeln oder Flaschen bedienen, da, wie bei Erklärung des Condensators gesagt wurde, die Verstärkungszahl mit der Größe der Metallplatten, also hier der Belegungen, zunimmt. Es wurden auch in der That schon Flaschen von ganz be- deutender Größe hergestellt; doch ist nicht nur deren Handhabung eine unbequeme, sondern die Vergröße- rung kann auch begreiflicherweise nicht beliebig weit getrieben werden. Es wird daher, wenn man sehr kräftiger Ladungen bedarf, ein anderer Weg ein- geschlagen. Dieser besteht darin, daß man an Stelle
einer
Flasche deren mehrere nimmt und ihre Belegun- gen untereinander verbindet. In diesem Falle wird eine größere Anzahl von Flächen geladen und folglich muß man auch eine größere Wirkung erhalten. Dabei darf man aber nicht außer Acht lassen, daß die Ver- stärkungszahl mit der Größe der wirksamen Fläche wächst, daß es also für die Wirkung nicht gleich-
Fig. 59.
Franklin’sche Tafel.
giltig sein kann, ob man
eine große
oder
viele kleine
Flächen anwendet. Es wird vielmehr eine bestimmte Anzahl kleiner Flaschen, deren innere Belegungen ebenso untereinander leitend verbunden sind wie deren äußere, schwächer wirken wie eine große Flasche, deren wirksame Fläche gleich ist der Summe der wirksamen Flächen aller kleinen Flaschen. Dabei versteht man unter der wirksamen Fläche die innere Belegung einer Flasche. Eine solche Zusammen- stellung von Flaschen —
elektrische Batterie
— wird also, gleiche wirksame Fläche vorausgesetzt, eine desto kräftigere Ladung gestatten, je geringer die Anzahl der Flaschen ist, oder, was hier dasselbe bedeutet, je größer die einzelnen Flaschen sind. Ferner kann man beiläufig annehmen, daß bei gleich großen Flaschen die Ladungsfähigkeit der Batterie im geraden Verhältnisse mit der Zahl der Flaschen wächst, daß also z. B. acht Flaschen eine viermal so große Ladung ermöglichen als zwei Flaschen.
Eine zweckmäßige und bequem zu handhabende Zusammenstellung von Flaschen zu einer Batterie zeigt Fig. 60. Ein auf Glasfüßen ruhender Tisch ist auf der Oberseite seiner Platte mit Messingstreifen derart belegt, daß diese die äußeren Belegungen der darauf gestellten Flaschen sämmtlich leitend untereinander verbinden. Die Kugeln der Flaschen selbst tragen Bügel aus Messing, die gleichfalls in Kugeln endigen und an den Kugeln der Flaschen drehbar befestigt sind. Die in der Mitte des Tisches stehende Flasche besitzt eine bedeutend größere Kugel (
B
) wie die übrigen, und an diese werden die vorhin erwähnten Bügel der im Kreise stehenden Flaschen angelegt. Hierdurch ist auch die Verbindung der inneren Belegungen sämmtlicher Flaschen untereinander hergestellt. Will man eine geringere Flaschenzahl benützen, so hat man blos die Metallbügel der überzähligen Flaschen so weit zu drehen, daß sie von der mittleren Kugel hinlänglich weit entfernt sind, um ein Funkenüberschlagen hintanzuhalten.
Fig. 60.
Flaschen-Batterie.
Um die Batterie zu laden, legt man den auf der Kugel
B
angebrachten, in einer kleinen Messingkugel endigenden Arm an den Conductor
A
einer Elektrisir- maschine und verbindet die äußeren Belegungen der Flaschen leitend mit der Erde. Zu diesem Behufe geht einer der Messingstreifen auf der Oberfläche des Tisches bis an den Rand desselben und trägt dort ein Häkchen, in welches der ableitende Draht eingehängt wird (auf der linken Seite der Zeichnung sichtbar).
Die Batterie ist dann vollständig geladen, wenn ihr so viel Elektricität zugeführt worden ist, als alle Flaschen zusammengenommen fassen können. Braucht also eine Flasche zu ihrer Ladung mit einer bestimmten Elektricitätsquelle eine bestimmte Anzahl von Secunden, so brauchen alle Flaschen zusammen eben so oft- mal diese Anzahl Secunden, als die Batterie Flaschen besitzt. Man kann jedoch auch die ganze Batterie in der Anzahl von Secunden, welche nur eine Flasche braucht, laden, also die Ladungszeit erheblich abkürzen, wenn man die Flaschen in einer andern als der angegebenen Weise miteinander verbindet. Man stellt sie nämlich isolirt voneinander und von der Erde auf, führt dann einen Leitungsdraht von der äußeren Belegung der ersten Flasche zu der inneren der zweiten Flasche, einen Leitungsdraht von der äußeren Belegung der zweiten Flasche zur inneren Belegung der dritten Flasche u. s. w. bis zur letzten Flasche, deren äußere Be- legung mit der Erde in leitende Verbindung gesetzt wird. Der inneren Belegung der ersten Flasche führt man dann die Elektricität, welche von der Elektrisirmaschine geliefert wird, zu. Eine derartig angeordnete Flaschenbatterie nennt man
Cascaden- batterie
.
Führt man bei der Cascadenanordnung der inneren Belegung der ersten Flasche Elektricität zu, z. B. positive, so wirkt diese bekanntlich influenzirend auf die äußere Belegung; letztere wird negativ elektrisch werden und die positive Influenzelektricität fließt durch den Verbindungsdraht auf die innere Belegung der zweiten Flasche ab. Die positive Elektricität auf der inneren Belegung der zweiten Flasche wirkt nun abermals vertheilend auf die äußere Belegung dieser Flasche, bindet dort die negative Elektricität und treibt die positive auf die innere Belegung der dritten Flasche u. s. w.; die positive Influenzelektricität der äußeren Belegung der letzten Flasche fließt endlich zur Ende ab. Da auf guten Leitern die Influenz- wirkung in unmeßbar kurzer Zeit erfolgt, werden daher alle Flaschen, also die ganze Batterie, in jener Zeit ihre volle Ladung erreicht haben, in welcher die erste Flasche vollständig geladen ist.
Vergleicht man jedoch die Stärke der Gesammtladungen der Batterien in der einen mit jener in der andern Verbindungsweise der Flaschen, so findet man, daß die Gesammtladung in der Cascadenbatterie eine geringere Stärke besitzt, als jene der gewöhnlichen. Es hat dies darin seinen Grund, daß mit Ausnahme der ersten alle übrigen Flaschen nur durch Influenzwirkung geladen werden.
Die Ladungsfähigkeit einer Batterie, beziehungsweise einer Flasche hängt aber nicht blos von den eben erörterten Bedingungen ab, sondern sie wird auch noch durch die Dicke des Glases beeinflußt. Eine Flasche wird unter sonst gleichen Umständen eine desto stärkere Ladung annehmen können, je dünner das Glas ist. Man darf jedoch, in der Absicht die Flasche wirksamer zu machen, keine allzu dünnen Gläser nehmen, da sonst die Anziehung zwischen den beiden entgegengesetzten Elektricitäten beider Belegungen so kräftig wird, daß sie den Widerstand des Isolators überwindet und beide Elektricitäten sich durch das Glas hindurch aus- gleichen. An der Stelle, an welcher der Ausgleich erfolgt, erscheint dann das Glas durchbohrt und die Flasche ist in diesem Zustande unbrauchbar. Sie kann wieder verwendet werden, wenn man die beiderseitige Stanniolbelegung im Umkreise der Durchschlagstelle entfernt.
In Fig. 60 ist links unten ein kleiner Apparat abgebildet, dessen Zweck noch zu erklären ist. Er führt den Namen
Lane’sche Maßflasche
und dient zur Bestimmung der mittleren Dichtigkeit der in der Batterie angesammelten Elektricität. Jeder Dichte, also auch jedem bestimmten Potentialwerthe der Elektricität auf einem Körper entspricht eine bestimmte Schlagweite des auf einen genäherten Leiter über- springenden Funkens. Sonach kann, wenn die Schlagweite unverändert bleibt, die Zahl der überschlagenden Funken zur Messung der mittleren Dichtigkeit verwendet werden. Diese Art der Messung hat jedoch den Uebelstand, daß hierbei gleichzeitig auch die Batterie entladen wird. Dieser Mangel kann aber in nachstehender Weise beseitigt werden. Bekanntlich ist die Menge der Influenzelektricität unter sonst gleichen Umständen der erregenden Elektricität proportional. Benützt man daher zur Messung einer Ladung die Influenzelektricität zweiter Art, welche gewöhnlich in die Erde abgeleitet wird, so kann man die Dichte bestimmen, ohne die Batterie gleichzeitig zu entladen. Dies ist nun auch der Zweck der Lane’schen Maßflasche. Sie besteht aus einer Kleist’schen Flasche
E
(Fig. 60), welche auf einer leitenden Unterlage aufgestellt wird. In ihrer unmittelbaren Nähe ist ein Glasstab befestigt, der die Messinghülse
D
trägt. In dieser läßt sich ein Messingstab horizontal verschieben, so daß die an einem Ende des Stabes befindliche Kugel der Kugel der Kleist’schen Flasche mehr oder weniger genähert werden kann. Das andere Ende des Stabes ist mit einem Häkchen oder besser mit einem Ringe versehen, an welchem ein dünner Draht
F
befestigt ist, welcher zu einem Ringe an der Metall- platte führt, die der Flasche als Unterlage dient. Die Kugel der Flasche, also deren innere Belegung, ist durch den Draht
C
mit der äußeren Belegung der Batterie leitend verbunden. Letztere steht in diesem Falle mit der Erde in keiner leitenden Verbindung.
Führt man der inneren Belegung der Batterie durch die Kugel
B
die positive Elektricität des Conductors
A
der Elektrisirmaschine zu, so erregt diese beiderlei Influenzelektricitäten auf den äußeren Belegungen der Flaschenbatterie. Die Influenz- elektricität erster Art, in unserem Falle negative Elektricität, wird an der äußeren Belegung festgehalten, die Influenzelektricität zweiter Art, also die positive, fließt durch den Draht
C
zur inneren Belegung der Maßflasche
E.
Dort erregt sie auf der äußeren Belegung abermals Influenzelektricität, welche sich durch den Draht
F
auch auf den horizontalen Messingstab und seine Kugel ausbreiten muß. Ist die Entfernung der beiden Kugeln der Maßflasche voneinander festgestellt, so wird bei einer bestimmten Ladung der Maßflasche diese sich entladen. Im überspringenden Funken gleichen sich nun die beiden entgegengesetzten Ladungen auf den Belegungen der Maßflasche aus; dadurch wird aber auch die in der Batterie erregte Influenz- elektricität zweiter Art vernichtet und deshalb wird auch die Batterie bei An- wendung der Maßflasche nicht mit der Erde leitend verbunden. Behält man die Stellung beider Kugeln der Lane’schen Flasche bei, so wird deren Selbstentladung immer bei derselben Stärke ihrer Ladung eintreten. Die Zahl der überschlagenden Funken kann daher als Maß der mittleren Dichte in der Batterie benützt werden, indem man die Zahl der überspringenden Funken durch die Anzahl der Flaschen in der Batterie dividirt. Die Einheit bei dieser Maßbestimmung bildet hierbei natürlich jene Elektricitätsmenge, welche zugeführt werden muß, um ein einmaliges Ueberschlagen des Funkens zu bewirken.
Bei dieser Art Messung sind jedoch einige Vorsichten zu beobachten. So darf die Batterie nicht in der Weise geladen werden, daß man vom Conductor der Elektrisirmaschine Funken überschlagen läßt, sondern die Zuleitung muß mit dem Conductor einerseits und der Batterie andererseits in ununterbrochener leitender Berührung sein. Ist dies nicht der Fall, so kann es geschehen, daß nach dem Ueberschlagen einer gewissen Anzahl von Funken aus dem Conductor in die Batterie die Lane’sche Flasche soweit geladen wird, daß nur mehr eine äußerst geringe Menge Elektricität nothwendig ist, um die Selbstentladung der Flasche herbei- zuführen. Nun schlägt aber neuerdings ein kräftiger Funke vom Conductor auf die Batterie über und führt dieser eine viel größere Menge Elektricität zu, als zur Vollendung der Ladung in der Lane’schen Flasche erforderlich ist. In dieser wird nun natürlich die Selbstentladung eintreten, aber bei dieser die gesammte aus der Batterie abgeflossene Influenzelektricität zweiter Art vernichtet werden. Die Lane’sche Flasche würde daher nicht die Voraussetzung erfüllen, daß sie sich immer bei derselben Ladung selbst entladet, und die Messung muß deshalb unbrauchbar werden.
Ein anderer Umstand, der noch in Betracht kommt, ist der, daß sich eine Kleist’sche Flasche durch einen Funken nicht vollständig entladet, sondern noch Elektricität zurückbehält. Es muß daher auch zwischen der Ladung der Lane’schen Flasche bei ihrer ersten Selbstentladung und bei der darauffolgenden eine Differenz bestehen. Um die erste Selbstentladung herbeizuführen, muß offenbar eine größere Menge Elektricität zugeführt werden, als bei der darauffolgenden. Diese Ungenauigkeit beseitigt man dadurch, daß man die Lane’sche Flasche vor ihrer Benützung zur Messung einmal bis zur Selbstentladung ladet.
Die elektrische Entladung und ihre Wirkungen.
Es wurde schon wiederholt das Wort Entladung gebraucht, vom Entladen elektrisirter Körper und vom Ableiten der Elektricität gesprochen. Wir haben nun die Entladung selbst zu betrachten und uns mit deren Wirkungen bekannt zu machen.
Setzt man einen elektrisirten Körper durch einen Draht mit der Erde in leitende Verbindung, so wird ihm seine ganze Elektricität entzogen. Der Vorgang hierbei ist in der Art aufzufassen, daß die Elektricität des Körpers durch den Draht zur Erde abfließt und sich auf dieser ausbreitet. Da jeder Körper, so groß wir ihn auch herstellen mögen, im Verhältniß zur Erde doch verschwindend klein, also die Erde unendlich groß genannt werden muß, so ist begreiflich, daß der elektrische Zustand der letzteren keine Aenderung erfährt, wie viel Elektricität ihr auch zugeführt werden mag. Wir sagten daher, das elektrische Potential der Erde sei stets gleich Null. Das Entladen eines elektrisirten Körpers in der Weise, daß man diesen mit der Erde in leitende Verbindung setzt, besteht sonach darin, daß Elektricität von einem Körper, dessen Potentialniveau eine bestimmte Größe hat, zu der Erde, deren Potentialniveau gleich Null ist, abfließt. Während der Ent- ladung bewegt sich daher die Elektricität durch den Leiter zur Erde; diese Bewegung nennt man einen elektrischen Strom, oder, da hierbei der elektrisirte Körper seiner Elektricität beraubt wird, einen
Entladungsstrom
.
Wir haben aber auch einem unelektrischen Körper wiederholt Elektricität zugeführt, indem wir ihn mit einem elektrischen Körper, z. B. dem Conductor einer Elektrisirmaschine, in leitende Verbindung setzten. In diesem Falle strömt so lange Elektricität vom Conductor auf den Körper, bis beide dasselbe Potential- niveau besitzen. Ein solcher Strom muß also jedesmal auftreten, wenn ein Körper, dessen Potentialniveau höher ist, mit einem Körper niedrigeren Potentialniveaus leitend verbunden wird. Auch in diesem Falle herrscht während der Ausgleichung beider Potentialniveaus eine Bewegung der Elektricität durch den verbindenden Leitungsdraht und ist hierbei die Bewegung von dem Körper höheren zu dem niederen Potentialniveaus gerichtet.
Aus diesem Verhalten folgt, daß ein Körper durch Ableitung der Elektricität nur dann vollkommen entladen werden kann, wenn man ihn mit der Erde in leitende Verbindung setzt; der Strom, der hierbei in dem ableitenden Drahte auf- tritt, währt so lange, als noch irgend welche Menge der Elektricität auf dem Körper vorhanden ist.
Auch noch einer zweiten Art der Entladung wurde bereits Erwähnung gethan, namentlich bei der Selbstentladung einer Kleist’schen Flasche. Hier ist jedoch der Vorgang ein anderer; es wird nicht ein elektrisirter Körper mit einem unelektrischen in leitende Verbindung gebracht, sondern man verbindet zwei einander entgegen- gesetzt elektrische Flächen, nämlich die äußere und die innere Belegung der Flasche, miteinander. Bei der Lane’schen Flasche steht, wenn diese Ausdrucksweise der Kürze wegen gestattet wird, das Ende der äußeren Belegung in Form einer Kugel der
Fig. 61.
Entladung einer Leydener Flasche durch den gewöhnlichen Auslader.
Kugel der inneren Belegung in geringer Entfernung gegen- über. Die Flasche wird ent- laden, d. h. unelektrisch, indem sich die beiden ent- gegengesetzten Elektricitäten der Belegungen durch die Luft hindurch in Form eines hellleuchtenden Funkens neu- tralisiren. Der Ausgleich beider Elektricitäten wird durch die gegenseitige Anziehung be- wirkt. Durch den Verbin- dungsdraht beider Belegungen strömt daher während der Ent- ladung sowohl Elektricität von der äußeren zur inneren Be- legung, als auch Elektricität entgegengesetzter Art in der umgekehrten Richtung. Bei- dieser Art der Entladung tritt also ein Doppelstrom auf.
Ein Doppelstrom muß aber auch dann erfolgen, wenn ein elektrisirter Körper einem nicht elektrisirten Körper genähert wird, was jedesmal geschehen muß, bevor man den elektrischen Körper mit dem un- elektrischen leitend verbindet. In dem Momente, in welchem man mit dem Drahte, welcher die Verbindung herstellen soll, dem elektrischen Körper nahe kommt, wird ja, wie wir wissen, auf dem nicht elektrischen Drahte Influenzelektricität er- regt; die ungleichnamige Influenzelektricität tritt dann an das dem elektrischen Körper nächste Ende des Drahtes und bevor dieses noch mit dem elektrischen Körper in Verbindung gebracht wird, sieht man den Funken überspringen. Es ist deshalb auch in diesem Falle und daher in allen Fällen angezeigter, die Ent- ladung als einen Doppelstrom sich zu denken. Unter der Stromrichtung bei einem solchen Doppelstrome hat man dann die Richtung des positiven Stromes zu verstehen.
Aus obigen Auseinandersetzungen ersieht man, daß bei jeder Art der Entladung ein Funke auftritt: bei der Selbstentladung dann, wenn die Spannung zwischen den beiden Kugeln, welche mit den Belegungen der Flasche in Verbindung stehen, hinlänglich groß geworden ist, um den Luftwiderstand zu überwinden, bei der Ableitung von Elektricität durch einen Leitungsdraht vor der Berührung des letzteren mit dem elektrischen Körper. Man nennt diesen Funken den
Entladungs- schlag
und die Entfernung, welche der Funke hierbei überspringt, die
Schlag- weite
. Daß letztere eine sehr verschiedene sein kann, ist wohl selbstverständlich; sie wird größer sein, wenn dem Körper eine größere Menge Elektricität mitgetheilt wurde, also seine Dichte eine größere ist, kleiner, wenn nur geringe Elektricitäts- mengen vorhanden sind.
Um Entladungsschläge bequem herbeiführen zu können, bedient man sich verschiedener Apparate: einen derselben haben wir bereits kennen gelernt. Es ist dies der Entlader, welcher den Reibungs-Elektrisirmaschinen gewöhnlich beigegeben
Fig. 62.
Henley’s allgemeiner Auslader.
wird. (Siehe S. 100, Fig. 47
E.
) Um eine Kleist’sche Flasche zu entladen, benützt man die in Fig. 61 abgebildete Vorrichtung. Dieser
einfache Entlader
besteht aus zwei miteinander drehbar verbundenen Metallstäben, welche an ihren freien Enden kleine Messingkugeln tragen. Ueberdies besitzt diese Metallgabel entweder an ihrem Gelenke eine Handhabe oder es ist an jedem Schenkel ein gläserner Griff angebracht. Will man mit diesem Entlader eine Flasche entladen, so legt man, wie dies die Figur zeigt, die Kugel des einen Schenkels an die äußere Belegung der Flasche an und bringt durch Drehung die Kugel des zweiten Schenkels der Kugel der Flasche so nahe, bis der Funke überschlägt.
Will man jedoch die Entladungsschläge und deren Wirkungen auf etwa dazwischen geschaltete Körper studiren, so würde die Manipulation mit dem ein- fachen Auslader zu umständlich ausfallen. In diesem Falle verwendet man den
Henley
’schen oder
allgemeinen Auslader
, wie er in Fig. 62 dargestellt ist. Auf einem Holzbrette sind drei Glasröhren
a
,
b
und
c
vertical befestigt. Die Glasröhren
a
und
c
tragen die Arme des Entladers,
b
ein Tischchen, auf welches man jene Körper legen kann, durch welche die Entladungsschläge gehen sollen. Das Tischchen, sowie auch die Arme können höher oder tiefer gestellt werden, indem sowohl ersteres, als auch letztere nicht unmittelbar an den betreffenden Glasröhren, sondern an Metallstäben befestigt sind, welche in die Röhren ein- geschoben und durch die Klemmschrauben
s
in der gewünschten Höhe festgehalten werden. Die Metallstäbchen in den Röhren
a
und
c
besitzen an ihren oberen Enden Gelenke, um welche sich die Hülsen
h
und mit ihnen die durchgeschobenen Arme in verticaler Ebene drehen können. Die Arme des Entladers können durch Verschieben in den Hülsen
h
einander genähert oder voneinander entfernt werden, und haben an den einander zugekehrten Enden Schraubengewinde eingeschnitten, mittelst welcher Kugeln
k
oder auch Spitzen oder Scheiben befestigt werden können. Die anderen Enden der Entladerarme tragen Ringe oder Klemmschrauben
S
zur Aufnahme der Zuleitungsdrähte.
Zur Bestimmung und Untersuchung der Schlagweite oder überhaupt zu messenden Versuchen verwendet man das
Funkenmikrometer
von
Rieß
. Dieses
Fig. 63.
Funkenmikrometer von Rieß.
besteht aus einem schweren Metallfuße
A
, Fig. 63, auf welchem eine Metallplatte horizontal befestigt ist. Letztere trägt einerseits eine verticale Glassäule, die an ihrem oberen Ende mit einem verticalen Metallzapfen und einer horizontalen Klemmschraube zur Aufnahme eines Zu- leitungsdrahtes versehen ist, andererseits einen auf der Platte verschiebbaren Schlitten. Die zweite verticale Glas- säule, an ihrem oberen Ende ebenso wie die erste be- schaffen, ist auf dem Schlitten befestigt. Die verticalen Zapfen an den oberen Enden der Säulen dienen zum Aufstecken von Kugeln u. dergl. Die Bewegung des Schlittens wird durch eine sehr feine Schraube (Mikro- meterschraube) bewirkt und die Größe der Verschiebung an der Theilung abgelesen.
Rieß hat mit seinem Funkenmikrometer eine große Anzahl von Versuchen durchgeführt und die gesetzmäßigen Beziehungen zwischen Schlagweite und Dichtigkeit bestimmt. So untersuchte er die Schlagweiten bei dem früher beschriebenen Ansammlungs-Apparate, sowohl wenn Collec- tor- und Condensatorscheibe einander gegenübergestellt waren, als auch mit der Collectorscheibe allein. Die Schlagweite wurde hierbei bestimmt, indem man die bewegliche Kugel der feststehenden durch Vermittlung der Mikrometerschraube so lange näherte, bis der Funke übersprang; die Ablesung an der Theilung gab dann die Entfernung der beiden Kugeln voneinander, also die Schlagweite. Rieß schloß aus seinen Versuchen, daß die Schlagweiten an einem Punkte der inneren Belegung eines Ansammlungs-Apparates der elektrischen Dichtigkeit in diesem Punkte pro- portional seien. Wird also eine Batterie immer an derselben Stelle ihrer inneren Belegung entladen, so ist ihre Schlagweite der mittleren Dichtigkeit der Elektrici- tät in der Batterie proportional.
Rijke
, der sich mit demselben Gegenstande befaßte, fand jedoch, daß das von Rieß aufgestellte Gesetz nur annäherungsweise Geltung besitze und daß die Schlagweite etwas schneller wachse wie die Dichtigkeit. Rijke hat auch zur Berechnung der Schlagweite aus der Dichtigkeit eine Formel aufgestellt, und die nach dieser Formel berechneten Schlagweiten stimmen mit den wirklich beobachteten besser überein, als die nach dem Rieß’schen Gesetze berechneten. Nachstehende Tabelle (aus Wüllner’s Exp. Phys.) läßt dies deutlich erkennen:
Es ist bei diesen Versuchen von Rijke jedoch nicht zu übersehen, daß die Uebereinstimmung zwischen berechneten und beobachteten Schlagweiten hauptsächlich bei sehr kleinen Schlagweiten zu Gunsten der Ansicht von Rijke spricht, während bei größeren Schlagweiten die nach dem Gesetze von Rieß berechneten Werthe eben so gut mit den Beobachtungen übereinstimmen. Für die Entladungen von Bat- terien kann man daher das Gesetz von Rieß um so eher gelten lassen, je größer die Schlagweiten werden, denn dann sind sie wirklich der mittleren Dichtigkeit proportional.
Aus diesem Satze folgt, daß die Schlagweite unabhängig sein muß von der Beschaffenheit des Schließungsbogens, d. h. der Mikrometerkugeln und Zuleitungs- drähte. Die Richtigkeit dieses Satzes wurde auch in der That durch das Experi- ment bestätigt. Wohl aber zeigt sich eine Verschiedenheit der Luftschichte, welche der Funke durchschlagen muß, von Einfluß auf die Schlagweite; letztere wird kleiner, wenn die Dichte der Luft eine größere wird. Aber nicht nur diese physi- kalische Beschaffenheit der Gasschichte übt auf die Schlagweite Einfluß aus, sondern auch die chemische Zusammensetzung. Nach Versuchen von Faraday ist die Schlag- weite in gasförmiger Salzsäure (Chlorwasserstoff) bedeutend kleiner, im Wasser- stoffgase größer als in Luft.
Der elektrische Funke tritt aber nicht blos dann auf, wenn zwei entgegen- gesetzt elektrische Körper einander genähert werden, sondern auch dann, wenn man einem elektrischen Körper die Hand oder irgend einen Leiter nahe genug bringt. Was ist nun eigentlich der elektrische Funke? Man denke sich zwei entgegengesetzt elektrische Körper, z. B. Messingkugeln mit elektrischen Pendeln versehen und ein- ander genähert; sobald die Entfernung der Kugeln bis zu einer bestimmten, von der Stärke der Ladung abhängigen Größe abgenommen hat, leuchtet der elektrische Funke zwischen beiden Kugeln auf. Gleichzeitig fallen die Kugeln der elektrischen Pendel zusammen und zeigen hierdurch an, daß die beiden Leiter entladen sind. Hiernach ist also der elektrische Funke als ein Ausgleich beider Elektricitäten durch die Luft hindurch aufzufassen; er entsteht, sobald die beiden einander gegenüber- stehenden Elektricitäten stark genug sind, den Widerstand der schlecht leitenden Luft zu überwinden. Die heftige Erschütterung, welche hierbei die Luft und die Aether- theilchen erfahren, ist dann die Ursache der Schall-, Licht- und Wärmewirkung des Funkens.
Das Ueberschlagen eines Funkens bei Annäherung eines nicht elektrischen Leiters an einen elektrischen Körper erklärt sich aus der Influenzwirkung. Der genäherte Leiter erhält nämlich Influenzelektricität erster und zweiter Art; die erstere, als die ungleichnamige mit der Elektricität des Körpers, wird von dieser angezogen, und der bei weiterer Annäherung des influenzirten Leiters an den elek- trischen Körper auftretende Funke ist wieder nur der Ausgleich entgegengesetzter Elektricitäten, nämlich der Elektricität des Körpers und der ihr entgegengesetzten Influenzelektricität.
Entladet man in dieser Weise, also durch Herbeiführen eines Entladungs- funkens oder -Schlages, eine Kleist’sche Flasche oder Batterie, so verliert diese hierdurch nicht die gesammte Elektricität. Man kann sich davon überzeugen, indem man z. B. den Entladungsschlag durch ein Funkenmikrometer herbeiführt und nach dieser Entladung die Kugeln einander näher bringt. Sind die Kugeln einander ziemlich weit entgegengerückt, so daß also jetzt ihre Entfernung voneinander bedeu- tend geringer ist, als sie beim ersten Entladungsschlage war, so erhält man einen zweiten Entladungsschlag, ja bei weiterem Zusammenschieben der Kugeln gelingt es nicht selten, sogar noch einen dritten, jedoch abermals bedeutend schwächeren Ent- ladungsschlag zu erhalten. Rieß hat dieses Verhalten auch in der Weise nach- gewiesen, daß er eine Batterie unter Benützung der Lane’schen Maßflasche lud und dann bei einer bestimmten Schlagweite die Entladung herbeiführte. Dann wurde die Batterie neuerdings geladen, bis wieder bei derselben Schlagweite die Entladung eintrat. Da zeigte sich nun, daß zur zweiten Ladung der Batterie eine viel geringere Elektricitätsmenge erforderlich war wie zu ihrer ersten Ladung. Die Messungen ergaben, daß zur zweiten Ladung beiläufig 0·8 jener Elektricitäts- menge gebraucht wurden, welche zur ersten Ladung erforderlich war. Dieses Verhalten der Batterie kann nur so erklärt werden, daß bei der Entladung nicht die gesammte Ladung vernichtet wurde, sondern beiläufig 0·2 derselben zurückblieben.
Diese Experimente zeigen also, daß wir die Entladung einer Batterie durch Verbindung ihrer äußeren mit der inneren Belegung nicht als eine momentane aufzufassen haben, sondern daß zur vollständigen Entladung der Batterie eine gewisse, meßbare Zeit erforderlich ist, und daß die Batterie nicht schon durch die erste Entladung, sondern erst durch eine Reihe von
Partial-Entladungen
ihre Elektricität verliert.
Rieß, Feddersen
und Andere haben diese Erscheinungen eingehenden Studien unterzogen und sind dabei zu sehr interessanten Resultaten gelangt. So ergab sich zunächst, daß selbst der erste Entladungsschlag, der dem Auge doch als einfacher Funke erscheint, keineswegs eine momentane Ausgleichung beider Elektricitäten dar- stellt, sondern selbst wieder durch eine Reihe von Partial-Entladungen gebildet wird. Es zeigte sich nämlich, daß der Rückstand, welcher in der Batterie nach dem ersten Entladungsschlage zurückbleibt, eine verschiedene Größe erlangt, je nach dem Widerstande im Schließungsbogen. Nun ist aber die Schlagweite von der Natur des Schließungsbogens vollkommen unabhängig; folglich dürfte auch die Größe des Rückstandes nicht von der Natur des Schließungsbogens abhängen, wenn bei dem Entladungsschlage beide Elektricitäten sich momentan ausgleichen würden. Da jedoch, wie durch vielfache Experimente nachgewiesen wurde, die Größe des Rückstandes thatsächlich von dem Widerstande des Schließungsbogens abhängt, so ist auch der erste Entladungsschlag als eine Reihe von Partial- Entladungen aufzufassen, da nur durch diese Annahme das in Rede stehende Ver- halten erklärbar ist.
Die Wirkung des Widerstandes im Schließungsbogen auf die Entladung ist nämlich eine zweifache; die eine besteht darin, daß die Zeit, welche zwischen zwei Partial-Entladungen verstreicht, eine längere wird, wenn der Widerstand wächst; die andere wird ein schnelleres Aufhören der Partial-Entladungen eines Entladungsschlages herbeiführen müssen. Betrachten wir zunächst die ersterwähnte Wirkung. Die erste Partial-Entladung ist erfolgt und dadurch der Schließungs- bogen entladen; eine zweite Partial-Entladung kann nun offenbar erst dann ein- treten, wenn durch Nachströmen der Elektricität an der Unterbrechungsstelle des Schließungsbogens die Dichtigkeit der Elektricitäten wieder eine so große geworden ist, daß sie den Widerstand der Luft überwinden kann. Nun ist einleuchtend, daß dieses Nachfließen der Elektricitäten, diese Herstellung der erforderlichen Dichtigkeit um so langsamer erfolgen muß, je größer der Widerstand ist, welchen die nach- strömenden Elektricitäten im Schließungsbogen zu überwinden haben. Gegen diese Erklärung könnte eingewendet werden, daß ja nach der ersten Partial-Entladung jedenfalls ein Theil der Batterieladung vernichtet sein muß, daß also an der Unter- brechungsstelle des Schließungsbogens durch Nachfließen der Elektricitäten sich nie- mals jene Dichtigkeit wieder herstellen könne, welche genügt, um bei der unver- änderten Schlagweite eine zweite Partial-Entladung zu ermöglichen. Dieser Einwand wird jedoch dadurch unhaltbar, daß bei jeder Entladung durch eine Luftstrecke die Lufttheilchen mit großer Heftigkeit seitwärts geschleudert werden und daher in der Bahn, welche der erste Funke durchlaufen hat, gewissermaßen ein Canal, gefüllt mit verdünnter Luft, entstehen muß. Nun wissen wir aber, daß die Schlagweite einer Batterie größer wird, wenn die Anzahl der Lufttheilchen, durch welche der Entladungsschlag geht, sich vermindert. Ist daher der Widerstand im Schließungs- bogen nicht ein sehr großer, so wird das Nachströmen der Elektricitäten rascher erfolgen als der Zutritt neuer Lufttheilchen in den Canal mit verdünnter Luft und eine zweite Partial-Entladung wird eintreten müssen. So lange sich der Wider- stand des Schließungsbogens innerhalb gewisser Grenzen hält, wird daher die Zeitdauer zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Partial-Entladungen vergrößert und somit die Dauer der Gesammtentladungen des ersten Entladungsschlages ver- längert.
Wird jedoch der Widerstand des Schließungsbogens ein bedeutender, so können die eben geschilderten Wirkungen des Widerstandes gerade das entgegen- gesetzte Endresultat bewirken, und dann haben wir es mit der andern der früher angegebenen beiden Wirkungen des Widerstandes zu thun. Die Erklärung für diesen Fall ist eigentlich schon in der Erläuterung des ersten Falles gegeben und es bedarf daher nur noch einer übersichtlichen Zusammenfassung. Der zweite Fall setzt also einen großen Widerstand im Schließungsbogen voraus; es wird daher die Zeitdauer, welche zwischen je zwei Partial-Entladungen verstreichen muß, damit die erforderliche Dichtigkeit an der Unterbrechungsstelle des Schließungsbogens wieder hergestellt wird, eine größere werden. Sie wird aber auch weiter wachsen, je mehr Partial-Entladungen eingetreten sind, da mit jeder Entladung die Elek- tricitätsmenge in der Batterie geringer wird. Dadurch wird aber der die Unter- brechungsstelle umgebenden Luft immer mehr Zeit gelassen, in jenen Canal einzu- strömen, in welchem die Luft durch den überschlagenden Funken verdünnt wurde. Nimmt nun die Dichte der Luft in dem Canale schneller zu als das Nachfließen der beiden Elektricitäten, so kann keine Partial-entladung mehr eintreten. Mit anderen Worten heißt dies, je längere Zeiten die Elektricitäten zum Nachströmen
Urbanitzky
: Elektricität. 9
brauchen, oder je größer also der Widerstand des Schließungsbogens ist, desto eher müssen die Partial-Entladungen aufhören, desto geringer wird also die Anzahl der Partial-Entladungen. Bei einer gewissen Größe des Widerstandes kann daher die Anzahl der Partial-Entladungen so weit vermindert werden, daß in Folge dessen auch die Dauer der Gesammtentladungen eines Entladungsschlages kürzer wird, als bei Einschaltung kleinerer Widerstände in den Schließungsbogen.
Die Zeitdauer eines Entladungsschlages ist daher als eine Wechselwirkung aufzufassen zwischen der Schnelligkeit, mit welcher einerseits die Elektricitäten im Schließungsbogen nachströmen, und andererseits der Zeit, welche den umgebenden Lufttheilchen gelassen wird, um in den durch das Ueberschlagen des Funkens er- zeugten luftverdünnten Raum einzutreten. Ueberwiegt die erste Wirkung, so wird durch wachsenden Widerstand im Schließungsbogen die Zeitdauer eines Entladungs- schlages verlängert; überwiegt jedoch die zweite Wirkung, nimmt also der Wider- stand noch weiter zu, so wird die Dauer des Entladungsschlages verkürzt. Hierbei erfolgt die Verlängerung der Entladungszeit durch zeitliche
Auseinanderrückung
der Partial-Entladungen, die Verkürzung aber durch
Verminderung
der
Anzahl
der Partial-Entladungen bei gleichzeitiger zeitlicher Auseinanderrückung der Partial- Entladungen.
Es erübrigt uns noch, die experimentellen Nachweise für die Richtigkeit obiger Erklärungen beizubringen. Sowohl Feddersen als auch Wheatstone bedienten sich hierzu principiell derselben Methode. Diese besteht in der Anwendung der optischen Analyse des Funkens. Läßt man nämlich vor einem leuchtenden Punkte einen ebenen Spiegel rotiren, so reflectirt dieser das Bild des Punktes in jedem Momente seiner Drehung nach einer andern Richtung in unser Auge; das Bild des Punktes erscheint daher der Reihe nach auf verschiedenen Stellen der Netzhaut unseres Auges. Da aber jeder Lichteindruck in unserem Auge eine bestimmte Zeit andauert, so müssen bei hinlänglich schneller Rotation des Spiegels die einzelnen Funken- bilder so nahe nebeneinander erscheinen, daß wir sie nicht mehr voneinander getrennt wahrnehmen können, d. h. wir sehen eine Lichtlinie. Der Lichtpunkt im Spiegel verhält sich gerade so wie eine rasch im Kreise geschwungene, glühende Kohle; auch bei letzterer können wir das Kohlenstück nicht mehr in seinen aufeinander- folgenden Stellungen unterscheiden, sondern erblicken einen feurigen Kreis.
Die beiden obengenannten Forscher ließen nun einen ebenen Spiegel vor dem überschlagenden Funken rotiren und beobachteten die auf diese Art durch den Funken erzeugte Lichtlinie. Es ist leicht einzusehen, daß letztere um so länger erscheinen mußte, je längere Zeit der Funke andauerte, vorausgesetzt, daß hierbei die Rotationsgeschwindigkeit des Spiegels nicht geändert wurde. Die Leuchtdauer des Funkens, oder, was dasselbe ist, die Zeitdauer des Entladungsschlages, ist unter Anwendung einer einfachen Formel aus der Länge der Lichtlinie und aus der Rotationsgeschwindigkeit des Spiegels leicht zu berechnen. Die in dieser Weise angestellten Experimente zeigten nun in der That die Abhängigkeit der Entladungs- dauer von der Größe des im Schließungsbogen vorhandenen Widerstandes in der Art, wie sie oben angegeben wurde.
Der rotirende Spiegel zeigte aber auch, daß ein Entladungsschlag, den man ohne Anwendung der optischen Analyse als einen einzigen Funken sieht, that- sächlich aus einer Reihe rasch aufeinanderfolgender Funken besteht, indem das Spiegelbild des Entladungsfunkens nicht als eine, sondern eine Reihe aufeinander- folgender Lichtlinien gesehen wird. Somit ist auch die Zusammensetzung eines Entladungsschlages aus einer Reihe von Partial-Entladungen experimentell nach- gewiesen.
Feddersen gelangte bei seinen Untersuchungen aber auch zur Wahrnehmung von Entladungsvorgängen, die sich in der obigen Weise nicht erklären lassen. Er fand nämlich, daß bei Herabminderung des Widerstandes im Schließungsbogen unter eine gewisse Größe die Entladungsdauer nicht mehr ab-, sondern im Gegen- theile wieder zunimmt. Feddersen nennt jenen Widerstand, von welchem an die Entladungszeit wieder wächst, den
Grenzwiderstand
und erklärt diese Entladungs- art, welcher er den Namen
oscillirende Entladung
gab, in nachstehender Weise: Sinkt der Widerstand im Schließungsbogen unterhalb des Grenzwider- standes, so besteht die Bewegung der Elektricitäten während der Entladung nicht blos darin, daß sie sich zur Unterbrechungsstelle bewegen und dort ausgleichen, sondern die Bewegung setzt sich eben des geringen Widerstandes wegen noch über die Unterbrechungsstelle hinaus fort, gleichwie ein aus seiner Gleichgewichtslage gebrachtes Pendel nicht sofort wieder in diese zurückkehrt und darin verharrt, sondern darüber hinausschwingt und erst nach einer größeren oder geringeren Anzahl von Schwingungen seine Ruhelage wieder einnimmt. Ein Pendel wird desto länger schwingen, je geringer der Widerstand ist, welchen es bei seiner Bewegung zu überwinden hat; könnte man diesen gleich Null machen, so würde das Pendel gar nie mehr zur Ruhe kommen. In gleicher Weise verhält es sich mit der Bewegung der Elektricitäten; ihre Bewegung gegeneinander wird um so länger andauern, je geringer der Widerstand im Schließungsbogen ist; sie würde immer fortdauern, wenn man einen Schließungsbogen ohne irgend einen Wider- stand herstellen könnte. Da aber jeder Leiter dem Durchgange der Elektricität einen Widerstand entgegensetzt, muß die Dauer der Oscillationen eine beschränkte sein. Die Zahl der Oscillationen muß deshalb abnehmen, wenn der Widerstand im Schließungsbogen zunimmt; es treten gar keine Oscillationen ein, wenn der Wider- stand über den Grenzwiderstand hinaus wächst, wobei dann der früher geschilderte Entladungsvorgang stattfindet.
Die Oscillationen gehen in folgender Weise vor sich: Bei einer positiv geladenen Flasche oder Batterie fließt die positive Elektricität auf die äußere Be- legung, die negative auf die innere Belegung und die Flasche ist nach dieser ersten Entladung umgekehrt, also negativ geladen. Das weitere Nachströmen der Elek- tricitäten wird dann durch die Abstoßung gleichnamiger Elektricitäten verhindert und es tritt eine kurze Bewegungspause ein. Hierauf bewegen sich wieder beide Elektricitäten in der entgegengesetzten Richtung, d. h. die positive strömt auf die innere, die negative auf die äußere Belegung über und es erfolgt die zweite Oscillation oder Entladung u. s. w., bis die Flasche entladen ist. Der Entladungs- vorgang ist also in dem jetzt betrachteten Falle ein Hin- und Herströmen der Elektricitäten. Daß diese Oscillationen thatsächlich stattfinden, folgt nicht nur aus theoretischen Untersuchungen von Helmholtz, Kirchhoff und Thomson, sondern wird auch durch einen Versuch von
Oettingen
gezeigt. Wüllner beschreibt diesen Versuch in nachstehender Weise: „Durch den mit dem Conductor der Elektrisirmaschine in Verbindung stehenden Draht
C K
, Fig. 64, an welchem bei der Ladung die Kugel
A
anlag, wurde die Batterie
B
geladen, bis in dem Schließungsbogen
B F S J
, welcher bei
F
ein Funkenmikrometer enthielt, das für eine beliebige Schlagweite gestellt werden konnte, die Entladung eintrat. In dem Momente der Entladung wurde dann die Kugel
A
, welche an dem Drahte
l A
befestigt war, herabgedrückt,
9*
so daß der Schließungsbogen
B l G
ohne Funkenstrecke geschlossen war. In diesem Schließungsbogen trat dann die Entladung des nach der ersten Entladung in der Flasche enthaltenen Rückstandes ein. Die Richtung des Stromes der positiven Elek- tricitäten in diesem Schließungsbogen gab dann die Art der Ladung der Batterie nach der ersten Entladung an. Die Richtung des Stromes erkannte man an der Bewegung der Nadel des bei
G
in den Stromkreis eingeschalteten Galvanometers und die Menge der entladenen Elektricität an der Größe des Ausschlages, welchen die Nadel des Galvanometers erhielt.
Auf diese Weise gelang es Oettingen, die Existenz negativer Rückstände nach- zuweisen und so einen neuen Beweis dafür zu liefern, daß, entsprechend den theo- retischen Untersuchungen von Kirchhoff, bei nicht zu großen Widerständen und nicht zu kleiner Schlagweite die Entladungen im Allgemeinen oscillirende sind. Schließ- lich möge noch erwähnt werden, daß Paalzow die oscillirende Entladung mit
Fig. 64.
Versuch von Oettingen.
Hilfe Geißler’scher Röhren, die wir später kennen lernen werden, direct sichtbar gemacht hat.
Verbindet man die innere und äußere Be- legung einer geladenen Flasche oder Batterie leitend miteinander, so tritt also, je nach den Widerstands- verhältnissen des Schließungsbogens, die eine oder die andere Art der Entladung ein. Doch gelingt es in keinem Falle, gleich die vollständige Entladung herbeizuführen, sobald die beiden Belegungen in leitende Verbindung gesetzt sind. Es zeigt sich viel- mehr, daß, wenn man diese Verbindung wieder aufhebt und dann abermals herstellt, neuerdings eine, wenn auch bedeutend schwächere Entladung eintritt, und daß dieser Vorgang auch drei bis viermal wiederholt werden kann. Man nennt die bei der Entladung einer Flasche oder Batterie immer noch zurückbleibende Ladung den
elektrischen Rückstand
oder das
Residuum.
Man hat beobachtet, daß die Bildung eines elektrischen Rückstandes nur dann eintritt, wenn der Isolator, welcher die beiden Belegungen voneinander trennt, ein fester Körper ist, und daß die Größe des Rückstandes von der Be- schaffenheit dieses festen Isolators abhänge. Ferner fand man, daß der Rückstand mit der Dicke des Isolators und mit der Stärke der den Belegungen mitgetheilten Ladungen wachse. Aus allen diesen Beobachtungen muß der Schluß gezogen werden, daß die Ursache der Erscheinung im Verhalten des Isolators zu suchen sei. Hierzu kommt noch die bereits von Franklin gemachte Wahrnehmung, daß die einem Leiter mitgetheilte Elektricität nicht auf diesem bleibt, sondern sich zum größten Theile auf den Isolator begiebt, wenn ein solcher mit dem Leiter in unmittelbarer Be- rührung steht.
Gestützt auf diese Erfahrungen erklärte Faraday die Erscheinung des elek- trischen Rückstandes in nachstehender Weise: Wird z. B. eine Flasche oder Tafel positiv geladen, so tritt positive Elektricität von der inneren Belegung auf die dieser zugewandte Fläche des Isolators über, negative Elektricität von der äußeren Belegung auf die dieser zugewandte Fläche. Bei der Entladung gleichen sich nun die auf den Belegungen zurückbleibenden Elektricitäten sofort aus. Jene auf den beiden Flächen des Isolators können aber der schlechten Leitungsfähigkeit des letzteren wegen nicht so schnell wieder auf die Belegungen zurückfließen und bleiben daher bei der ersten Entladung zurück. Verbindet man nun nach einiger Zeit wieder beide Belegungen leitend miteinander, so haben die zurückgebliebenen Elektricitäten Zeit gehabt, sich wieder auf die Belegungen zurückzubegeben, und es kann neuerlich eine Entladung eintreten.
Als Stütze für diese Erklärung wird das Verhalten einer
zerlegbaren Flasche
oder
Tafel
angeführt. Eine derartige Zerlegtafel ist in Fig. 65 ab- gebildet;
a
und
b
sind die beiden Belegungen, aus Messingblech gebildet und auf Glasfüßen verschiebbar befestigt. Den Isolator bildet die Glastafel
c.
Schiebt man die Messingplatten
a
und
b
bis zu ihrer Berührung mit der Glastafel
c
zusammen,
Fig. 65.
Zerlegtafel.
so bildet der ganze Apparat eine Franklin’sche Tafel In diesem Zustande wird nun die Tafel geladen. Entfernt man nach der Ladung die Platten
a
und
b
wieder von
c
, so erscheinen sie natürlich beide elektrisch, wenngleich sehr schwach, und zwar die eine positiv, die andere negativ. Entladet man nun die beiden Metallplatten und führt sie dann neuerdings bis zur Berührung mit der Glas- platte
c
zurück, so erscheint die wiederhergestellte Franklin’sche Tafel neuerdings geladen, und zwar in derselben Art und nur unbedeutend schwächer als vorher. Es muß also wirklich der größte Theil der Ladung von den Metallbelegen auf die Glasplatte übergegangen sein.
Kohlrausch macht gegen diese Erklärung die Einwendung, daß, wenn die beiden Elektricitäten wirklich auf den Isolator übergehen, für sie kein Grund vor- handen sei, wieder auf die Belegungen zurückzufließen und eine neuerliche Ladung herbeizuführen. Kohlrausch sucht daher den elektrischen Rückstand als eine Influenz- erscheinung zu erklären. Er denkt sich die Einwirkung der Elektricitäten der Be- legungen auf den Zustand des Isolators in ähnlicher Weise wie die Wirkung eines Magnetes auf ein Stück weichen Eisens. In den Molekülen des Isolators seien bereits im unelektrischen Zustande die beiden Elektricitäten voneinander getrennt, in der Weise, daß jedes Molekül einen positiv und einen negativ elektrischen Pol besitze. Da aber die einzelnen Moleküle des Isolators sich in allen möglichen Stellungen befinden, erscheint derselbe nach außen hin unelektrisch. Sobald jedoch der Isolator mit metallischen Belegungen versehen und diesen Elektricität mitgetheilt wird, so wirkt letztere richtend auf die polarisirten Moleküle des Isolators. Dann kehren sämmtliche Moleküle ihre positiv elektrischen Pole der negativ elektrisirten Platte zu, während ihre negativen Pole der positiv elektrisirten Platte zugewandt werden. Die Gesammtwirkung des Isolators nach außen muß daher die sein, daß die eine Fläche desselben positiv, die andere aber negativ elektrisch erscheint. Werden jetzt die Metallplatten entladen, so verschwindet die richtende Kraft und die Moleküle des Isolators kehren wieder in ihre ursprünglichen Stellungen zurück. Die Rückkehr erfolgt jedoch nicht augenblicklich, sondern braucht eine gewisse Zeit. Während dieser können die Moleküle influenzirend auf die Belegungen wirken und diese neuerdings in derselben Art wie zu Beginn des Versuches, wenn auch schwächer, laden. Diese Ladung bildet dann den elektrischen Rückstand.
Der von Kohlrausch gegebenen Erklärung schloß sich auch Clausius an, während Bezold die Faraday’sche Auslegung der Erscheinung aufrecht erhält und unterstützt. Wüllner suchte durch eine Reihe von Experimenten zwischen beiden Erklärungen eine Entscheidung herbeizuführen, gelangte aber zu keinem definitiven Resultate; die Hauptwirkung schreibt er jedoch der Influenz zu.
Die Experimente, welche Wheatstone durchführte, um die Dauer des Ent- ladungsschlages zu bestimmen, veranlaßten ihn auch, die
Fortpflanzungsgeschwin- digkeit der Elektricität
überhaupt zu untersuchen. Zwar hatten schon Le Monnier und auch Watson in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhundertes diese zu messen versucht, erzielten aber beide, wie wir in der Geschichte der Elektricität erfahren haben, kein Resultat.
Die Methode, deren sich Wheatstone zur Untersuchung der Fortpflanzungs- geschwindigkeit bediente, ist im Wesentlichen dieselbe, die wir bei der Bestimmung der Entladungsdauer kennen gelernt haben; sie beruht also auf der Anwendung eines rotirenden Spiegels. Die Gesammtanordnung ist aus der schematischen Zeich- nung in Fig. 66 ersichtlich.
K
ist eine Kleist’sche Flasche, deren Kugel
a
eine zweite gleich große Kugel
b
gegenübergestellt ist. Letztere steht mit der äußeren Belegung der Flasche in Verbindung. Damit sich die beiden Elektricitäten der Flasche
K
vereinigen können, also ein Funke zwischen
a
und
b
überspringt, müssen sie jedoch die Leitungen
L L
1
und das Funkenbrett
F
durchlaufen. Wenn wir den Weg, welchen die Elektricität zu durchlaufen hat, von der äußeren Belegung der Flasche aus verfolgen, so sehen wir, daß die Elektricität zunächst auf die Kugel 6 des Funkenbrettes gelangt, dann auf die Kugel 5 überspringt, die Leitungen
L
durchläuft, zur Kugel 4 kommt, von da auf die Kugel 3 überspringt, die Leitungen
L
1
passirt, dann von der Kugel 2 auf die Kugel 1 überspringt und endlich durch den Draht und die Kugel
b
wieder auf die Flasche zurück nach
a
gelangt. Der Weg, welchen die Elektricität der inneren Belegung bei der Entladung zurückzulegen hat ist derselbe, nur wird er in umgekehrter Richtung gemacht.
Wheatstone gab nun jeder der isolirten Leitungen
L
und
L
1
eine Länge von 402 Meter, so daß also der Entladungsstrom einen Gesammtweg von 804 Meter zurückzulegen hatte. Hierbei treten zwischen 5 und 6, 4 und 3, sowie auch 1 und 2 Funken auf. Diese drei Funken liegen in einer geraden Linie, da die Kugeln 1 bis 6 ebenfalls in einer solchen liegen. Hinter diesen Kugeln am Funkenbrette ist der Spiegel angebracht (in der Zeichnung der Deutlichkeit wegen weggelassen), dessen Rotationsaxe zur Funkenlinie parallel liegt. So lange der Spiegel ruhig steht, erscheinen die Spiegelbilder der drei Funken natürlich auch als einfache Funken; wird aber der Spiegel in rasche Rotation versetzt, so erscheinen die drei Funkenbilder als drei parallele Linien, da, wie wir früher schon gesehen haben, die einzelnen Bilder jedes Funkens so rasch aufeinanderfolgen, das wir sie nicht mehr getrennt wahrnehmen können.
Würden nun die Funken in den drei Kugelpaaren des Funken- brettes gleichzeitig überspringen, d. h. würde die Elektricität zum Durch- laufen der Leitungen
L
und
L
1
gar keine Zeit brauchen, so müßten die drei Funkenlinien im rotirenden Spiegel zur selben Zeit beginnen und zur selben Zeit enden; das Bild müßte die in
B
1
dargestellte Form zeigen. Der Versuch ergab jedoch das Bild
B
2
. Dieses Bild lehrt, daß der Funke, welcher im mittleren Kugelpaare (4, 3) über- sprang, später aufgetreten sein muß, als die beiden seitlichen Funken, da die von ihm als Spiegelbild erzeugte Lichtlinie später begonnen und früher aufgehört hat als die Lichtlinien der beiden anderen Funken. Die beiden
Fig. 66.
Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität.
äußeren Lichtlinien begannen und endeten gleichzeitig, folglich sind die beiden äußeren Funken gleichzeitig aufgetreten. Aus diesem Verhalten folgt zweierlei: 1. Die Elektricität pflanzt sich nicht momentan fort, sondern braucht zur Zurücklegung des Weges von der Kugel 5 durch den 402 Meter langen Leitungsdraht
L
zur Kugel 4 einerseits und zur Zurücklegung des Weges von der Kugel 1 durch die gleichfalls 402 Meter lange Leitung
L
1
zur Kugel 3 andererseits eine gewisse Zeit. 2. Die Entladung der Flasche erfolgt nicht in der Weise, daß
nur ein
Strom auftritt, der etwa von der inneren zur äußeren Belegung oder umgekehrt gerichtet ist, sondern daß
zwei
gegeneinander gerichtete Ströme gleichzeitig in der Art entstehen, daß einer von der inneren zur äußeren Belegung, der andere in der entgegengesetzten Richtung sich bewegt.
Die erste Folgerung aus dem Versuche und das bei dem Versuche erhaltene Funkenbild
B
2
gestattet uns einen Schluß auf die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität in den Kupferdrähten
L
zu ziehen. Der Strom hat, um den Weg von der Kugel 5 durch die Leitungen
L
zur Kugel 4 zurückzulegen, offenbar die Zeit gebraucht, welche zwischen dem Beginne der ersten und der zweiten Funkenlinie verstrichen ist. Diese Zeit können wir aber bestimmen, wenn uns die Rotations- geschwindigkeit des Spiegels und die Länge des Stückes
d e
bekannt ist, um welches die mittlere Funkenlinie gegen die erste zurückgeblieben ist.
Bevor wir die Zeitbestimmung selbst erklären, wollen wir nur noch bemerken, daß während der Bildung der Funkenlinien das Spiegelbild immer den doppelten Weg zurücklegt als der Spiegel bei seiner Drehung. Dieses Verhalten folgt einfach
Fig. 67.
Bilder eines rotirenden Spiegels.
aus dem für Planspiegel geltenden Gesetze: Der Winkel, welchen der einfallende Lichtstrahl mit seinem Lothe einschließt, ist immer gleich jenem Winkel, welchen der reflectirte Strahl mit einem Lothe bildet. Obwohl die Begrün- dung dieses Gesetzes nicht hierher gehört, wurde doch nebenstehende Figur (67) auf- genommen, um im Verständisse des Nach- folgenden keine Lücke zu lassen.
S S
' stellt einen Planspiegel dar,
F
den Funken, der einen Lichtstrahl in der Richtung
F O
auf den Spiegel sendet;
O N
ist das Loth auf die Ebene des Spiegels, im Punkte
O
und
O b
der reflectirte Strahl oder die Richtung, in welcher das Spiegelbild gesehen wird, da der Winkel
b O N
gleich ist
F O N.
Dreht man nun den Spiegel in die Stellung
S
1
S
1
', so ist
O N
1
die Normale und der Winkel
F O N
1
der Einfallwinkel; der reflectirte Strahl muß nun einen gleich großen Winkel einschließen, also in die Richtung
O b
1
fallen. Hierbei hat sich der Spiegel um den Winkel
S S
1
, das Bild aber um den Winkel
W W
1
gedreht. Vergleicht man diese beiden Winkel miteinander, so er- kennt man sofort, daß der vom Funkenbilde zurückgelegte Winkel (
W W
1
) doppelt so groß ist als jener (
S S
1
), um welchen sich der Spiegel gedreht hat.
Wie bereits wiederholt erwähnt wurde, sieht man bei rascher Rotation des Spiegels nicht die einzelnen Funkenbilder in
b b
1
(Fig. 67) u. s. w., sondern der ganze Weg, welchen der Funke zurücklegt, erscheint als heller Streifen oder als Lichtlinie. Die Länge dieser Lichtlinie muß nun offenbar von der Dauer des Funkens und von der Schnelligkeit der Spiegeldrehung abhängen und mit dem Zunehmen dieser Factoren wachsen; in Bezug auf die Spiegeldrehung erstreckt sich hierbei die Lichtlinie nach obiger Erklärung immer über einen doppelt so großen Bogen (
W W
1
) als jener (
S S
1
) ist, um welchen sich der Spiegel gedreht hat.
Dasselbe gilt nun auch für das Stück
d e
(Fig. 66), um welches die mittlere Lichtlinie zurückgeblieben ist und welches wir zu bestimmen haben.
Kennt man nun die Schnelligkeit der Spiegeldrehung, d. h. die Zeit, welche der Spiegel braucht, um sich um einen vollen Winkel (360 Grad) zu drehen, und kennt man ferner die Dauer des Funkens, so kann man die Länge dieses Stückes berechnen. Macht der Spiegel z. B. 800 Umdrehungen in der Secunde, so legt er in dieser Zeit einen Weg zurück, welcher gleich ist 800mal 360 Grad, d. i. 288.000 Grad; dauert die Zeit zwischen dem Beginne der ersten und der zweiten Lichtlinie
x
Secunden, so wird der Spiegel
x
mal 288.000 Grade durchlaufen. Das Spiegelbild legt aber in derselben Zeit den doppelten Weg zurück, also zweimal 288.000 mal
x
, d. i. 576.000
x
Grade. Dieses Product ist also die Länge des Stückes, um welches das Spiegelbild des zweiten Funkens gegen dem des ersten zurückgeblieben ist. Mißt man die Länge dieses Stückes und nehmen wir an, sie würde 0·5 Grade betragen, so erhalten wir die Gleichung 0·5 = 576.000
x
. Aus dieser kann
x
, d. i. die Zeitdauer des Funkens leicht berechnet werden; sie ist gleich
. Führt man diese Division aus, so ergibt sich
x
= 0·000,000.868 Secunden.
Die Zahlen, welche hier gewählt wurden, sind diejenigen, welche Wheatstone bei seinem Experimente wirklich erhalten hat. Aus diesen Zahlen ist es aber ein Leichtes, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität zu berechnen. Braucht nämlich der Strom zum Durchlaufen der 402 Meter langen Leitung
L
0·000,000.868 Secunden, so durchläuft er in eine Secunde einen Kupferdraht, dessen Länge gleich ist
Nach Wheatstone würde also die Elektricität in einer Secunde einen Weg von 463.133 Kilometer oder beiläufig 62.500 Meilen zurücklegen, wenn sie durch Kupferdrähte geleitet wird. Natürlich kann das so gewonnene Resultat nicht als exacte Messung, sondern nur als annähernde Schätzung der Fortpflanzungs- geschwindigkeit der Elektricität betrachtet werden. Daß auch die Natur des Leitungs- drahtes auf die Geschwindigkeit Einfluß nehmen muß, erhellt schon aus unseren früheren Betrachtungen über das Leitungsvermögen der Körper. In der That fanden auch andere Forscher abweichende Zahlen für die Fortpflanzungsgeschwin- digkeit. Aus den Versuchen, welche
Walker
anstellte, ergab sich als Fort- pflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität in Eisendraht nur 4000 Meilen per Secunde, aus jenen von
Fizeau
und
Gounelle
24.200 Meilen für Kupfer und 13.500 für Eisen. Nach theoretischen Betrachtungen, welche
Kirchhoff
anstellte, müßte sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität in einem widerstands- losen Drahte zu 41.950 Meilen per Secunde, also gleich jener des Lichtes ergeben.
Wenden wir uns nunmehr den
Wirkungen
der elektrischen Entladung zu; als solche haben wir zu betrachten die Wärme- und Lichtwirkungen, sowie die mechanischen, chemischen, magnetischen und physiologischen Wirkungen. Was zu- nächst die erste, nämlich die
Wärmewirkung
anbelangt, so kann diese sowohl im ununterbrochenen Schließungsbogen, als auch in dem an der Unterbrechungs- stelle überspringenden Funken beobachtet werden. Die Wärmewirkung des elektri- schen Funkens kann man durch Entzünden leicht brennbarer Körper zeigen. Hierzu dient der kleine in Fig. 68 abgebildete Apparat. Ein Messingschälchen
M
ist auf einer Glassäule isolirt aufgestellt; in dieses ragt, ohne es zu berühren, die Spitze
S
hinein, welche das eine Ende eines gleichfalls isolirt aufgestellten Messing- stabes bildet. Sein anderes Ende wird durch eine kleine Kugel begrenzt. In das Schälchen, welches man durch einen Draht zur Erde ableitet, bringt man leicht entzündliche Körper, wie z. B. Schwefeläther, Schwefelkohlenstoff, erwärmten Al- kohol ꝛc. und läßt auf die Kugel des horizontalen Messingstabes den Funken einer Elektrisirmaschine oder Kleist’schen Flasche überspringen. Der Funke muß dann von der Spitze
S
auf die in dem Schälchen
M
befindliche Flüssigkeit über- schlagen, die hierdurch entzündet wird.
Um die Entzündung fester Körper, wie z. B. Pulver, zu zeigen, verwendet man gewöhnlich den früher beschriebenen allgemeinen Auslader nach Henley. Das Pulver wird dann zwischen die beiden Kugeln
k k
(Fig. 62) gebracht. Bei diesem Experimente erscheint es jedoch als zweckwäßig, in den Schließungsbogen noch eine nasse Schnur einzuschalten, um durch die hierdurch erzielte Vermehrung des
Fig. 68.
Elektrischer Zünd-Apparat.
Fig. 69.
Elektrischer Mörser.
Widerstandes die Entladung zu verlangsamen. Das Pulver bedarf eben einer ge- wissen Zeit, bevor es hinlänglich erwärmt ist, um sich zu entzünden. Läßt man daher den Funken im
metallischen
Schließungsbogen überspringen, so ist die Dauer der Entladung sehr kurz und der Funke schleudert das Pulver häufig nur zur Seite, ohne es zu entzünden.
Die Wärme des elektrischen Funkens kann auch in der Weise gezeigt werden, daß man ihn durch explosible Gase schlagen läßt, die er dann natürlich entzündet.
Hierauf beruht die elektrische Pistole oder der elektrische Mörser (Fig. 69). In das Innere des Mörsers sind zwei in einer Geraden liegende Metalldrähte ein- geführt und stehen einander mit ihren kugelförmig verdickten Enden nahe gegenüber. Man leitet in den Mörser Wasserstoff- oder Leuchtgas, welches sich mit der Luft mischt und ein explosibles Gasgemenge bildet; derselbe Zweck wird auch durch einen Tropfen Aether oder Schwefelkohlenstoff erreicht. Dann verschließt man die Mündung des Mörsers durch eine Kugel oder einen Pfropfen und läßt den Funken überschlagen; dieser entzündet das Gasgemisch und der Pfropfen wird durch die Explosion der Gase mit starkem Knalle hinausgeschlendert.
Wenn auch diese kleinen Apparate ganz gut geeignet sind, die Wärme- wirkung des elektrischen Funkens überhaupt zu zeigen, so gestatten sie natürlich doch nicht, dieselben messend zu verfolgen und ihre gesetzmäßigen Beziehungen fest- zustellen. Um diesen Zweck zu erreichen, haben
Kinnersley
und
Rieß
Instru- mente erdacht. Das Instrument des Letzteren, das Rieß’sche
elektrische Luft- thermometer
, welches auch das bessere ist, zeigt Fig. 70 in perspectivischer Ansicht.
In der Glaskugel
k
, welche einen Durchmesser von beiläufig 9 Centimeter besitzt, ist quer durch ihren Mittelpunkt eine Spirale aus Platindraht gespannt.
Fig. 70.
Elektrisches Luftthermometer von Rieß.
Ihre Enden sind an zwei Klemmschrauben
s s
1
, befestigt, welche in einander dia- metral gegenüberliegenden Oeffnungen der Kugel eingekittet sind. Unten ruht die Kugel auf einem Metallringe
r
, der mit seinen Füßen auf dem Brette festgeschraubt ist. Ferner geht von der unteren Seite der Kugel eine Glasröhre aus, deren zweites Ende sich zu einem auf der Röhre senkrecht stehenden Glasgefäße
g
er- weitert. Die Glasröhre besitzt einen sehr geringen inneren Durchmesser und ruht nicht unmittelbar auf dem Brette
B
auf, sondern ist an einer Scala festgemacht, und erst diese ist mit dem Brette verbunden. Letzteres ist durch ein Gelenk mit dem Grundbrette
G
vereinigt und läßt sich mit Hilfe des Metallbogens
b
und der dort angebrachten Schraube in verschiedenen Neigungen gegen die Horizontalebene feststellen. Die Platinspirale ist durch dicke Drähte mit den isolirt aufgestellten Drahtklemmen
D D
in leitender Verbindung, um durch letztere das ganze Instru- ment bequem in den Schließungsbogen einer Batterie ꝛc. einschalten zu können. Bei
o
besitzt die Glaskugel eine durch einen eingeschliffenen Stöpsel verschließbare Oeffnung, um den Luftdruck im Inneren der Kugel mit jenem der äußeren Luft übereinstimmen machen zu können.
Zum Studium der Wärmeverhältnisse im Schließungsbogen einer Elektrici- tätsquelle muß man bei Anwendung des eben beschriebenen Luftthermometers den Rauminhalt der Kugel genau kennen. Beim Gebrauche wird die Glasröhre mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche die Communication der Luft in der Kugel mit jener außerhalb absperrt. Bei der Füllung der Röhre mit Flüssigkeit läßt man die Oeffnung bei
o
offen, damit in der Glaskugel kein von dem äußeren Luft- drucke verschiedener Luftdruck entsteht. Während des Experimentes ist jedoch auch diese Oeffnung geschlossen, so daß die Luft in der Kugel nach allen Seiten hin vollkommen abgesperrt ist. Führt man nun durch die Platinspirale den Entladungsschlag einer Batterie, indem man das elektrische Thermometer unter Vermittlung der Draht- klemmen
D D
1
in den Schließungsbogen einschaltet, so wird die Platinspirale erhitzt. Diese giebt dann Wärme an die in der Kugel eingeschlossene Luft ab, welche in Folge der Erwärmung ihr Volumen vergrößern muß. Die Vergrößerung des Volumens ist dadurch möglich, daß die Flüssigkeit in der Glasröhre zurück- gedrängt, d. h. nach
g
gedrückt wird.
Die Sperrflüssigkeit weicht desto mehr gegen das Gefäß zurück, je mehr sich die Luft in der Kugel ausdehnt oder, mit anderen Worten, je mehr Wärme die Platinspirale an die Luft abgiebt. Wir sind daher im Stande, durch die Depression der Sperrflüssigkeit die Wärmewirkungen elektrischer Entladungen einer Batterie zu untersuchen. Nachstehende Tabelle (aus Wüllner’s „Exp. Phys.“), welche die Versuchsresultate einer Reihe von Rieß durchgeführter Experimente enthält, giebt zunächst Aufschluß über den Zusammenhang zwischen der Menge
q
der ent- ladenen Elektricität, sowie auch der Größe der Batterie (Flaschenzahl
s
) und der hierdurch bewirkten Erwärmung im Luftthermometer, ausgedrückt durch die Depres- sionen δ der Sperrflüssigkeit.
Diese Tabelle lehrt uns, wenn wir die in den einzelnen Verticalreihen befindlichen Zahlen betrachten, daß die Erwärmung des Platindrahtes zunimmt, wenn, natürlich unter sonst gleichen Umständen, die Mengen der Elektricität wachsen; hierbei erfolgt die Zunahme der Wärmemenge proportional dem Quadrate der Elektricitätsmenge, denn vergleichen wir z. B. bei Anwendung von zwei Flaschen die für die Depressionen und die Elektricitätsmengen erhaltenen Zahlen, so bekommen wir für die Elektricitätsmengen 2 und 6 die Proportion:
2
2
: 6
2
soll gleich sein 1·8 : 15·8
oder 4 : 36 soll gleich sein 1·8 : 15·8
d. h. 4 mal 15·8 soll gleich sein 36 mal 1·8
oder 63·2 annähernd gleich 64·8.
Daß die Producte je zweier Glieder dieser Proportion nicht vollkommen gleich sind, liegt natürlich in den nie auszuschließenden Beobachtungsfehlern. Die Uebereinstimmung beider Werthe ist aber hinlänglich genau, um das oben aus- gesprochene Gesetz der Wärmewirkung als giltig ansehen zu dürfen, da bei einer sehr großen Anzahl von Versuchen sich stets so nahe übereinstimmende Werthe ergeben haben.
Vergleichen wir nun die Zahlen untereinander, die in einer horizontalen Reihe stehen, so erkennen wir die Beziehungen, welche bei gleichbleibender Elektricitätsmenge zwischen der Wärme-Erzeugung und der Zahl der Flaschen bestehen. Man ersieht hieraus, daß bei Entladung derselben Elektricitätsmenge die Depressionen
d
der Flaschenzahl umgekehrt proportional werden, daß also die Wärmemenge desto geringer wird, je größer die Anzahl der Flaschen ist, oder mit anderen Worten, auf eine je größere Oberfläche eine und dieselbe Elektricitätsmenge vor ihrer Entladung ver- theilt war.
In ähnlicher Weise untersuchte Rieß auch den Einfluß von Veränderungen im Schließungsbogen auf die Wärme-Entwicklung in der Drahtspirale, indem er mit Hilfe des Henley’schen Ausladers feuchte Schnüre oder kürzere oder längere Metalldrähte in den Bogen einschaltete. Die Erwärmung der Spirale nahm ab, wenn feuchte Schnüre, Wassersäulen oder auch Metalldrähte von bedeutender Länge eingeschaltet wurden; sie nahm zu, wenn bei gleicher Länge der Metalldrähte ihr Durchmesser zunahm. Ferner zeigte sich die Erwärmung unter sonst gleichen Umständen auch verschieden je nach der verschiedenen Natur der eingeschalteten Drähte. Rieß beobachtete auch, daß die Dauer der Entladung zunimmt mit der Abnahme der Leitungsfähigkeit eines Drahtes, und daß das Erwärmungsvermögen des letzteren der verzögernden Kraft des Metalles direct proportional sei. Vorssel- mann de Heer sprach dann den Satz aus, daß die Entladung einer mit derselben Elektricität geladenen Batterie in jedem Schließungsbogen dieselbe Gesammtwärme- menge erzeuge. Mit der Veränderung des Schließungsbogens wird nur die Vertheilung der an den einzelnen Partien des Bogens erzeugten Wärmemengen geändert, die Summe aller bleibt aber stets constant. Dieses Verhalten zeigt, daß das Princip der Erhaltung der Kraft auch für die Elektricität Geltung besitzt: eine bestimmte Arbeitsmenge in der Form elektrischer Spannung giebt bei Um- wandlung in eine andere Form, nämlich in Wärme, immer dieselbe Wärmemenge, nie mehr und nie weniger.
In inniger Beziehung zu den Wärmewirkungen stehen die
Lichtwirkungen,
welche durch elektrische Entladungen hervorgerufen werden. Es ist wohl Jedermann bekannt, daß diese dazu benützt werden können, die mannigfachsten und prächtigsten Lichteffecte hervorzurufen. Die Lichteffecte sind sehr mannigfacher Art und ändern sich mit Veränderung der Umstände, unter welchen die Entladung stattfindet. Sie sind sehr schwach, wenn die Entladung eines Conductors nur durch Ausströmen in Folge hoher Dichtigkeit der Elektricität stattfindet, sie sind brillant und blendend, wenn große Mengen von Elektricität sich rasch ausgleichen, d. h. wenn die Ent- ladung durch Funkenüberschlagen vor sich geht, sie sind farbenprächtig, wenn die Entladung in verdünnten Gasen verschiedener Natur erfolgt.
Wir wollen nun diese verschiedenartigen Lichterscheinungen in einigen Bei- spielen näher kennen lernen. Führen wir zunächst dem positiven Conductor einer Elektrisirmaschine durch Drehen der Scheibe fort und fort Elektricität zu, so wird diese nach einiger Zeit auf dem Conductor eine solche Dichtigkeit erlangen, daß sie auszuströmen beginnt. Dieses Ausströmen bringt eine Lichterscheinung mit sich, die dadurch gesteigert werden kann, daß man auf den Conductor eine Spitze aufsetzt. Von dieser geht dann ein bläulicher Lichtkegel aus, dessen Spitze an der auf dem Conductor aufgesetzten Spitze sich befindet. Das kegelförmige Ausbreiten
Fig. 71.
Ausströmen von Elektricität.
Fig. 72.
Positiv elektrisches Lichtbüschel.
der von der Spitze ausgehenden Strahlen findet darin seine Erklärung, daß sich die einzelnen Strahlen, als gleichnamig elektrisch, voneinander abstoßen. Das Strahlenbüschel, welches beiläufig die in Fig. 71 angedeutete Form besitzt, ist jedoch so lichtschwach, daß es nur im verdunkelten Raume wahrgenommen werden kann. Die Farbe des Büschels ändert sich, wenn es in verschiedenen Gasen erzeugt wird. Die Farben treten namentlich schön und deutlich bei Entladungen im gas- verdünnten Raume auf und sollen daher auch bei Besprechung dieser angegeben werden.
Bei Anwendung sehr kräftiger Elektrisirmaschinen gewinnt das Büschel das Ansehen einer Fächerpalme, wie dies Fig. 72 (nach einer Abbildung in Cazin’s
„L’étincelle électrique“
) darstellt.
Die Lichterscheinungen erfahren eine Aenderung, wenn man dem Conductor einen Leiter nähert. Wird derselbe nur so weit genähert, daß noch keine Funken- entladung eintreten kann, so sicht man vom positiven Conductor ein Lichtbüschel aus- gehen, dessen Strahlen zunächst auseinanderweichen, dann sich aber wieder einander nähern; auf dem gegenüber befindlichen Leiter, welcher durch Influenz gleichfalls elektrisch werden muß, strömt die negative Elektricität in der Richtung gegen den Conductor aus. Diese Ausströmung negativer Elektricität zeigt sich aber von dem Aussehen des positiven Büschels verschieden. Man sieht nämlich an der Aus- strömungsstelle kein strahlenförmiges Lichtbüschel, sondern nur einen Lichtschein, eine Lichtwolke, die auf dem Leiter aufsitzt und keine einzelnen Strahlen erkennen läßt. Dieser Lichtschein ist auch in der Regel anders gefärbt, als das Lichtbüschel. Man nennt diese Form des elektrischen Lichtes das
Glimmlicht
im Gegensatze zu dem
Büschel- lichte
, welches die positive Elektricität bewirkt. Wir werden die Unterschiede dieser beiden später noch genauer kennen lernen. Eine Versinnlichung der ganzen Er- scheinung ist in Fig. 73 versucht.
Die Lichterscheinungen, hervor- gerufen durch elektrische Entladungen, werden auch im Tageslichte sichtbar, wenn die Entladungen unter Funken- überschlagen vor sich gehen. Auch hier zeigen sich Verschiedenheiten, je nach der Art, in welcher der Funke hervor- gerufen wird. Er wird länger oder kürzer, je nachdem die Dichtigkeit der Elektricität größer oder geringer ist. Die Intensität des Funkens ist mit der durch denselben Entladungsstrom an derselben Stelle entwickelten Wärme auf das innigste verknüpft.
Masson
fand durch messende Versuche, daß diese Lichtstärke der er- regten Wärmemenge proportional ist. Dieses Verhalten giebt einen Finger- zeig, daß die Lichterscheinung nicht eine directe Wirkung der Elektricität, sondern nur eine secundäre, eine durch die gleichzeitig auftretende Temperatur- erhöhung hervorgerufene Wirkung ist.
Fig. 73.
Glimm- und Büschellicht.
Fig. 74.
Brillantröhre.
Die Betrachtung der Farben des elektrischen Funkens wird uns diese Erklärung ebenfalls bestätigen.
Ueberspringt ein kräftiger Funke nur einen kleinen Zwischenraum, so erscheint er in seiner ganzen Länge gleich hell und bewegt sich während seines Ueber- springens in einer geraden Linie. Man kann auch in einem Schließungsbogen mehrere Unterbrechungsstellen anordnen, welche dann der Funke gleichzeitig über- springt, so lange die Summe aller Unterbrechungsstellen keine größere Unterbrechung des Schließungsbogens darstellt, als der Funke zu überschlagen überhaupt im Stande ist. Eine entsprechende Anordnung dieser Unterbrechungsstellen gestattet natürlich auch, Schriftzüge, Figuren ꝛc. zusammenzusetzen. In einfacher Weise können diese mehrfachen Funken durch die sogenannte
Brillantsäule
gezeigt werden (Fig. 74). Sie besteht aus einer Glasröhre, die an ihrem Umfange mit einem Stanniol- streifen spiralförmig umklebt ist. An beiden Enden der Röhre steht dieser Stanniol- streifen mit Metallfassungen in leitender Verbindung, deren eine mit der Elektricitäts- quelle, die andere mit der Erde in leitende Verbindung gesetzt ist. Der Stanniol- streifen selbst ist an vielen Stellen durchschnitten, so daß sich die ganze Stanniolspirale
Fig. 75.
Elektrischer Funke.
eigentlich aus lauter Leiterstückchen zusammensetzt. An jeder Unterbrechungsstelle muß dann, sobald eine Entladung bewirkt wird, ein Funke auftreten. Anstatt auf einer Röhre kann ein solcher häufig unterbrochener Leiter selbstverständlich auch auf einer Tafel angebracht werden und dann erhält man die so- genannte Brillant- oder
Blitztafel
.
Das gleichförmige Leuchten des ganzen Funkens und das Ueberspringen desselben in einer geraden Linie hört jedoch sofort auf, wenn die Unterbrechungsstrecke des Schließungs- bogens eine größere wird. Dann ist der durchlaufene Weg nicht mehr geradlinig, sondern zickzackförmig, ähnlich dem des Blitzstrahles, und bei sehr kräftigen Entladungen auf große Schlagweiten gewinnt der Funke die in Fig. 75 ab- gebildete Form. Er ist dann mannigfach gekrümmt und zeigt an seinen Ecken häufig Verästelungen. Die Zickzackform des Funkens will man in der Weise erklären, daß derselbe die Luft vor sich her verdichte, daher dann seitwärts in weniger dichte Luft ausweiche, in dieser Richtung verharre, bis die Verdichtung abermals eine gewisse Größe erreicht hat, dann neuerdings die Richtung verlasse u. s. w. Die Figur läßt auch erkennen, daß die Leuchtkraft des Funkens durchaus nicht an allen Stellen dieselbe ist, indem derselbe nahe am positiven Conductor in Folge der bedeutend größeren Helligkeit erheb- lich breiter erscheint als in seinem weiteren Verlaufe gegen den negativen Conductor hin. Ja, kurz vor diesem selbst ist sogar gewöhnlich ein dunkler Zwischenraum bemerkbar.
Auch die Farbe des Funkens ist dann in jenem Theile, welcher zwischen dem positiven Conductor und der dunklen Stelle liegt, verschieden von jenem Theile, welcher auf dem negativen Conductor aufruht. Die Farben beider ändern sich mit der Natur des Gases, durch welches der Funke überschlägt, und mit der Wahl des Metalles an der Unterbrechungs- stelle des Schließungsbogens. Der elektrische Funke, welcher zwischen Metallen überspringt, ist in Bezug auf seine Farbe mit Hilfe des Spectralapparates untersucht worden und dabei hat sich herausgestellt, daß die Farbe des Funkens nur von der Natur des angewandten Metalles und der des Gases, durch welches sich der Funke Bahn bricht, ab- hängt. Wir werden später noch Gelegenheit haben, auf dieses Verhalten aus- führlicher zurückzukommen. An dieser Stelle soll blos darauf hingewiesen werden, daß diese Beobachtungen die schon früher mitgetheilte Annahme, das Leuchten des elektrischen Funkens sei nur eine secundäre Wirkung der Elektricität, neuerdings bestätigen.
Das Licht ist also streng genommen kein elektrisches, sondern durch die in Folge der gleichzeitig auftretenden Wärme zum Glühen gebrachten Metall- und Gastheilchen hervorgebrachtes. Daß es wirklich Metalltheilchen sind, die durch die elektrische Entladung losgerissen und fortgeführt werden, während sie gleichzeitig durch die Erwärmung zum Glühen kommen, erkennt man auch daraus, daß Metalle, von welchen aus längere Zeit Funken übergesprungen sind, sich an ihrer
Ober
fläche rauh und aufgerissen zeigen; umgekehrt kann an dem Metalle, auf welches der Funke überschlägt, Auflagerung von Metalltheilchen beobachtet werden. Dieser Vorgang läßt sich sehr deutlich zeigen, wenn man den Funken zwischen zwei verschiedenen Metallen, z. B. zwischen Silber und Kupfer, überschlagen läßt; in diesem Falle kann man auf dem Kupfer nach einiger Zeit einen feinen Silber- niederschlag nachweisen.
Leitet man die elektrischen Entladungen in luftverdünnten Räumen ein, so gewinnen sie ein von dem eben betrachteten ganz verschiedenes Aussehen und gewähren durch die Mannigfaltigkeit ihrer Formen und die Schönheit der Farben häufig einen sehr hübschen, ja überraschenden Anblick. Das Aussehen, welches diese Lichterscheinungen zeigen, ist von vielerlei Umständen abhängig. Die Form des Gefäßes, in welchem das verdünnte Gas eingeschlossen ist, die Form und gegen- seitige Lage jener Drahtenden (Elektroden), von welchen die Entladungen ausgehen, der Grad der Verdünnung, die chemische Beschaffenheit des Gases, der Widerstand im Schließungsbogen u. s. w., jeder Umstand für sich und alle zusammen bewirken die mannigfachsten Veränderungen. Es würde umsomehr zu weit führen, hier alle diese Erscheinungen zu besprechen, als wir uns mit denselben ohnehin noch später (bei Schilderung der durch die Inductionsströme hervorgerufenen Erscheinungen) damit zu befassen haben. Es wird daher hier eine kurze Angabe genügen.
Um die Entladungserscheinungen in verschiedenen Gasen und bei verschiedener Verdünnung zu zeigen, benützt man das sogenannte
elektrische
Ei, Fig. 76. Dasselbe besteht aus einem Glasballon, welcher oben und unten mit Messing- fassungen versehen ist. Die obere Fassung trägt eine Stopfbüchse, d. h. eine mit eingefetteten Lederscheiben gefüllte Büchse, durch deren Mitte die eine Elektrode gesteckt ist. Die Stopfbüchse hat den Zweck, die Elektrode verschiebbar in das Glasgesäß einführen zu können, ohne daß hierdurch der luftdichte Verschluß leidet. Die einzelnen Lederscheiben werden nämlich durch einen Schraubenkopf fest aneinander gepreßt und legen sich dadurch dicht an die Elektrode an. Letztere besteht aus einem Messingstabe, welcher an seinem oberen Ende mit einer Drahtklemme zur Aufnahme des Zuleitungsdrahtes versehen ist und an seinem unteren Ende eine kleine Messing- kugel trägt.
An die untere Metallfassung des elektrischen Eies ist die zweite Elektrode, gewöhnlich unverstellbar, befestigt. Nach unten zu schließt sich an diese Fassung zunächst ein Hahn, welcher durch entsprechende Drehungen gestattet, den Innenraum des Eies mit der äußeren Luft in Verbindung zu setzen oder von ihr abzusperren. Unterhalb des Hahnes ist ein hohler Metallfuß befestigt, welcher an seiner Unter- fläche vollkommen eben abgeschliffen ist. Mittelst dieses Fußes kann das Ei auf den Teller einer Luftpumpe gesetzt werden; man kann dann durch die durchbohrte Metallfassung, den geöffneten Hahn und den Fuß die Luft aus dem Ei aussaugen, andere Gase einströmen lassen und diese beliebig verdünnen.
Um an einem Beispiele den Verlauf der Erscheinungen kennen zu lernen, wollen wir annehmen, das Ei sei mit gewöhnlicher, trockener Luft gefüllt und
Urbanitzky
: Elektricität. 10
gleich bemerken, daß die Lichterscheinungen, welche in diesem Medium auftreten, sich nicht wesentlich von jenen unterscheiden, welche man bei Anwendung reinen Stickstoffes (Stickgas) beobachtet. Die beiden Elektroden sind so weit voneinander entfernt, daß in gewöhnlicher Luft kein Funkenüberschlagen eintreten kann. Hat nun die Verdünnung der Luft einen gewissen Grad erreicht, so sieht man von der positiven Elektrode aus feine, lebhaft züngelnde, rothe Lichtfäden ausgehen,
Fig. 76.
Elektrisches Ei.
die gegen die negative Elektrode gerichtet sind. Hierbei sind diese Lichtfäden häufig nicht in ihrer ganzen Länge gleich hell, sondern in regel- mäßigen, sehr kleinen Abständen von licht- schwächeren Stellen unterbrochen, so daß jeder einzelne Lichtfaden das Ansehen einer Reihe leuchtender Perlen gewährt. In dem Maße, als die Verdünnung fortschreitet, mehrt sich die Zahl dieser Fäden, dann werden diese selbst immer breiter, verschmelzen miteinander und bilden endlich einen röthlichen Lichtschwall, der zunächst der positiven Elektrode am hellsten leuchtet, gegen die negative Elektrode an Lichtstärke stetig ab- nimmt und in einer größeren oder geringeren Entfernung von dieser endet. Auch dieses posi- tive Lichtbüschel zeigt häufig abwechselnd helle und dunkle Schichten, die mit ihrer concaven (hohlen) Fläche gegen die positive Elektrode ge- kehrt sind, wie dies Fig. 76 erkennen läßt.
An der negativen Elektrode haben sich inzwischen die Erscheinungen in folgender Weise entwickelt: Während des Auftretens der leuch- tenden Fäden an der positiven Elektrode zeigt sich an der dieser zugewandten Seite der nega- tiven Elektrode ein schwacher bläulicher Licht- schein — ein Lichtscheibchen. Dieses gewinnt bei fortschreitender Verdünnung der Luft im Ei eine immer größer werdende Ausdehnung und über- zieht immer größer werdende Flächen der Elektrode mit einer blauen Lichthülle. Diese Lichthülle nimmt dann auch an Dicke zu und erscheint kornblumen- blau gefärbt. Sie ist am hellsten unmittelbar um die Elektrode herum und nimmt mit der Ent- fernung von ihr allmählich an Leuchtkraft ab. Dieses negative Glimmlicht zeigt gar nie Schichten, wie sie beim positiven Lichtbüschel sehr häufig zu beobachten sind, nämlich Schichten, deren Flächen auf der Axe des Lichtbüschels senkrecht stehen; wohl aber bemerkt man, namentlich bei starken Verdünnungen der Luft im Ei, daß das elektrische Glimmlicht häufig aus mehreren Lichthüllen sich zusammensetzt, die concentrisch die negative Elektrode umschließen und verschiedene Helligkeiten zeigen. In unserer Figur schließt sich eine hellleuchtende Hülle enge an die Elektrode an, hierauf folgt eine dunklere Hülle und auf diese wieder eine helle Hülle; die Helligkeit der letzteren nimmt nach außen zu allmählich ab. Zwischen dieser Hülle und dem positiven Lichtbüschel ist kein Licht zu sehen; es ist dies der sogenannte
dunkle Raum
.
Enthält das Ei andere Gase im verdünnten Zustande, so bekommen die Lichterscheinungen andere Farben. Bei Anwendung von Kohlensäure ist das positive Büschellicht grün oder blaugrün gefärbt, indeß das Glimmlicht, welches sich in diesem Gase besonders schön entwickelt, eine prachtvoll lavendelblaue Färbung annimmt. Wasserstoffgas wird im Büschellichte rosa, feurigroth, wenn es enge Röhren durchsetzen muß, im Glimmlichte röthlich. Bei Sauerstoff beobachtete der Verfasser in der Regel rauchgraues oder gelblichgraues, wolkenförmiges Büschel- licht bei Anwendung verhältnißmäßig weiter Röhren und gleichzeitig röthliches bis rosafarbenes Glimmlicht. Bei sehr raschem Uebergange von großen zu geringen Röhrendurchmessern, also trichterförmiger Gestaltung der Röhre wurde häufig auch prächtig smaragdgrünes Licht beobachtet. Noch mannigfaltiger werden die Licht- erscheinungen bei mehrfach zusammengesetzten Gasen.
Die
mechanischen Wirkungen
elektrischer Entladungen lassen sich zum Theile schon durch den Elektrophor oder die Reibungs-Elektrisirmaschine zeigen, treten aber bedeutend kräftiger auf, wenn man die Entladungsschläge von Batterien benützt. Zu den einfachsten dieser Erscheinungen gehören jene, welche auf der An- ziehung und Abstoßung der Elektricitäten beruhen. Hier haben wir zunächst des elektrischen Windes zu gedenken. Wieso dieser entsteht, wurde bereits früher gelegentlich der Spitzenwirkung erörtert. Dort wurde auch angegeben, daß durch den elektrischen Wind eine Kerzenflamme ausgeblasen werden könne, daß auch entsprechend geformte und befestigte Körper in Bewegung versetzt werden können (elektrisches Flugrad). Es wurde dort auch gesagt, daß die Bewegung des Flug- rades eine Folge der zwischen den Lufttheilchen und der Spitze thätigen Abstoßungs- kraft sei. Wir fügen dem noch bei, in welcher Art man sich von der Richtigkeit dieser Erklärung überzeugen kann. Man setzt das Flugrädchen unter die Glocke einer Luftpumpe und elektrisirt es, nachdem die Luft ausgepumpt ist. Das Flug- rädchen rotirt dann in der verdünnten Luft viel langsamer, weil jetzt bedeutend weniger Lufttheilchen vorhanden sind, daher auch weniger Lufttheilchen von den Spitzen abgestoßen werden können, was schließlich zur Folge hat, daß die Reactionswirkung eine schwächere werden muß.
Die elektrischen Anziehungs- und Abstoßungserscheinungen sind auch zu einer Reihe elektrischer Spielereien benützt worden. Hierher gehören der elektrische Schmetterling, das elektrische Glockenspiel, das elektrische Kugelspiel, der elektrische Hammer, die elektrischen Tänzer, Blumen, Papierbüschel, die unter dem Namen Ano-Katho neuerdings wieder mehrfach aufgetauchte elektrische Cassette u. s. w. Es ist wohl überflüssig, alle diese Spielereien zu erklären und dürfte daher die Vorführung einiger derselben genügen. Das elektrische Kugelspiel kann z. B. in der Weise gezeigt werden, daß man auf eine Metallplatte, welche zur Erde abgeleitet ist, eine größere Anzahl von kleinen Kork- oder Hollundermarkkugeln bringt und dann eine Glasglocke darüberstülpt, wie dies Fig. 77 zeigt. In die Glocke ragt ein Metallstab hinein, der an seinen beiden Enden mit Kugeln versehen ist. Theilt man dann der oberen Kugel Elektricität mit, so wird auch die Kugel innerhalb der Glasglocke elektrisch, zieht die Korkkugeln an, elektrisirt sie und stößt sie dann wieder ab. Hierauf fallen die elektrisirten Kugeln auf die zur Erde abgeleitete Metallplatte, geben dort ihre elektrische Ladung ab und können nun ueuerdings wieder von der Kugel des Zuleitungsstabes angezogen werden. Das
10*
Herumhüpfen der Korkkugeln dauert natürlich so lange an, als die Metallkugel hinlänglich stark geladen ist, um die Korkkugeln anzuziehen. Das Ano-Katho ist eine Cassette, deren Innenflächen mit Silberpapier oder Stanniol ausgekleidet sind und deren Deckel eine Glasplatte bildet. In der Cassette befinden sich beliebig geformte Figürchen aus Hollundermark. Reibt man nun die Glasplatte an ihrer Oberseite, so wird sie elektrisch und wirkt durch Influenz auf die Hollundermark- figürchen, die dann in gleicher Weise, wie im früher angeführten Beispiele die Korkkugeln, auf und ab hüpfen.
Die elektrischen Tänzer sind leichte Hollundermarkfigürchen, die man auf eine zur Erde abgeleitete Metallplatte stellt, während man über diese und parallel zu ihr eine Metallplatte hängt, welcher man Elektricität zuführt; die Figürchen springen dann zwischen beiden Platten lustig auf und nieder. Alle diese Spielereien
Fig. 77.
Elektrisches Kugelspiel.
sind, wie man leicht einsieht, successive Entladungen eines elektrisirten Körpers durch Berührung mit unelektrischen Körpern und hierdurch hervorgerufene Anziehungs- und Abstoßungserscheinungen.
Von größerem Interesse ist jedoch der elek- trische Springbrunnen. Nähert man einem kleinen Springbrunnen, wie solche gegenwärtig häufig als Zierde unserer Blumentische zu finden sind, einen elektrisirten Körper, etwa eine geriebene Glas- oder Siegellackstange, so wird das Aussehen des Spring- brunnens sofort geändert. Während sich früher der Wasserstrahl knapp oberhalb der Ausflußöffnung in Tropfen auflöste, bleibt er jetzt ungetheilt; auch fällt das Wasser nicht mehr in ganz zerstäubtem Zustande, sondern in größeren Tropfen wieder herab. Dieser Versuch wurde zuerst von
Fuchs
gemacht, dann aber mit mannigfachen Abände- rungen von Reitlinger und Anderen wiederholt; Herwig und Lippmann untersuchten den Einfluß der Elektrisirung auf das Ausfließen aus engen Röhrchen (Capillarröhren) überhaupt, und Zöllner versuchte, den Einfluß der Elektricität auf die Größe der Tropfen zu bestimmen. Nach Reitlinger soll die Einwirkung der Elektricität auf die Form des aus dem Springbrunnen fließenden Wassers darin bestehen, daß die Adhäsion zwischen Wasser und Mündung des Ausfluß- rohres aufgehoben wird, während die Cohäsion (Zusammenhang der Wassertheilchen untereinander) durch die Elektricität unbeeinflußt bleibt. Es muß hierzu bemerkt werden, daß durch anderweitige Versuche als Ursache der Auflösung eines feinen unelektrischen Wasserstrahles in Tropfen die Adhäsion erkannt wurde. Ob nun obige Erklärung die richtige ist oder nicht, interessant bleibt es immerhin, daß sich zwischen dem in Rede stehenden Experimente und gewissen Erscheinungen in der Natur gemeinschaftliche Beziehungen zeigen. Beim Springbrunnen werden nämlich durch Elektrisirung die Wassertröpfchen vergrößert, und hat nicht schon Jedermann beobachtet, daß vor Ausbruch eines Gewitters zumeist große, schwere Tropfen zur Erde fallen? Häufig tritt auch unmittelbar nach einem Blitzschlage eine bedeutende Verstärkung des Regens ein, der dann oft in förmlichen Strahlen zur Erde fließt. Der engere Zusammenhang zwischen der Größe der Regentropfen und dem elek- trischen Zustande der Atmosphäre ist zwar noch nicht erkannt, bildet aber gewiß ein interessantes Forschungsthema.
In der Geschichte der Elektricität wurde ein Versuch angegeben, welcher seiner- zeit als Stütze für die von Dufay aufgestellte Symmer’sche Theorie der Elektricität galt; wir meinen die Durchbohrung eines Kartenblattes durch den elektrischen Funken. Dort wurde gesagt, daß die Ränder der Oeffnung, welche durch den Funken gebildet wird, auf beiden Flächen des Kartenblattes oder der Pappescheibe aufgeworfen erscheinen; das Aufwerfen der Ränder auf beiden Flächen müsse in der Art erklärt werden, daß die elektrische Entladung ein Gegeneinanderströmen zweier elektrischer Ströme sei, was eben Dufay und Symmer behaupteten. Rieß machte jedoch darauf aufmerksam, daß die aus dem Experimente gezogene Folgerung eine unrichtige ist. Aus diesem Versuche folgt nur, daß die durch den Strom her- vorgerufene
mechanische
Wirkung sich nach allen Seiten hin gleichförmig fort- pflanzt und die Fasern des Kartenblattes daher dorthin ausweichen, wo sie nahezu keinen Widerstand finden, nämlich gegen die das Kartenblatt auf seinen beiden Flächen bedeckende Luft. Der Versuch kann aber keineswegs über den Strom selbst Aufschluß geben.
Ist der elektrische Entladungsschlag hinlänglich stark, so kann er auch mehr oder weniger dicke Glasplatten durchschlagen. Man kann sich hierzu des in Fig. 78 abgebildeten Apparates bedienen. In der Mitte eines cylindrischen Glasgefäßes ist eine verticale Metallspitze
a
befestigt, welche mit der Klemmschraube
k
in leitender Verbindung steht; der Spitze
a
gegen- über wird gleichfalls vertical an einem
Fig. 78.
Apparat zum Durchschlagen von Glasplatten.
Träger die Spitze
b
befestigt. Die zu durchbohrende Glasscheibe
S S
bringt man zwischen beide Spitzen, indem man sie auf den oberen Rand des Glascylinders legt. Zur Ausführung des Versuches verbindet man die Klemmschraube
k
und somit die untere Metallspitze mit der Erde und leitet den Entladungsschlag einer kräftigen Flasche oder Batterie durch die obere Spitze ein. Soll das Experiment gelingen, so muß die Glasplatte vorher warm gut abgerieben werden, damit sie keine leitende Oberflächenschicht besitzt. Sie darf auch nicht zu klein sein, da sonst der Funke um die Platte herum zwischen beiden Spitzen überschlägt. Um dies zu verhindern, thut man auch gut daran, auf die Durchschlagsstelle einen Tropfen Terpentinöl zu bringen. — Eine elektrische Entladung unter Auftreten eines Funkens kann auch in nicht leitenden Flüssigkeiten bewirkt werden. Sind hierbei die Gefäße, z. B. Röhren, welche die Flüssigkeit enthalten, vollkommen verschlossen, so werden die Wände durch die Gewalt des Entladungsschlages häufig zersprengt. In leitenden Flüssigkeiten kann natürlich kein Funke zu Stande kommen.
Bei hinlänglicher Stärke der elektrischen Entladungen bringen diese auch im ununterbrochenen Schließungsbogen mechanische Wirkungen hervor. Schaltet man nämlich in den Schließungsbogen einer kräftig geladenen Batterie dünne Metall- drähte ein, so werden diese durch den Entladungsschlag zunächst an verschiedenen Stellen eingeknickt; gleichzeitig beobachtet man an den Verbindungsstellen des dünnen Drahtes mit dem Schließungsbogen ein lebhaftes Funkensprühen. Vom Drahte selbst werden Theilchen losgerissen, die in Form einer grauen Dampf- wolke aufsteigen. Die Einknickungen des Drahtes werden zahlreicher und schärfer, je stärker der Entladungsschlag war, der durch den Draht gegangen ist.
Wird die Ladung der Batterie weiter vergrößert, so kommt der Draht durch die Entladung zum Roth- oder auch Weißglühen. Bei derselben Menge der durch- geleiteten Elektricität ist die Intensität des Glühens von der Dicke des Drahtes abhängig und steigt, wenn der Querschnitt abnimmt. Drähte aus verschiedenen Metallen verhalten sich auch verschieden. Die nächste Wirkung, welche bei weiterer Verstärkung der Batterieladung eintritt, ist die, daß der Draht in Stücke zerrissen wird und diese theilweise schmelzen. Die stärkste Wirkung endlich, welche durch einen Entladungsschlag erzielt werden kann, ist die Zerstäubung des Drahtes; diese tritt unter Entwicklung einer glänzenden Lichterscheinung ein und ist von einem starken Knalle begleitet.
Rieß hält dafür, daß auch beim Glühen der Drähte mechanische Wirkungen zur Geltung kommen; er glaubt, der Entladungsschlag bewirke eine Auflockerung des Drahtes und verändere dadurch das Leitungsvermögen so, daß durch diese mechanische Einwirkung der Draht viel eher zum Glühen gebracht wird, als der bloßen Temperaturerhöhung durch die elektrische Entladung entsprechen würde. Beim Glühen und Schmelzen machen sich übrigens noch secundäre Wirkungen geltend, sobald der Draht aus einem leicht oxydirbaren Metalle besteht. Bei einem Eisen- drahte wird z. B. durch die Entladung eine oberflächliche Verbrennung des Eisens eingeleitet. Diese erzeugt dann eine so hohe Temperatur, daß der Draht fortglüht oder sogar abschmilzt.
Zu den mechanischen Wirkungen der elektrischen Entladung ist ferner noch die Bildung der
Lichtenberg’schen Figuren
zu zählen. Man erhält solche am einfachsten in der Weise, daß man einer ebenen Harzplatte eine Metallspitze senk- recht gegenüberstellt und durch letztere eine Entladung auf die erstere übergehen läßt. Nachdem man die Spitze entfernt hat, wird hierauf die Platte mit einem feinen Pulver bestreut; dieses ordnet sich hierbei in ganz bestimmten Figuren an, so zwar, daß diese als eines der sichersten Erkennungsmittel der Art der Ent- ladung (ob positiv oder negativ) bilden. Als Bestreuungspulver verwendet man in der Regel das von Villarsy angegebene Gemenge, bestehend aus Mennige und Schwefel. Man streut dieses Gemenge in der Weise auf die elektrisirte Harzplatte, daß man es aus einer mit mehreren Lagen Mousselin verschlossenen Büchse aus- beutelt. Die Theilchen des Pulvers reiben sich an dem Mousselin und werden elektrisch; die Schwefeltheilchen negativ und die Mennigetheilchen positiv. Erstere werden daher von den positiv elektrisirten Theilen der Harzfläche, letztere von den negativen angezogen. Es werden also alle negativ elektrischen Stellen roth, alle positiven gelb erscheinen.
Wichtiger als dieser Farbenunterschied, welcher durch Veränderung der Be- stäubungsvorrichtung sogar umgekehrt werden kann, ist der Unterschied der Formen. Fig. 79 zeigt die charakteristische Form für eine positive Ladung der Harzplatte, stellt also eine positive Lichtenberg’sche Figur dar. Man ersieht aus dieser, daß die von der Metallspitze auf die Platte übergegangene Elektricität sich vom Fuß- punkte der Spitzen nach allen Richtungen hin strahlenförmig ausgebreitet hat, und daß die einzelnen Strahlen sich mannigfach verästeln. Betrachten wir hingegen die negative Figur (Fig. 80), so sehen wir eine kreisförmig begrenzte Fläche gleich- mäßig mit Pulver bestreut. Strahlen oder Verästelungen sind keine wahrnehmbar, die ganze negative Figur besteht vielmehr nur aus einer rothen Scheibe. Ertheilt man der Harzplatte eine
gemischte
Ladung, so zeigt sich auch nach der Bestreuung eine gemischte Figur, wie eine solche in Fig. 81 dargestellt ist. Bei dieser sehen wir innen eine (rothe) Scheibe, entsprechend der negativen Elektrisirung, umgeben von einem (gelben) Strahlenkranze, welcher durch die positive Entladung hervor- gerufen wurde. Eine derartige Figur kann am bequemsten mit Hilfe eines Ruhm- korff’schen Inductoriums (welches wir später noch kennen lernen werden) hervorgerufen werden.
Fig. 79.
Positive Lichtenberg’sche Figur.
Fig. 80.
Negative Lichtenberg’sche Figur.
Mit der Erklärung und der Erforschung der gesetzmäßigen Beziehungen der Lichtenberg’schen Figuren haben sich namentlich Bezold, Reitlinger, Rieß und Wächter beschäftigt. Wir folgen im Nachstehenden einer diesbezüglichen, von Reitlinger und Wächter in der Wiener Akademie der Wissenschaften veröffentlichten Abhandlung. Ersterer hatte schon vorher nachstehende Erklärung gegeben: Positiv elektrisirten Theilchen, welche sich von der Spitze entfernen, habe man einen Impuls in der Richtung ihrer Elektricitätsübertragung zuzuschreiben; indem sie in solcher Weise schief von der Spitze nach der Platte fahren, streifen sie vermöge Zerlegung ihrer Bewegung noch ein Stück an der Harzfläche, radial vom Fußpunkte der Spitze ausgehend, nach außen fort; diese Bahnen erzeugen positiv elektrisirte Striche auf dem Harze, welche, durch Bestäubung sichtbar gemacht, die gelbe Strahlenfigur bilden. Dagegen fehle den negativ elektrisirten Theilchen ein solcher Impuls und finde die Ausbreitung der negativen Elektricität unter der Spitze in solcher Gleich- förmigkeit rund um dieselbe statt, daß der Schnitt zwischen ihr und der Harzfläche eine Kreisscheibe bilde. Diese wird nachher durch Bestäubung als negative, rothe Kreisscheibe sichtbar. Demnach ist die verschiedene Bewegung der elektrisirten Theil- chen zwischen Spitze und Platte die Ursache für die Formverschiedenheit der beiderlei Figuren. Was nun schließlich die nähere Bezeichnung der dabei thätigen elektrisirten Theilchen selbst betrifft, so bot sich wohl am leichtesten die Annahme dar, den Luft- oder Gastheilchen die geschilderte Rolle zuzuschreiben.
Eine von Wächter in umfassender Weise durchgeführte experimentelle Unter- suchung führte in Bezug auf die Natur der elektrisirten Theilchen zu einer Ab- änderung und Ergänzung obiger Erklärung. Durch mannigfaltige Variirung des Materiales und der Gestalt jener Spitzen, von welchen aus die Elektricität auf die Platten geleitet wurde, gelang es nämlich, auch positive Figuren zu erhalten, die das Aussehen der negativen bekamen, also keine strahlenförmigen Verzweigungen zeigten. Dieser Fall trat aber nur dann ein, wenn das Materiale der Spitze aus einem schlechten Leiter bestand und dieser an seiner Oberfläche vollkommen staubfrei
Fig. 81.
Gemischte Lichtenberg’sche Figur.
war. Es gelang jedoch gar nie, eine negative strahlenförmige Figur zu be- kommen. Bestand die zur Verwendung kommende Spitze aus einem guten Leiter oder aus einem schlechten Leiter, der aber vor der Entladung bestäubt wurde, so zeigte die positive Figur immer die charakteristischen Strahlen. Daraus folgerten nun Reitlinger und Wächter, daß bei Erzeugung der positiven Strahlenfigur feste Theilchen die Träger der Elektricität bilden, indem sie von der Spitze weg gegen die Platte ge- schleudert werden und auf dieser sich noch eine größere oder kleinere Strecke weit fortbewegen, während sie gleich- zeitig ihre Elertricität an die Platte abgeben. Wenn ein Entladungsfunke zwischen Metallen überschlägt, so werden von diesen Metallen stets Theilchen abgerissen und fortgeschleudert; dies haben wir bereits früher erfahren. Diese Theilchen verursachen dann die Strahlen- figur. Wendet man hingegen einen Nichtleiter, also z. B. eine Spitze aus trockenem Holze an, so findet dieses Losreißen fester Theilchen nicht statt und man erhält auch die positive Figur in Gestalt einer strahlenlosen runden Scheibe; die Elek- trisirung der Platte erfolgt dann durch Vermittlung der Lufttheilchen, welche die Platte nach allen Richtungen hin vollkommen gleichmäßig elektrisiren. Ist jedoch die Oberfläche des schlechten Leiters mit Staub irgend welcher Art bedeckt, so wird dieser durch eine positive Entladung weggeschleudert und dann erhält die positive Figur auch trotz der Anwendung eines schlechten Leiters wieder ihr strahlenförmiges Aussehen.
Die Resultate der in Rede stehenden Arbeit wurden in nachstehenden Sätzen zusammengefaßt: Wo und wie immer negative Elektricität an die Harzfläche über- geht, hinterläßt sie Spuren kreisförmiger Ausbreitung, während die Uebertragung positiver Elektricität je nach den Umständen in radialen Strichen oder auch in kreisförmigen Scheiben und Ringen geschehen kann. Eine Umkehrung des Art- unterschiedes Lichtenberg’scher Figuren, mittelst deren negative Elektricität eine Strahlenfigur gäbe, ist bis zum kleinsten Strahle herab unmöglich. Die positive
Strahlenfigur
wird durch einzelne von der Elektrode losgerissene oder fort- geführte Staubpartikel erzeugt, die positive sowie auch die negative
Scheibenfigur
werden dagegen durch Gasentladungen hervorgebracht.
Zur Erzeugung der Lichtenberg’schen Figuren sind nicht Harzplatten aus- schließlich geeignet, sondern man kann dazu vielmehr auch Scheiben aus Glas, Ebonit, Wachs und dergleichen verwenden. Ebenso kann auch das Villarsy’sche Ge- menge durch andere Pulver ersetzt werden, wenn hierbei nur der Umstand im Auge behalten wird, daß der eine Theil des Pulvers durch die Reibung am Mousselin positiv, der andere aber negativ elektrisch werden muß.
Reitlinger fand, daß die Staubfiguren verschiedene Größen erhalten, wenn sie in verschiedenen Gasen erzeugt werden, und daß sie hierin mit dem von Faraday beobachteten Verhalten des elektrischen Büschels übereinstimmen. Werden die Figuren im luftverdünnten Raume erzeugt, so ändert sich deren Größe im umgekehrten Verhältnisse zum Luftdrucke, welcher in dem Raume herrscht. Dieses Gesetz wurde von Reitlinger durch annähernde Versuche gefunden und von Bezold durch exacte Messungen festgestellt.
Die Lichtenberg’schen Figuren wurden absichtlich ausführlicher besprochen, als es eigentlich dem Zwecke dieser Blätter entspricht, weil sie in die Gruppe jener Erscheinungen gehören, die man unter dem Namen der Artunterschiede zusammen- faßt. Die Verfolgung und das eingehende Studium dieser dürfte aber in theo- retischer Hinsicht noch große Wichtigkeit erlangen. Wir werden auch noch fernerhin wiederholt Gelegenheit haben, auf derlei Erscheinungen hinzuweisen.
Die elektrischen Entladungen sind auch im Stande,
physiologische Wir- kungen
auszuüben. Läßt man den elektrischen Funken auf die Hand oder über- haupt eine unbekleidete Körperstelle überspringen, so fühlt man eine Art stechenden Schmerzes. Ist der Funke kräftig, z. B. der einer Kleist’schen Flasche, welche man bei ihrer äußeren Belegung mit der einen Hand hält, während die andere Hand der mit der inneren Belegung in Verbindung stehenden Kugel genähert wird, so verspürt man je nach der Stärke der Ladung einen mehr oder minder heftigen Schlag. Zu heftige Schläge, die sich bis zur Brust fühlbar machen, können auch theilweise Lähmung bewirken. Den Entladungsschlag kann eine größere Anzahl von Personen gleichzeitig fühlen, wenn sie, sich bei den Händen haltend, eine Kette bilden, deren erstes Glied die Flasche in der Hand hält, während deren letztes Glied die freie Hand dem Knopfe der Flasche nähert. Der Entladungsschlag einer Flasche kann kleine Thiere, jener kräftiger Batterien auch große Thiere tödten. Innere Verletzung ist hierbei keine wahrzunehmen.
Leitet man die Entladung einer Batterie durch chemisch zusammengesetzte Flüssigkeiten, so werden diese in ihre Bestandtheile zerlegt; wir haben es also hier mit einer
chemischen Wirkung
der elektrischen Entladungen zu thun. Wir hatten schon einmal, nämlich bei Besprechung der Influenzmaschinen und ihrer Wirkungen, Gelegenheit, der chemischen Wirkung elektrischer Entladungen zu gedenken. An dieser Stelle wurde die Zesetzung des Wassers in seine beiden Bestandtheile, Wasser- stoff und Sauerstoff, erwähnt. Man kann die chemische Wirkung elektrischer Entladungen einfach dadurch zeigen, daß man die vom negativen und positiven Conductor ausgehenden Drähte bis auf ihre Enden wohl isolirt in eine Kupfer- vitriollösung tauchen läßt. Sind auch die durch eine Elektrisirmaschine hervorgerufenen chemischen Wirkungen sehr schwach, so zeigt sich doch nach länger fortgesetzter Thätigkeit der Maschine jenes Drahtende, welches mit dem negativen Conductor in Verbindung steht, mit Kupfer überzogen. Vertauscht man hierauf beide Drähte, so löst sich der vorhin gebildete Kupferniederschlag wieder auf. Aus diesen beiden Versuchen folgt, daß die Kupfervitriollösung durch die elektrischen Entladungen zersetzt und bei dieser Zersetzung das Kupfer an jenem Drahtende abgeschieden wird, welches mit dem negativen Conductor in Verbindung steht, die Säure hingegen an dem mit dem positiven Conductor in Verbindung gewesenen Drahtende.
Durch chemische Wirkung der elektrischen Entladungen in der Luft wird auch der gleichzeitig auftretende
elektrische Geruch
bewirkt. Der elektrische Funke wirkt nämlich auf den Sauerstoff der Luft in der Weise ein, daß er ihn in eine andere Modification, in welcher wir ihn als Ozon bezeichnen, überführt. Ferner werden auch immer kleine Mengen von Salpetersäure gebildet.
Die elektrische Pistole beruht zum Theile ebenfalls auf der chemischen Wirkung des elektrischen Funkens. Durch ihn werden nämlich explosible Gasgemenge entzündet und in gewisse Gasverbindungen übergeführt. Umgekehrt können aber auch gasförmige Verbindungen durch den elektrischen Funken wieder zerlegt werden.
Sämmtliche Wirkungen, die wir bis jetzt kennen gelernt haben, treten innerhalb des Schließungsbogens auf. Die elektrischen Entladungen rufen aber auch außerhalb desselben Erscheinungen hervor. Als solche kennen wir die
elektrischen
und
magnetischen Wirkungen
.
Die magnetischen Wirkungen elektrischer Entladungen zeigen sich in zweierlei Art. Eine freibewegliche Magnetnadel wird, in die Nähe eines Schließungsbogens gebracht, aus ihrer Richtung abgelenkt, sobald eine Entladung stattfindet. Führt man elektrische Entladungen durch eine Drahtspirale, in deren Innerem sich eine Stahlnadel befindet, so wird letztere dauernd magnetisch.
Die elektrischen Wirkungen der Entladungen erklären sich aus der Influenz- wirkung. Man kann sie etwa in der Weise zeigen, daß man in der Richtung senkrecht auf den Schließungsbogen zwei Leiter nahe aneinanderstellt und den von dem Schließungsbogen weiter abstehenden Leiter mit der Erde in Verbindung setzt. Bevor nun im Schließungsbogen der Ausgleich der beiden Elektricitäten erfolgt, wirken diese influenzirend auf die beiden Leiter. Die Influenzelektricitäten erster und zweiter Art werden voneinander getrennt und bleiben getrennt, bis im Schließungs- bogen die Entladung eintritt. Dann hört die Wirkung der trennenden Kraft auf und die beiden Influenzelektricitäten vereinigen sich wieder; es findet also auch zwischen den beiden Leitern eine elektrische Entladung statt. Man nennt diese Erscheinung den
Rückschlag
und dieser ist auch die Ursache der Zuckungen eines Froschschenkels, welcher während des Funkenüberspringens sich in der Nähe einer Elektrisirmaschine befindet. (Vergl. S. 24.) Derselben Ursache ist es ferner zuzuschreiben, daß Personen, die sich nahe bei einem Schließungsbogen befinden, durch welchen kräftige Ent- ladungen erfolgen, einen schwachen Schlag empfinden, auch wenn sie mit dem Bogen in gar keiner Berührung stehen. Die beiden Influenzelektricitäten werden eben bevor der Entladungsschlag erfolgt, im menschlichen Körper voneinander getrennt und vereinigen sich wieder, sobald die Entladung erfolgt ist.
In Obigem sind die Wirkungen elektrischer Entladungen keineswegs erschöpfend behandelt; doch da ein großer Theil derselben bei Anwendung des galvanischen Stromes in viel höherem Maße zur Geltung kommt, so sollen sie auch dort ein- gehender gewürdigt werden. Hier hatten wir daher hauptsächlich nur jene Wirkungen in’s Auge zu fassen, die durch die plötzliche Ausgleichung kräftiger Ladungen hervor- gerufen werden.
2. Atmosphärische Elektricität.
Elektricität der Luft.
Die oberen Schichten der Luft zeigen sich stets, bald mehr, bald weniger, elektrisch. Wodurch ihr elektrischer Zustand hervorgerufen wird, ist gegenwärtig noch nicht bekannt. Man glaubte früher, der Verdunstungs- und Vegetationsproceß errege Elektricität. Rieß und Reich konnten jedoch bei diesbezüglichen Versuchen das Auftreten elektrischer Zustände nicht nachweisen. Man neigt sich daher gegen- wärtig mehr der Ansicht zu, daß die Condensation der Wasserdämpfe Elektricität errege, und stützt diese Ansicht darauf, daß bei Nebel größere Elektricitätsmengen nachweisbar sind, als bei klarem Himmel, und auf das Entstehen des Blitzes bei bewölktem Firmamente. Experimentelle Beweise für diese Ansicht wurden jedoch keine beigebracht. Lamont hält hingegen die atmosphärische Elektricität nur für eine Folge der Elektricität der Erde.
Die atmosphärische Elektricität ist bei heiterem Himmel gewöhnlich positiv und gleichzeitig die der Erde negativ. In ihrer Stärke zeigt sie tägliche und jährliche Schwankungen. Ihre Stärke wächst von Sonnenaufgang an einige Stunden, nimmt dann ab, beginnt einige Stunden nach Mittag neuerdings zu wachsen und nimmt etwa zwei Stunden nach Sonnenuntergang abermals ab; es treten also täglich zwei Maxima und zwei Minima ein. Die jährlichen Schwankungen vollziehen sich in der Art, daß die Stärke im Januar ihr Maximum erreicht, von da an bis zum Mai abnimmt, wo sie also ihr Minimum erreicht, und dann abermals bis zum Januar wächst. Nahe der Erde besitzt die Luft keine nachweis- bare elektrische Ladung; diese tritt erst oberhalb auf und nimmt dann mit der Entfernung von der Erde zu. Die Luft zeigt sich, wie bereits erwähnt wurde, stärker, und zwar positiv elektrisch bei nebeligem Wetter als bei reiner Luft, wird jedoch bald positiv, bald negativ, sobald Niederschläge eintreten. Zur Untersuchung der Luftelektricität kommen hauptsächlich zweierlei Methoden in Verwendung. Nach der ersten Methode stellt man in hinreichender, freier Höhe eine isolirte Spitze auf, welche mit einem empfindlichen Elektrometer in Verbindung gesetzt wird. Hierbei bekommt das Elektrometer eine elektrische Ladung, welche gleichnamig mit jener der Luftelektricität ist (siehe Spitzenwirkung). Nach der zweiten Methode wird am oberen Ende der Zuleitstange eine Kugel angebracht. Zum Zwecke der Beobachtung setzt man dann diese für kurze Zeit mit der Erde in leitende Ver- bindung.
Die Luftelektricität wirkt influenzirend, indem sie die Influenzelektricität erster Art in die Kugel zieht, während die Influenzelektricität zweiter Art zur Erde abfließt. Hebt man dann die Verbindung zwischen Erde und Kugel auf, so verbreitet sich die Influenzelektricität erster Art über den ganzen Leiter, gelangt also auch in das Elektrometer und dieses wird daher mit entgegengesetzter Elektricität (Influenzelektricität erster Art) geladen erscheinen.
Das Gewitter.
Das Gewitter ist der Ausgleich hoher elektrischer Spannungen in der Luft, beziehungsweise in den Wolken, wobei der elektrische Funke als Blitz, der Schall als Donner auftritt. In welcher Art die Identität des Blitzes mit dem elektrischen Funken nachgewiesen wurde, braucht hier nicht mehr erörtert zu werden, da hierüber bereits in der Geschichte der Elektricität berichtet wurde. Es mag nur noch erwähnt werden, daß sich der Blitz stets die besten Leiter aussucht, daß er brennbare Körper entzündet, Metalle zum Schmelzen bringt oder auch zerstäubt, lebende Wesen tödtet, Eisen magnetisch machen und Magnete zerstören kann, Ozongeruch ver- breitet — kurz in seinem ganzen Verhalten von jenem elektrischer Entladungs- schläge nicht abweicht.
Man unterscheidet verschiedene Formen der Blitze, nämlich Zickzack-, Flächen-, Kugel- und Schlangenblitze. Am häufigsten sind die Flächenblitze zu beobachten. Nach Kundt verhält sich die Zahl der Flächenblitze zu jener der Zickzackblitze wie 11 zu 6. Die Flächenblitze sind büschelförmige elektrische Entladungen von Wolke zu Wolke. Auch der Zickzackblitz kann von Wolke zu Wolke überschlagen. Es ist hierbei nicht nothwendig, daß die eine Wolke positiv, die andere negativ elektrisch sein muß. Die Elektricität einer Wolke kann auch auf eine unelektrische Wolke übergehen, gleichwie man aus einem elektrisirten Körper durch Annäherung eines nicht elektrischen Leiters Funken ziehen kann. Natürlich kommt hierbei die Influenz- wirkung in der Weise zur Geltung, wie dies früher dargestellt wurde. Auch die Zickzackform des Blitzes wird in der Weise erklärt, wie jene des Funkens bei Entladung kräftiger Batterien durch größere Luftstrecken. Der Blitz verdichtet vor sich her die Luft und weicht dann dieser verdichteten und daher schlechter leitenden Schicht aus.
Wenn der Blitz vom Himmel zur Erde niederzuckt, so sagt man, es hat
eingeschlagen
. Der Blitzstrahl hat hierbei oft eine Länge von mehr als 1000 Meter. Ob wir in diesem Falle nur in Folge der Lichtnachwirkung im Auge die ganze Bahn der Entladung leuchtend sehen und daher der Blitz nur ein Funke in den aufeinanderfolgenden Stellen der Bahn ist, oder ob die Linien- form dem Blitze eigenthümlich sei, darüber ist die Entscheidung noch ausständig. Der Zickzackblitz verbreitet ein weißes, grelles Licht und giebt im Spectralapparate dasselbe Spectrum wie der elektrische Funke. Die Flächenblitze sind hingegen etwas röthlich gefärbt. Wenn der Blitz gegen die Erde gerichtet ist, so fährt er gewöhnlich auf die höchsten Gegenstände, wie Thürme, Bäume und dergleichen los und verfolgt dann jenen Weg zur Erde, der ihm am wenigsten Widerstände darbietet. Sind die Gegenstände, die er auf seiner Bahn antrifft, Nichtleiter, so werden sie häufig zerrissen oder zertrümmert; sind es hingegen Leiter, so werden sie, je nach der Stärke des Schlages, mehr oder weniger glühend oder auch abgeschmolzen. Muß der Blitz auf seinem Wege zur Erde trockenen Sand passiren, so schmilzt er diesen zusammen und bildet die sogenannten
Blitzröhren
. Dem Einschlagen des Blitzes folgt gewöhnlich ein rascher, kräftiger Donnerschlag nach, der dann prasselnd endet. Bei Flächenblitzen hört man meist ein mehr oder minder starkes, grollendes Donnern. Menschen und Thiere werden durch den Blitz betäubt oder auch getödtet. Die Betäubung besteht in einer momentan eintretenden Bewußtlosigkeit in der Art, daß der Wiedererwachte keine Rechenschaft darüber zu geben im Stande ist, was mit ihm vorgegangen. Der Tod in Folge eines Blitzes tritt ebenfalls augenblicklich ein; in dieser Weise Getödtete findet man in derselben Stellung, die sie im Momente des Schlages eingenommen hatten, und mit geöffneten Augen. An dem Körper zeigen sich keine inneren Verletzungen, aber auf der Haut finden sich häufig Spuren des Weges, welchen der Blitzstrahl genommen hat. Es sind dies blutunterlaufene Stellen, die mitunter Verästelungen zeigen, ähnlich jenen der positiven Lichtenberg- schen Figur. Nach Boudin werden in Frankreich alljährlich beiläufig 100 Personen durch den Blitz getödtet.
Es ereignet sich auch, daß Menschen oder Thiere während eines Blitzschlages, ohne von diesem getroffen zu sein, doch eine Erschütterung verspüren, ja sogar getödtet werden. Es ist dies die Wirkung des
Rückschlages
, welche durch den Blitz ebenso hervorgerufen werden kann, wie durch die Entladungen einer elektrischen Batterie.
Zu den seltenen Erscheinungen gehören die Schlangen- und die Kugelblitze; durch einen Blitz letzterer Art wurde bekanntlich Richmann erschlagen. Es sind dies Feuerkugeln, die bis zu 10 Secunden sichtbar bleiben und dann mit heftigem Knalle zerplatzen. Eine blitzartige Entladung ohne Donner ist das
Wetter- leuchten
. Diese Erscheinung kann durch zweierlei Ursachen hervorgerufen sein: entweder ist sie nur der Widerschein eines weit entfernten Gewitters und kann daher auch bei wolkenlosem Himmel wahrgenommen werden, oder es ist das ruhige, büschelartige Ausströmen von Elektricität aus Wolken.
Auch das
Elmsfeuer
(Hermesfeuer, auch Kastor und Pollux genannt) ist ebenfalls eine elektrische Lichterscheinung. Es besteht aus kleinen, büschelförmigen Flämmchen, die sich bei stark elektrischem Zustande der Luft namentlich an spitzigen oder kantigen Körpern aufsetzen. Gleichzeitig vernimmt man hierbei manchmal ein Geräusch, wie solches das Ausströmen der Elektricität aus Spitzen hervorbringt.
Der Blitz ist gewöhnlich vom Donner begleitet; dieser verdankt sein Ent- stehen dem gewaltsamen Zurückschleudern der Luft durch den Blitzstrahl. Die längere Dauer des Donners schreibt man verschiedenen Ursachen zu. Wie bereits erwähnt, legt der Blitz oft einen Weg von mehr als 1000 Meter Länge zurück. In Folge der Geschwindigkeit des elektrischen Funkens und der Fortpflanzung des Lichtes sehen wir den ganzen Weg gleichzeitig beleuchtet. Der Blitz wirft hierbei auf allen Stellen seines Weges die Luft zurück und erregt daher überall Schallerscheinungen; diese pflanzen sich aber bedeutend langsamer fort als das Licht, und daher gelangen die von den einzelnen Punkten der Blitzbahn ausgehenden Schallwellen auch erst nacheinander in unser Ohr, müssen also eine länger andauernde Schallwirkung hervorrufen. Die auf dieser Grundlage berechnete Schalldauer ist jedoch für die Dauer des Donners in der Regel nicht ausreichend. Man nimmt daher an, daß länger andauernde Donner durch Reflexionen der Schallwellen an Wolken, Fels- wänden u. dergl. zu Stande kommen. Es kann aber auch sein, daß das Zurück- werfen der Luftmassen allein zur Erklärung des andauernden Donners ausreicht. Die Luftmassen, welche durch den Blitz weggeschleudert werden und dann wieder zurückkehren, können nämlich nicht sofort zur Ruhe kommen, sondern werden viel- mehr über die Stelle des Zusammenschlagens hinausgehen, wieder auseinander- weichen und abermals zusammenschlagen, bis sie endlich nach mehrmaligem Hin- und Herschwingen zur Ruhe kommen. Es ist daher wohl möglich, daß die Dauer des Donners nur auf diesem Verhalten beruht.
Befindet sich der Beobachter von allen Stellen der Blitzbahn ziemlich gleich weit entfernt, so tritt der Donner als einfacher, scharfer Knall auf. Die Zeit, welche zwischen Blitz und Donner verfließt, kann zur Schätzung der Entfernung eines Gewitters benützt werden. Das Licht pflanzt sich bei den Entfernungen, welche hier in Betracht kommen, fast augenblicklich fort, während der Schall in einer Secunde nur 333 Meter zurücklegt. Das Gewitter ist daher so oftmal 333 Meter weit entfernt, als Secunden verstreichen zwischen der Wahrnehmung des Blitzes und jener des Donners. Die Fortpflanzung des Schalles findet aber auch in der Luft ein Hinderniß, da diese den Schall viel schlechter leitet, als wie dies feste Leiter vermögen. Ist deshalb der Blitz über drei Meilen von uns entfernt, so nehmen wir diesen allerdings noch wahr, aber ohne den Donner zu hören; es ist ein Blitz ohne Donner.
In welcher Weise die großen Mengen Elektricität erregt werden, welche bei Gewittern zur Geltung kommen, ist noch nicht genügend aufgeklärt. Man könnte annehmen, daß die in der Atmosphäre vorhandene Elektricität durch die Wolken, als gute Leiter, aufgenommen und gesammelt wird; dann müßte aber der elektrische Zustand der Luft vor einem Gewitter zunehmen, wofür keine ausreichenden Beob- achtungen vorliegen. Nimmt man jedoch an, daß die elektrischen Spannungen in der Wolke selbst, etwa durch plötzliche Condensation, hervorgerufen werden, so ist hiermit die Thatsache nicht in Uebereinstimmung zu bringen, daß die Gewitter sich nicht gar zu selten in entgegengesetzter Richtung fortbewegen wie die Wolken. Gewitter legen oft mehrere Hunderte von Meilen zurück, treten auf ihrem Wege in ganz verschiedener Stärke auf und kehren auch zuweilen zurück. Es ist daher wohl anzunehmen, daß der elektrische Zustand seinen Sitz nicht in den Wolken hat, sondern sich vielmehr von Wolke zu Wolke fortpflanzt.
Was die Häufigkeit der Gewitter anbelangt, so ist diese für verschiedene Gegenden der Erde verschieden; in den Aequatorialzonen sind sie sehr häufig, treten oft sogar täglich auf, während in den Polargegenden ganze Jahre ohne Gewitter verstreichen. Die Zahl der Gewitter nimmt ab mit der Zunahme der geographischen Breite, wird jedoch auch durch die Niederschlagsverhältnisse beeinflußt. Im Inneren der Continente sind sie seltener als in den Küstenländern, in der warmen Jahreszeit häufiger als in der kalten. Sie treten öfter in den Nachmittags- und Abendstunden ein als zeitlich Morgens.
Mittel, welche als Schutz gegen die Wirkungen des Blitzes dienen, sind verschieden je nach dem zu schützenden Objecte. Als Schutz für Gebäude und Schiffe verwendet man bekanntlich die Franklin’sche Stange oder den Blitzableiter. Seine Anwendung, Construction und Wirkung ist Gegenstand der zweiten Ab- theilung vorliegenden Buches. Zum Schutze für Personen empfiehlt man folgende Vorsichtsmaßregeln: In Zimmern sorge man dafür, daß keine Zugluft herrsche, halte sich entfernt von jeder Art metallischer Leitungen, ebenso von Kaminen und bewege sich überhaupt mehr in der Mitte des Zimmers. Auf Straßen geht man am besten in deren Mitte und ebenso in Alleen. In freier Ebene wird durch das Laufen einzelner Personen die Gefahr nicht wesentlich erhöht, wohl aber durch das Laufen vieler Personen. Das Unterstellen unter Bäume ist nicht rathsam.
Das Nordlicht.
Zu den elektrischen Erscheinungen in der Atmosphäre gehört auch das Nord- licht. In den Polargegenden fast jede Nacht sichtbar, ist es in den mittleren Breiten selten, in den Aequatorialgegenden gar nie zu beobachten. In den mittleren Breiten sieht man kaum mehr als eine Röthung des nördlichen Abendhimmels, in der Art, wie sie von großen Bränden bewirkt wird. Das Nordlicht verräth sich in diesen Gegenden jedoch durch Störungen der Magnetnadel, die oft bis um 5 Grade schwankt. In den Polargegenden bildet es eine prächtige, häufig die Form wechselnde Lichterscheinung, welche die langen Nächte theilweise erhellt. Am nördlichen Himmel zeigt sich zunächst ein durch einen hellen Saum eingefaßtes Segment; dann nimmt der Saum an Breite zu, wird glänzender und nach einiger Zeit tauchen aus demselben hellleuchtende Strahlen auf. Länge, Glanz und Form dieser Strahlen sind sehr wandelbar; in den höchsten Breiten, wo sich die Er- scheinung in ihrer schönsten Form zeigt, vereinigen sich diese Strahlen nach oben zu und bilden die sogenannte Corona.
Gerland
macht darauf aufmerksam, daß diese Nordlichterscheinungen häufig von Blitzen begleitet werden, welche den Cha-
Fig. 82.
Das Nordlicht.
rakter der Flächenblitze haben und oft eine und dieselbe scharf begrenzte Stelle des Himmels innerhalb des Nordlichtes momentan erleuchten. Ebenso beobachtete er ein regelmäßig pulsirendes Aufleuchten einer der Corona benachbarten Stelle. Die Corona erscheint an jener Stelle des Himmels, nach welcher der Südpol einer Inclinationsnadel zeigt.
Das Nordlicht gehört der Atmosphäre an; hiefür spricht sowohl der Um- stand, daß es an der Bewegung der Sternenwelt keinen Antheil nimmt, sowie auch zum Theile die spectroskopische Untersuchung desselben. Diese ergab nämlich der Hauptsache nach Anzeigen, welche gleich sind jenen, die glühendes und leuch- tendes Stickgas giebt. Die Angaben über die Höhe des Nordlichtes sind äußerst schwankend; sie variiren zwischen 20 und 100 Meilen.
Ist auch die Natur und die Entstehung des Nordlichtes noch ziemlich unerforscht, so steht doch dessen Zusammenhang mit dem Erdmagnetismus außer jedem Zweifel. Das Nordlicht lenkt nicht nur die Declinationsnadel ab, sondern es zeigt sich auch, daß seine Strahlen die Richtung der Inclinationsnadel einnehmen. Man hält das Nordlicht gewöhnlich für elektrische Ausströmungen; nach Amp
è
re ist der Erdmagnetismus durch elektrische Ströme hervorgerufen, welche die Erde beiläufig in der Ost-West-Richtung umkreisen. Diese Stromkreise müssen gegen die Pole zu immer enger werden und somit gewissermaßen in eine Spitze zu auslaufen. Da die Erde negativ elektrisch ist, tritt an dieser Spitze ein Ausströmen der negativen Elektricität ein; die Ausströmung ist dann gegen die positiv elektrischen oberen Luftschichten gerichtet.
Die Nordlichter treten nicht während des ganzen Jahres in gleicher Anzahl auf, sondern die Häufigkeit ihrer Erscheinung erreicht während der Tag- und Nacht- gleichen ihr Maximum und nimmt dann wieder ab, bis sie zur Zeit der Solstitien ihr Minimum erreicht hat. Die Zahl der Nordlichter zeigt aber auch eine perio- dische Schwankung in der Art, daß nach ungefähr 11 Jahren stets ein Maximum eintritt, welches mit dem Erscheinen der Sonnenflecken in einem noch ganz unbe- kannten Zusammenhange steht; es zeigt, wie diese, in dem Zeitraume von fünf Perioden (also etwa 56 Jahren) wieder eine Ab- und Zunahme.
3. Der galvanische Strom.
Entstehung des Stromes.
Elektricitätserregung bei Berührung von Metallen untereinander oder mit Flüssigkeiten.
Bei der Lane’schen Maßflasche führt von der äußeren Belegung ein Draht zu einer Messingkugel, welche in entsprechender Entfernung von der mit der inneren Belegung in Verbindung stehenden Kugel angebracht ist. Je nach der Entfernung der beiden Kugeln voneinander tritt bei einer bestimmten Ladung der Flasche der Ausgleich beider Elektricitäten in den zwischen beiden Kugeln auftretenden Funken ein. Um das Zustandekommen dieses Ausgleichsfunkens zu ermöglichen, mußte sich die Elektricität offenbar einerseits von der inneren Belegung zu der mit ihr in leitender Verbindung stehenden Kugel begeben, anderer- seits mußte sich die entgegengesetzte Elektricität von der äußeren Belegung durch den Draht zu der zweiten Kugel bewegen.
Die beiden Elektricitäten befinden sich also gegeneinander in Bewegung. Wie wir gehört haben, ist auch die Bewegung der Elektricitäten im Schließungsbogen damit, daß sie bis zur Unterbrechungsstelle strömen, noch nicht zu Ende. Die Elektricität der äußeren Belegung bewegt sich vielmehr bis zur inneren Belegung und umgekehrt (siehe oscillirende Entladung). Wir betrachteten ferner die chemischen, mechanischen, physiologischen und Wärmewirkungen elektrischer Entladungen, und in jedem Falle mußte zur Hervorrufung dieser Wirkungen die Elektricität in Bewegung kommen, Drähte durchströmen. Wenn wir trotzdem nicht von einem elektrischen Strome sprachen, sondern die Bezeichnung Entladungsschlag beibehielten, so hat dies darin seinen Grund, daß die Ströme, welche wir bisher kennen lernten, nur von äußerst kurzer Dauer sind, und weil wir jetzt eine Art der Elektricitäts- erregung betrachten wollen, durch welche es ermöglicht wird, ein ununterbrochenes gleichförmiges Fließen der Elektricitäten zu bewirken.
Taucht man zwei Metalle in eine Flüssigkeit, z. B. Kupfer und Zink in verdünnte Schwefelsäure, und verbindet die aus der Flüssigkeit herausragenden Enden beider Metalle durch einen Draht, so tritt alsbald in diesem ein stetiges Gegen- einanderfließen beider Elektricitäten ein. Man nennt eine derartige Vorrichtung ein
galvanisches Element
oder eine
galvanische Kette
, die beiden aus der Flüssigkeit herausragenden Metallenden die beiden
Pole
und das Gegeneinander- strömen beider Elektricitäten den
galvanischen Strom
. Man sagt, der Strom ist
geschlossen
, wenn die Verbindung der beiden Metalle durch den Draht her- gestellt ist, er ist
geöffnet
, wenn dies nicht der Fall ist.
Von dem Vorhandensein des Stromes kann man sich in verschiedener Weise überzeugen. Führt man den Verbindungsdraht über eine frei bewegliche Magnet- nadel, so wird diese abgelenkt; legt man die von den beiden Polen ausgehenden Drähte auf feuchtes Papier, welches mit Jodkaliumlösung und Kleister getränkt wurde, so färbt sich dieses blau, was von der Ausscheidung des Jodes aus dem Jodkalium herrührt, da freies Jod den Kleister blau färbt; legt man die beiden Drahtenden auf die Zunge, so verspürt man einen metallischen Geschmack; schaltet man zwischen die Enden des Verbindungsdrahtes einen sehr dünnen Draht ein, so wird dieser merklich erwärmt.
Der Draht bringt also magnetische, chemische, physiologische und Wärmewirkungen hervor, gerade so, wie wir sie oben bei einem von Elektricität durchströmten Leiter kennen gelernt haben. Wir müssen es somit auch hier mit einer elektrischen Erscheinung zu thun haben.
Prüft man das elektrische Verhalten der beiden Metalle näher, so findet man das herausragende Zink- ende negativ, das herausragende Kupferende positiv elek- trisch. Es strömt also vom Zinkende stets negative Elek- tricität zum Kupfer und vom freien Kupferende immer positive Elektricität zum Zink. Schon aus dieser That- sache folgt, daß auch an den eingetauchten Enden beider Metalle und in der Flüssigkeit die Elektricitäten in Be- wegung kommen müssen. Betrachten wir z. B. den Vor-
Fig. 83.
Galvanisches Element.
gang an der Zinkplatte. Bevor sie eingetaucht wurde, waren beide Elektricitäten gleichmäßig auf ihr vertheilt; in die Flüssigkeit eingetaucht und mit dem Kupfer verbunden, verliert sie ihren elektrischen Gleichgewichtszustand, indem beiderlei Elektricitäten voneinander getrennt werden. Die negative Elektricität fließt, wie die Versuche lehren, von dem freien Zinkende durch den Verbindungsdraht zum Kupfer ab; folglich muß die positive Elektricität vom eingetauchten Zinkende durch die Flüssigkeit zum Kupfer sich begeben.
Derselbe Vorgang spielt sich an der Kupferplatte ab, nur müssen hier positiv und negativ verwechselt werden, d. h., da das freie Kupferende positiv elektrisch ist, muß von diesem positive Elektricität durch den Verbindungsdraht zum Zink fließen, während sich vom eingetauchten Kupferende negative Elektricität durch die Flüssigkeit zum Zink begeben muß. Die positive Elektricität geht also außerhalb der Flüssigkeit vom Kupfer zum Zink, in der Flüssigkeit vom Zink zum Kupfer. Daraus ist zu ersehen, daß der elektrische Strom eigentlich ein Kreisstrom ist, für welchen die beiden Metalle, der Verbindungsdraht und die Flüssigkeit, zusammen
Urbanitzky
: Elektricität. 11
einen ununterbrochenen, in sich selbst geschlossenen Leiter bilden (siehe Fig. 83). Die negative Elektricität durchfließt diesen Leiter natürlich in entgegengesetzter Richtung. Wenn man von der Stromrichtung in einem derartigen galvanischen Elemente ohne nähere Bezeichnung spricht, meint man stets die Richtung des positiven Stromes.
Aber nicht nur aus dem eben angegebenen Verhalten müssen wir auf elek- trische Vorgänge in der Flüssigkeit schließen, sondern auch noch daraus, daß in derselben chemische und physikalische Veränderungen eintreten. Die Flüssigkeit erwärmt sich und wird gleichzeitig zersetzt; das sind aber gleichfalls Erscheinungen, die wir bereits als Folgen des Durchströmens von Elektricität durch Flüssigkeiten kennen gelernt haben, beweisen somit ebenfalls das Durchströmen von Elektricität durch die Flüssigkeit.
Theorien der Elektricitätserregung.
Fragen wir nach der Ursache dieser Erscheinungen, so müssen wir leider gestehen, daß uns dieselbe nicht mit Sicherheit bekannt ist. Es herrschen gegenwärtig vielmehr zweierlei Ansichten. Nach der einen, und zwar der älteren, wäre die Elektricitätserregung in der bloßen Berührung der Körper zu suchen, während die andere chemische Processe als die Urheber des elektrischen Stromes angiebt; man nennt die erstere die
Contacttheorie
(daher auch die in vielen Büchern vorkommenden Bezeichnungen: Contactelektricität oder Berührungselektricität), die letztere die
chemische Theorie
.
Die Contacttheorie entstand auf Grund des
Volta’schen Fundamental- versuches
und war das Resultat jenes berühmten wissenschaftlichen Streites, welcher zu Ende des 18. Jahrhundertes zwischen Volta und Galvani geführt wurde. Wir haben in der Geschichte der Elektricität erfahren, daß Galvani die Zuckungen des Froschschenkels der thierischen Elektricität, Volta hingegen der metallischen Elek- tricität zuschrieb. Volta beobachtete nämlich, daß die Zuckungen des Froschschenkels schwach oder gar nicht eintreten, wenn der den Muskel und Nerv verbindende Bogen nur aus
einem
Metalle bestand, daß diese Zuckungen aber regelmäßig erhalten werden, wenn zweierlei Metalle zur Verwendung kommen. Dieser Umstand veranlaßte ihn eben, nicht in der thierischen Elektricität, sondern in der durch Berührung zweier heterogener Metalle erregten Elektricität die Ursache der Frosch- schenkelzuckungen zu suchen. Er leugnete daher das Vorhandensein einer thierischen Elektricität und nahm eine metallische, d. h. eine durch Berührung zweier Metalle erregte Elektricität an; der Froschschenkel spielt nach dieser Ansicht nur die Rolle eines sehr empfindlichen Elektroskopes.
In Verfolgung dieser Ansicht gab dann Volta die Versuche mit dem Frosch- schenkel ganz auf und experimentirte nur mit Metallen oder mit solchen unter Zwischenschaltung feuchter Körper. Volta’s sogenannter
Fundamentalversuch
kann in folgender Weise ausgeführt werden: Man setzt auf eine an ihrer Ober- fläche vollkommen eben abgeschliffene Zinkplatte eine eben solche Platte aus Kupfer auf und trennt hierauf wieder beide Platten, indem man sie mit den Glasgriffen, welche an ihnen befestigt sind, voneinander abhebt. Die beiden Platten erscheinen dann entgegengesetzt elektrisch, was mit Zuhilfenahme sehr empfindlicher Elektroskope nachgewiesen werden kann. Es kann hierzu etwa das Elektroskop von Behrens oder das Thomson’sche Quadranten-Elektrometer angewandt werden. Auf das Elektroskop wird zu dem Ende eine Platte an Stelle der Kugel aufgeschraubt und diese mit einer Condensatorplatte versehen; die erstere dient dann als Collector. Berührt man bei diesem Instrumente die Collectorplatte mit der Zinkplatte, während man gleichzeitig die Condensatorplatte ableitend berührt, und wiederholt nach jedes- maligem Zusammenbringen der Kupfer- mit der Zinkplatte dieses Verfahren mehrere- male, so zeigt das Elektroskop schließlich positive Elektricität an.
Würde man in gleicher Weise mit der Kupferplatte verfahren sein, so hätte das Elektroskop negative Elektricität angezeigt. Der Versuch lehrt daher, daß, wenn man Kupfer und Zink miteinander in Berührung bringt, das Zink positiv und das Kupfer negativ elektrisch wird.
Das Experiment kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß man gleich auf das Elektroskop eine Kupfer- oder eine Zinkplatte aufschraubt und diese dann mit einer Zink- oder einer Kupferplatte zur Berührung bringt. Auch hierbei wird wieder das Zink positiv und das Kupfer negativ elektrisch. Das Kupfer wird aber auch dann negativ elektrisch, wenn man es mit einer Zinn- oder Eisen- platte berührt; es wird aber positiv elektrisch, wenn es mit Silber oder Platin in Contact gebracht wird. Untersucht man die verschiedenen Metalle auf ihr elek- trisches Verhalten, wenn sie miteinander zur Berührung gebracht werden, so findet man nach der wiedererfolgten Trennung immer beide Platten einander entgegen- gesetzt elektrisch. Es muß also während der Berührung zweier Metalle eine Kraft auftreten, welche beiderlei auf den beiden neutralen Platten vorhandenen Elektrici- täten trennt und veranlaßt, daß ein Theil der einen Elektricitätsart auf die eine, ein Theil der entgegengesetzten Elektricität auf die andere Platte übergeht. Die Kraft, welche diesen Vorgang oder den elektrischen Strom — denn das ist ja ein solcher — bewirkt, nennt man
elektromotorische Kraft
. Die Metalle selbst heißen
Elektromotoren
.
Die Ursache des Auftretens dieser elektromotorischen Kraft erblickt
Helmholtz
in der verschieden starken Anziehung, welche die verschiedenen Metalle auf die beiden Elektricitäten ausüben. „Die Materie der Metalle übt eine Anziehung auf die beiden Elektricitäten aus, und diese Anziehung hat eine verschiedene Größe je nach der Art der Elektricität. Sie wirkt nach Art der Molecularkräfte nur in unmeßbar kleinen Entfernungen, während die Elektricitäten aufeinander aus endlichen Ent- fernungen wirken.“
In welcher Weise durch die verschiedene Anziehungskraft verschiedener Metalle auf die beiden Elektricitäten diese voneinander getrennt werden können, wird folgendes Beispiel lehren, in welchem wir annehmen, daß eine Kupfer- und eine Zinkplatte miteinander in Berührung gebracht werden. Setzen wir voraus, daß Kupfer die negative Elektricität stärker anziehe und Zink die positive. So lange die beiden Platten sich nicht berühren, kann diese Anziehungskraft natürlich nicht zur Geltung gelangen, denn in jeder der Platten ist im unelektrischen Zustande die positive und negative Elektricität in gleicher Menge und in gleicher Vertheilung vorhanden. In dieser Art haben wir uns ja von jeher den unelektrischen Zustand der Körper vorgestellt. Derselbe wird, so lange keine neue Kraft sich geltend macht, dadurch erhalten, daß sich die beiden entgegengesetzten Elektricitäten in jeder Platte anziehen, dadurch binden und jede Bewegung hintanhalten.
Bringt man aber zwei solcher Metallplatten, also z. B. Kupfer und Zink, miteinander in Berührung, so muß wegen der verschiedenen Anziehungskraft der zwei Metalle auf beiderlei Elektricitäten das Gleichgewicht zwischen diesen offenbar gestört werden. Da die Anziehungskräfte der Metalle nur auf sehr kleine Entfernungen sich geltend machen können, wird diese Störung des elektrischen Gleichgewichtes auch nur in der Grenzschicht zwischen beiden Metallen eintreten, also an den sich
11*
berührenden Kupfer- und Zinkflächen. In den von den Berührungsflächen weiter entfernten Theilen der Platten bleibt der elektrische Zustand ungeändert. In der Grenzfläche wirken aber jetzt zweierlei Kräfte, nämlich die Anziehungskraft zwischen den beiden einander entgegengesetzten Elektricitäten und die verschiedenen Anziehungs- kräfte der beiden Metalle auf die beiden Elektricitäten. Ein elektrischer Gleichgewichts- zustand kann jetzt nur dann eintreten, wenn er der Resultirenden aus diesen beiden Kräften entspricht.
Betrachten wir zunächst die Vorgänge, welche sich auf der Zinkplatte abspielen müssen. Auf dieser befinden sich gleich große und gleichmäßig vertheilte Mengen positiver und negativer Elektricität, d. h. also die Platte ist unelektrisch. Jetzt bringen wir die Zinkplatte mit der Kupferplatte in Berührung. Nun wird allerdings die negative Elektricität wie früher von der positiven Elektricität angezogen; die negative Elektricität wird aber auch von der Zink- und von der Kupferplatte angezogen, jedoch von der ersteren weniger stark als von der letzteren; folglich muß negative Elektricität von der Zinkplatte auf die Kupferplatte überfließen, wenn das Gleich- gewicht wieder hergestellt werden soll.
Die beiden Elektricitäten der Kupferplatte haben sich vor der Berührung der letzteren mit der Zinkplatte ebenfalls gegenseitig neutralisirt. Nachdem aber beide Platten zur Berührung gebracht worden sind, wird in Folge der stärkeren Anziehungskraft der Zinkplatte für die positive Elektricität ein Theil dieser auf die Zinkplatte überströmen müssen.
Es ergiebt sich daher als Resultat der Berührung beider Platten ein Ueber- strömen positiver Elektricität vom Kupfer zum Zink und ein Ueberströmen negativer Elektricität vom Zink zum Kupfer, d. h. ein galvanischer Strom. Derselbe ist jedoch nur von kurzer Dauer und hört sofort auf, sobald das Gleichgewicht zwischen den wirksamen Kräften hergestellt ist. Trennt man beide Platten, so muß offenbar in Folge des Ueberströmens die Kupferplatte eine negative, die Zinkplatte aber eine positive elektrische Ladung zeigen.
Diese Erklärung stützt
Sir W. Thomson
durch folgendes Experiment. (Ferrini, Technologie der Elektricität): An einem elastischen Drahte (Fig. 84) ist ein horizontaler Aluminiumstreifen
a
aufgehängt. Der Draht selbst steht mit der inneren Belegung einer Kleist’schen Flasche
K
in leitender Verbindung. Unterhalb des Aluminiumstreifens befinden sich zwei gleichfalls horizontale Platten aus Kupfer
Cu
und Zink
Zn
, welche isolirt aufgestellt und bis auf eine geringe Distanz einander genähert sind. Der Trennungsspalt beider Platten ist so angeordnet, daß er bei normaler Lage des Aluminiumstreifens genau unterhalb der Mittellinie desselben zu stehen kommt und mit dieser parallel steht. Der Aluminiumstreifen nimmt also zu beiden Platten eine vollkommen symmetrische Stellung ein.
Bei starker Ladung der Flasche wird bei dieser Anordnung der Aluminium- streifen ein hohes Potential erhalten müssen und daher auch influenzirend auf beide Platten wirken. Ist z. B. der Aluminiumstreifen positiv elektrisch, so wird sich die negative Influenzelektricität an die Oberfläche der beiden Platten begeben. Da aber wegen der symmetrischen Stellung des Aluminiumstreifens auf beiden Platten gleich hohe Potentiale hervorgerufen werden, so wird auch der Aluminiumstreifen von beiden Seiten gleich stark angezogen, d. h. er bleibt unverändert zwischen beiden in der Mitte stehen.
Verbindet man nun aber die Kupfer- mit der Zinkplatte durch einen Draht
D
, so kann sich jetzt die verschiedene Anziehungskraft der zwei Metalle auf die beiderlei Influenzelektricitäten geltend machen. Es wurden auf der Zink- und auf der Kupfer- platte gleiche Mengen positiver und negativer Influenzelektricitäten erzeugt, die sich durch ihre gegenseitige Anziehungskraft in jeder Platte das Gleichgewicht hielten. Nun besitzt aber das Kupfer eine stärkere Anziehungskraft für die negative Elektricität, das Zink eine geringere; folglich strömt negative Elektricität von der Zinkplatte auf die Kupferplatte. Ferner besitzt die Zinkplatte eine größere Anziehungskraft für die positive Elektricität als die Kupferplatte; folglich strömt positive Elektricität von der Kupferplatte durch den Draht
D
zur Zinkplatte. Das durch die Verbindung beider Platten mit Hilfe des Drahtes
D
erreichte Resultat wird daher das sein, daß die Kupferplatte stärker negativ elektrisch und schwächer positiv elektrisch wird als die Zinkplatte. Auf die Stellung des Aluminiumzeigers werden nun die Kraft- überschüsse bestimmend einwirken. Das Zink ist stärker positiv elektrisch, das Kupfer stärker negativ elektrisch, folglich wird, da der Aluminiumstreifen positiv elektrisch ist,
Fig. 84.
Experiment von Thomson.
dieser von der Zinkplatte stärker abgestoßen und von der Kupferplatte stärker angezogen werden müssen. Er verläßt also seine Mittelstellung und dreht sich der Kupferplatte zu. Wird dieses Experiment mit genügender Sorgfalt ausgeführt, so tritt in der That der eben geschilderte Verlauf ein und bestätigt die oben gegebene Erklärung.
Kurze Zeit nach dem Bekanntwerden von Volta’s Versuchen tauchte eine andere Erklärung für die Erregung der galvanischen Elektricität auf. Nach dieser soll die galvanische Elektricität nur durch chemische Processe hervorgerufen werden können. Beide, sowohl die chemische als auch die Contacttheorie, fanden Anhänger und selbst heute hat es noch keine zur allgemeinen Anerkennung gebracht. Für die Contacttheorie traten namentlich außer Volta noch P
é
clet, Gassiot, Thomson, Hankel, Kohlrausch und Andere ein, während Faraday und De la Rive hingegen die chemische Theorie annahmen.
Es kann hier nicht unsere Aufgabe bilden, alle Experimente, Abhandlungen ꝛc. zu besprechen, welche die eine oder die andere Theorie stützen sollen, und deshalb wollen wir im Nachstehenden der chemischen Theorie nur noch einige Zeilen widmen.
Taucht man ein Stück Zink in verdünnte Schwefelsäure, so bemerkt man alsbald, daß sich aus der Flüssigkeit Gasblasen entwickeln. Die nähere Unter- suchung zeigt, daß diese Gasblasen Wasserstoffgas sind, und daß gleichzeitig mit der Gasentwicklung die Flüssigkeit sich ändert und das Zink an Gewicht verliert. Die Flüssigkeit besteht nicht mehr allein aus verdünnter Schwefelsäure, sondern sie enthält auch schwefelsaures Zink (Zinkvitriol). Es ist also, veranlaßt durch die chemischen Spannkräfte im Zink und in der Schwefelsäure, ein chemischer Proceß vor sich gegangen, als dessen Resultat die Bildung von Zinkvitriol erfolgte. Die chemische Energie im Zink und in der Schwefelsäure ist als solche verschwunden; da aber nach dem Gesetze der Erhaltung der Kraft keine Energie verloren gehen oder vernichtet werden kann, muß die chemische Energie blos in eine andere Form der Energie übergegangen sein. Wir finden diese Umwandlungsform bei unserem Experimente im Auftreten der Wärme. Die Flüssigkeit hat sich während der Bildung von Zink- vitriol erwärmt.
Untersucht man das Metall und die Flüssigkeit in zweckentsprechender Weise auf das elektrische Verhalten, so findet man beide einander entgegengesetzt elektrisch; auch die Entstehung dieses Zustandes ist als eine Umwandlung der früher vor- handenen chemischen Energie aufzufassen. Bei dieser Erklärung für die Entstehung der galvanischen Elektricität, wonach also letztere nur als ein Umwandlungsproduct aus der chemischen Energie erscheint, ist ein etwaiger Widerspruch mit dem allgemein giltigen Gesetze der Erhaltung der Kraft vollkommen ausgeschlossen. Dies ist eben ein Vorwurf, welchen die Anhänger der chemischen Theorie den Contacttheoretikern machen, indem sie sagen, daß durch die bloße Berührung zweier Metalle keine Arbeit geleistet würde, die bei ihrem Verschwinden als solche in der Form des elektrischen Stromes wieder auftreten könnte. Man müßte deshalb das Entstehen einer Energie (nämlich des elektrischen Stromes) aus Nichts annehmen, was nicht möglich ist.
Wird der galvanische Strom in der Weise erregt, daß man Metalle mit Flüssigkeiten in Berührung bringt, so treten jederzeit so augenfällige chemische Processe ein und verlaufen, was ihre Intensität betrifft, so genau parallel mit der Stromstärke, daß man hierin wohl eine wesentliche Stütze der chemischen Theorie zu erblicken hat. Wie aber läßt sich Volta’s Fundamentalversuch mit der chemischen Theorie vereinigen? Zunächst darf nicht übersehen werden, daß die empfindlichsten Instrumente zur Verwendung kommen müssen, wenn der Versuch überhaupt gelingen soll. Es entstehen eben so minimale elektrische Differenzen, daß sie sonst nicht nachweisbar sind. Ferner muß man sich daran erinnern, daß sich auf der Oberfläche jedes Körpers stets Gase condensiren, die den Körper mit einer Gas- schicht, der sogenannten Oberflächenschicht, überziehen. Es ist auch bekannt, daß diese Oberflächenschicht äußerst schwierig vollkommen zu beseitigen ist. Daher, sagen die Anhänger der chemischen Theorie, hat man es auch beim Volta’schen Fundamental- versuche nicht mit der Berührung zweier Metalle zu thun, sondern mit zwei Metallen, die durch eine Flüssigkeitsschichte voneinander getrennt sind. Ist auch diese Schichte außerordentlich dünn, so kann sie doch immerhin ausreichen, einen chemischen Proceß einzuleiten, der dann Ursache der hierbei auftretenden geringen Elektricitätsmengen ist. Den chemischen Proceß als Ursache der Elektricitäts- erregung anzusehen, hat umsomehr Berechtigung, als irgendwie erhebliche Mengen von Elektricität immer nur bei Berührung von Metallen mit Flüssigkeiten auf- treten.
In jüngster Zeit fand die chemische Erklärung des Volta’schen Fundamentalversuches namentlich durch
Franz Exner
in Wien einen warmen Vertheidiger. Auf zahlreiche messende Versuche gestützt, glaubt dieser die Erregung der Elektricität bei Berührung zweier Metall- platten einer oberflächlichen
Oxydation
der Metalle zuschreiben zu müssen. Bei diesem chemischen Processe wird das Metall negativ, die Oxydschicht positiv elektrisch. Letztere ist aber ein Isolator und behält daher ihre Elektricität bei. Wird hierauf diese oxydirte Platte mit einer rein metallischen Platte berührt, so wirkt die positive Elektricität der Oxydschicht influenzirend auf die Metallplatte. Das weitere Verhalten ist dann dasselbe wie jenes, welches bei der Influenzwirkung eines Leiters auf einen zweiten Leiter, der vom ersten durch einen Isolator getrennt ist, bereits erklärt wurde. Volta’s Fundamentalversuch würde hiernach als eine Influenzerscheinung aufzufassen sein.
Es ist übrigens die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, daß beide Parteien bis zu einem bestimmten Punkte Recht haben. Der Vorgang kann sich nämlich in der Weise abspielen. Bringt man die Metalle zur Berührung, so werden ihre elek- trischen Potentiale geändert, d. h. ein bestimmter statischer Zustand hervorgerufen; hierdurch tritt also keinerlei Bewegung ein und die Arbeit, welche erforderlich war, um die beiden Körper zur Berührung zu bringen, ist hinreichend, um die Entstehung dieses statischen Zustandes zu bewirken. Diese Erklärung steht somit nicht mit dem Principe der Erhaltung der Kraft im Widerspruche. Die Spannungs- differenz der Körper wird dann die Ursache eines chemischen Processes, und da dieser fortdauert, so kann auch ein dauernder galvanischer Strom entstehen. Ursache und Wirkung verstärken sich jetzt gegenseitig, gleichwie bei der Verbrennung die Temperatur durch die Oxydation erhöht wird und die Temperaturerhöhung die Oxydation befördert. Die Bewegung der Elektricität, also der galvanische Strom, wäre somit allerdings dem chemischen Processe zuzuschreiben, aber die ursprüngliche Erweckung der Spannungsdifferenz, die Einleitung des chemischen Processes, bliebe in der Berührung der Körper begründet.
Die Spannungsreihen.
Bringt man Metallplatten verschiedener Natur miteinander in Berührung, so ergiebt sich ein verschiedenes Verhalten sowohl in Bezug auf die Art der erregten Elektricität, als auch in Bezug auf die Größe der Differenz der Potentialwerthe. Volta fand bereits, daß das Eisen, mit Zink berührt, negativ elektrisch wird und ebenso, wenngleich schwächer, durch die Berührung mit Blei oder Zinn. Wird jedoch das Eisen mit Kupfer oder Silber berührt, so erscheint es positiv elektrisch. Volta, Seebeck, Pfaff und Andere haben das Verhalten vieler Metalle und metallischer Verbindungen bei ihrer gegenseitigen Berührung geprüft und gelangten dadurch zur Aufstellung sogenannter
Spannungs- reihen
. In diesen Spannungsreihen sind die Metalle derart angeordnet, daß jedes vorhergehende mit jedem nachfolgenden Metalle zur Berührung gebracht positiv elektrisch wird; wir geben nachstehend zwei Beispiele solcher Spannungsreihen:
Spannungsreihe der Metalle
nach Volta:
+ Zink
Blei
Zinn
Eisen
Kupfer
nach Pfaff (1837):
+ Zink
Cadmium
Zinn
Blei
Wolfram
Spannungsreihe der Metalle
nach Volta:
Silber
Gold
Graphit
— Braunstein
nach Pfaff (1837):
Eisen
Wismuth
Antimon
Kupfer
Silber
Gold
Uran?
Tellur
Platin
— Palladium.
Diese Reihen stimmen untereinander und mit jenen anderer Forscher ziemlich genau überein. Etwaige Abweichungen können auch darin ihre Erklärung finden, daß bei den verschiedenen Untersuchungen die Reinheit der Metalle eine ver- schiedene war.
Diese Reihen geben jedoch nicht nur für jede Gruppirung je zweier Elemente die Elektricitätsart an, sondern sie gestatten auch eine relative Bestimmung der Größe der erregten Elektricitäten. Volta bewies nämlich für diese Reihen experi- mentell den Satz:
Je größer der Abstand der Metalle in der Spannungs- reihe ist, desto größer ist ihre elektrische Differenz; die elektrische Differenz zweier Metalle in der Spannungsreihe ist gleich der Summe der elektrischen Differenzen aller zwischenliegenden
.
Als Volta die verschiedenen elektrischen Differenzen zwischen den einzelnen Metallen maß, fand er nämlich:
Man ersieht hieraus, daß wirklich der Differenzwerth zwischen Zink und Silber gleich ist der Summe der Differenzwerthe zwischen Zink und Blei, Blei und Zinn, Zinn und Eisen, Eisen und Kupfer, Kupfer und Silber; ferner jener zwischen Zink und Eisen gleich der Summe der Werthe zwischen Zink und Blei, Blei und Zinn, Zinn und Eisen u. s. w., also ganz entsprechend dem oben an- gegebenen Gesetze.
Sind auch Volta’s Messungen keine ganz genauen, so beeinflußt dies doch nicht die Richtigkeit des Gesetzes, da dieses sich auch noch in anderer Art nachweisen läßt. Ferner wurde es auch durch exacte Messungen, welche später Kohlrausch mit Hilfe seines (auf Seite 116 beschriebenen) Condensators durch- geführt hat, bestätigt.
Kohlrausch setzte die Spannungsdifferenz zwischen Zink und Kupfer gleich 100 und erhielt dann für die übrigen Metalle nachstehende Werthe (Wüllner, Exp. Phys.):
Jene Werthe, welche als berechnet angegeben wurden, sind auf Grundlage des Spannungsgesetzes gefunden worden. Das Spannungsgesetz ist auch noch von Anderen, z. B. Hankel, experimentell geprüft worden und hat sich stets als voll- kommen richtig herausgestellt. Bei diesen Prüfungen zeigte sich aber auch, daß die Oberflächenbeschaffenheit der zur Berührung gebrachten Metalle von Einfluß auf die hierdurch bewirkte Differenz ist. Dies ist wohl auch ein Grund, warum die Spannungsreihen verschiedener Forscher nicht vollkommen miteinander überein- stimmen.
Aus dem Spannungsgesetze lassen sich einige wichtige Folgerungen ziehen. Da nach dem Spannungsgesetze die Differenz zweier Metalle gleich ist der Summe der Differenzen aller zwischenliegenden Glieder der Reihe, so muß es für die Gesammtwirkung ganz gleichgiltig sein, ob nur die beiden Endglieder allein oder diese mit sämmtlichen Zwischengliedern zur Berührung gebracht werden. Man ersieht dies sehr leicht aus den von Volta gefundenen Werthen. Bringen wir nämlich Zink und Silber zur Berührung, so erhalten wir für die Differenz den Werth 12. Legen wir auf die Zinkplatte eine Bleiplatte, auf diese eine Zinnplatte, hierauf eine Eisenplatte, dann eine Kupferplatte und schließlich die Silberplatte, so erhalten wir für die Differenzen die Werthe 5, 1, 3, 2 und 1, welche summirt wieder den Werth 12 ergeben.
Aus dem Spannungsgesetze ergiebt sich auch, daß, wenn man eine beliebige Anzahl von Metallen zur Berührung bringt, jedoch mit demselben Metalle schließt als begonnen wurde, die Differenz gleich Null sein muß. Man erhält nämlich, z. B. für Zink, Blei, Zinn, Eisen und schließlich wieder Zink, die Werthe:
für Zink und Blei + 5
„ Blei „ Zinn + 1
„ Zinn „ Eisen + 3
„ Eisen „ Zink — 9
Die Summe der Werthe für die drei ersten Berührungen ist gleich + 9, die letzte Berührung giebt den Werth von — 9, folglich alle Berührungen zu- sammen Null.
Das Vorzeichen + oder — hängt natürlich von der Reihenfolge der sich berührenden Metalle ab, da nach dem Spannungsgesetze ein Metall mit jedem in der Spannungsreihe folgenden Metalle positiv, mit jedem vorhergehenden negativ elektrisch wird.
Die Versuche zeigten ferner, daß die Berührungsdauer der Platten keinen Einfluß auf den Differenzwerth ausübt, was leicht erklärlich, wenn man bedenkt, daß durch die Berührung eben nur ein statischer Zustand bewirkt wird, der ähnlich der Influenz zwischen Leitern momentan eintritt und sich nicht ändert, wie lange auch der influenzirte und der influenzirende Körper einander gegenüberstehen (na- türlich abgesehen von Verlusten durch Zerstreuung u. s. w.). Die Differenzwerthe werden auch nicht geändert, wenn die Zahl der Berührungspunkte zwischen beiden Platten geändert wird; es ist deshalb auch gar nicht nöthig, die Platten wirklich zur Berührung zu bringen, sondern es genügt bereits, sie metallisch miteinander zu verbinden. Auch dieses Verhalten ist nach obigen Auseinandersetzungen selbst- verständlich.
Volta hielt anfänglich dafür, daß nur durch Berührung
zweier Metalle
Elektricität erregt werden könne, mußte jedoch diese Ansicht fallen lassen, als Gal- vani nachwies, daß die Froschschenkelzuckungen auch bei Anwendung eines Schließungs- bogens, der nur aus
einem
Metalle besteht, eintreten. Volta brachte die Metalle nun auch mit Flüssigkeiten in Berührung und es gelang ihm zu finden, daß die Metalle, mit Wasser in Berührung gebracht, negativ elektrisch werden. Später wurde das elektrische Verhalten der Metalle beim Zusammenbringen derselben mit Flüssig- keiten von verschiedenen Forschern untersucht. Man kann derartige Versuche etwa in der Weise ausführen, daß man auf die Condensatorplatte eines empfindlichen Elektroskopes eine Glasplatte legt, welche an ihrer unteren Seite und ihren Rändern mit Firniß überzogen ist (um Leitung durch die Oberflächenschicht des Glases aus- zuschließen). Auf die Glasplatte trägt man dann mit Hilfe eines Pinsels eine dünne Flüssigkeitsschicht auf oder legt ein mit der Flüssigkeit getränktes Papier- scheibchen darauf. Dann verbindet man durch einen Draht von demselben Metalle, aus welchem die Condensatorplatte gefertigt, diese mit der Flüssigkeit. Die Flüssig- keit wird hierbei in der einen, das Metall in der anderen Art elektrisch. Hebt man hierauf die Verbindung zwischen beiden auf und die Glasplatte mit der Flüssigkeit von der Condensatorplatte ab, so verbreitet sich die Elektricität, welche früher an der Oberfläche der Condensatorplatte sich befand, über das Elektroskop und zeigt den elektrischen Zustand durch die Bewegung des Goldblättchens an.
Nach diesem oder einem ähnlichen Verfahren wurden von verschiedenen For- schern zahlreiche Untersuchungen angestellt und ergaben folgende Resultate: Sämmt- liche Metalle werden bei Berührung mit alkalischen Flüssigkeiten negativ elektrisch; beim Zusammenbringen mit Säuren verhalten sich jedoch die verschiedenen Metalle verschieden; ein Theil derselben wird positiv, der andere Theil jedoch negativ elek- trisch. Gold, Platin, Silber werden z. B. mit concentrirter Schwefelsäure, Sal- petersäure und Salzsäure positiv elektrisch, Zink hingegen negativ elektrisch.
Aus diesem Verhalten der Metalle gegen Flüssigkeiten ergiebt sich bereits, daß die Flüssigkeiten mit den Metallen nicht in eine Spannungsreihe gestellt werden können. Sollte dies möglich sein, so müßten alle Metalle, mit Säuren zusammen- gebracht, negativ elektrisch werden, da Zink mit ihnen negativ elektrisch wird, und dieses an der Spitze der Spannungsreihe steht; da aber Gold, Platin, Silber positiv elektrisch werden, kann man also die Säuren nicht in die Spannungsreihe einreihen.
Deshalb unterscheidet man auch die Metalle und die Flüssigkeiten in zwei Classen, nämlich in
Leiter erster und zweiter Classe
. Man nennt dann Leiter erster Classe alle jene Körper, welche sich dem Gesetze der Spannungs- reihe unterordnen, Leiter zweiter Classe alle jene Körper, welche die Elektricität zwar leiten, sich aber nicht in die Spannungsreihe einreihen lassen.
Die Größe der Differenzen, welche beim Zusammenbringen von Metallen mit Flüssigkeiten entstehen, ist auch wieder verschieden, je nach der Natur der Flüssigkeiten sowohl, als auch nach jener der Metalle. Hier verläßliche Zahlen zu erhalten, ist sehr schwierig, da die Flüssigkeiten häufig chemisch verändernd einwirken und je nach der Dauer ihrer Einwirkung auch ein verschiedenes Resultat bewirken müssen. Wir geben in nachstehender Tabelle Werthe, wie sie P
é
clet bei seinen Untersuchungen fand. Hierbei enthält die oberste Reihe die Flüssigkeiten und die erste Verticalreihe links die Metalle, welche mit den Flüssigkeiten in Berührung gebracht wurden.
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß jene Metalle, welche an der Spitze der Spannungsreihe stehen, am stärksten elektrisch werden, und zwar negativ; die vom Zink weiter abstehenden Metalle werden entweder nicht oder sogar positiv elektrisch.
Auch über die wahren Werthe, welche für die Erregung gelten, wenn Metalle mit Wasser zusammengebracht werden, sind noch keine sicheren Zahlen anzugeben. Nachstehend sind Werthe zusammengestellt, wie sie Gerland gefunden hat, indem er für Kupfer mit Zink 100 setzte.
Zink — 61·6
Kupfer — 33·0
Gold — 33·7
Silber — 17·0
Platin — 44·7
Der Umstand, daß sich die Flüssigkeiten nicht in die Spannungsreihe ein- ordnen lassen, hat aber sehr wichtige Folgen; er ermöglicht uns, freie Elektricität auch in geschlossenen Kreisen zu erhalten, was bekanntlich bei einem geschlossenen Kreise von Leitern erster Classe nicht möglich ist, da eine Reihe von Leitern, welche mit demselben Metalle endet, mit welchem sie beginnt, einen Differenzwerth gleich Null besitzt; jede solche Reihe stellt aber einen geschlossenen Kreis dar, da man mit dem Endgliede wieder das Anfangsglied erreicht hat. Um dies vollkommen klar einzusehen, braucht man blos die im Beispiele auf Seite 169 angegebenen Leiter im Kreise zu gruppiren, wie dies Fig. 85 darstellt. Aus dieser ersieht man, daß jedes Glied als Anfangs- und Endglied der Reihe betrachtet werden kann, daß also der Leiterkreis ein geschlossener ist.
Stellt man jedoch einen solchen geschlossenen Leiterkreis aus Leitern erster und zweiter Classe zusammen, wie dies Fig. 86 in einem Beispiele zeigt, so wird das Resultat ein anderes. Nach den auf Seite 171 und 169 angegebenen Werthen er- halten wir nämlich Differenzwerthe für:
Kupfer und Wasser — 33·0
Wasser „ Zink + 61·6
Zink „ Silber + 105·6
Silber „ Eisen — 29·8
Eisen „ Gold + 39·7
Gold „ Kupfer
— 12·7
— 75·5 + 206·9
also als schießlichen Differenzwerth + 131·4.
Daraus ergiebt sich das Gesetz:
Besteht ein vollkommen geschlossener Kreis aus Leitern erster und zweiter Classe, so ist der aus allen Glie- dern des Kreises resultirende Differenzwerth von Null verschieden
.
Fig. 85.
Fig. 86.
Leiterkreise
.
Aus diesem Verhalten resultirt eine weitere für die Wirkungsweise galvanischer Elemente sehr wichtige Folgerung. Mit dem Wasser stehen nur die beiden Metalle Kupfer und Zink in Berührung; die anderen Metalle hingegen berühren sich nur untereinander. Für diese Reihe von Metallen hat aber das früher angegebene Gesetz der Spannungsreihe Geltung, d. h. es ist einerlei, ob wir der Reihe nach die Metalle Zink, Silber, Eisen, Gold und Kupfer sich berühren lassen, oder ob wir nur Zink und Kupfer zur Berührung bringen. Hiernach haben wir also in unserem Kreise folgende Differenzwerthe:
Kupfer und Wasser — 33·0
Wasser „ Zink + 61·6
Zink „ Kupfer
+ 100
— 33·0 + 161·6
Diese Werthe geben eine Gesammtdifferenz von 128·6, während wir früher 131·4 erhielten; diese beiden Werthe stimmen mit Berücksichtigung der Ungenauig- keiten der experimentellen Methoden so gut überein, daß wir hieraus (und aus vielen ähnlichen Beispielen) das Gesetz ableiten können:
Taucht man zwei verschiedene Metalle in eine Flüssigkeit und verbindet man sie auf einer Seite durch eine willkürliche Reihe von Metallen zu einem geschlossenen Kreise, so ist der Differenzwerth dieses Kreises nur von den Differenzwerthen der beiden eingetauchten Metalle untereinander und mit der Flüssigkeit abhängig; die zwischen- geschalteten Metalle haben auf das Endresultat gar keinen Einfluß
.
Man erhält also bei einem galvanischen Elemente immer denselben Differenzwerth, welche oder wie vielerlei Metalle man auch zur Herstellung des äußeren Schließungs- bogens benützen mag; der Differenzwerth ist nur von der Natur der eingetauchten Metalle und jener der Flüssigkeit abhängig. Aus diesem Verhalten erklärt es sich auch, daß die Resultate, welche man unmittelbar während des Eintauchens von Metallen in Flüssigkeiten erhält, nicht immer dieselben sind als einige Zeit nachher. Im letzteren Falle haben die Flüssigkeiten eben bereits chemisch verändernd auf das Metall eingewirkt.
Für die erste Berührung der Metalle mit Flüssigkeiten hat Wüllner folgende von verschiedenen Forschern gefundene Spannungsreihen zusammengestellt:
Nobili
war der erste, welcher zeigte, daß auch die
Berührung zweier Flüssigkeiten
elektromotorisch wirke. Ausführlichere Untersuchungen hierüber stellten
Fechner, Wild
und Andere an. Aus Fechner’s Arbeiten ergab sich, daß sich die von ihm untersuchten Flüssigkeiten nicht in eine Spannungsreihe bringen lassen. Wild bestätigte im Allgemeinen dieses Resultat, ergänzte es aber dahin, daß innerhalb bestimmter Flüssigkeitsgruppen die betreffenden Flüssigkeiten doch in eine Spannungsreihe gebracht werden können.
Er bediente sich zu seinen Versuchen eines kleinen Holzkästchens, in dessen Boden
B D
, Fig. 87, zwei Glasröhren eingesetzt waren. Den Boden der Glas- röhren bildeten verkupferte Metallkapseln, welche mit den zum Galvanometer führenden Drähten in Verbindung standen. Vor Ausführung jedes Versuches mußten natürlich die Kupferböden beider Röhren geprüft werden, ob sie nicht schon bei Berührung mit
einer
Flüssigkeit einen Strom geben; man mußte sich also sorgfältig von ihrer Homogenität überzeugen. Ist dies geschehen, so wurde in die beiden Glasröhren die Flüssigkeit
f
1
gebracht, dann eine der Röhren mit der Flüssigkeit
f
2
bis nahe an den Boden des Holzkästchens so gefüllt, daß die Flüssigkeiten
f
1
und
f
2
sich nicht mischten, und hierauf kam wieder unter Beobachtung derselben Vorsicht die Flüssigkeit
f
3
.
Das Hauptresultat der in dieser Art ausgeführten Untersuchungen wurde bereits angegeben; Wild fand außerdem noch, daß die elektrischen Differenzen sich mit der Concentration der Flüssigkeiten ändern u. s. w. Ein praktisch verwerth- bares Resultat ergab sich jedoch hieraus nicht.
Fig. 87.
Elektricitätserregung bei Berührung von Flüssigkeiten.
Fig. 88.
Grove’s Gaselement.
Elektrische Differenzen treten ferner auch dann auf, wenn
Metalle mit Gasen
in Berührung kommen. Die Kenntniß dieser Thatsache ist schon älteren Datums, doch ausführliche Versuche wurden erst von Grove (1839) ausgeführt. Dieser bediente sich hierzu des in der Fig. 88 abgebildeten Apparates. In die beiden seitlichen Oeffnungen oder Tubuli der Flasche sind mit Hilfe von Kautschuk- pfropfen Glasröhren
O
und
H
eingesetzt; der mittlere Tubulus ist durch einen Glasstöpfel verschlossen. Die Röhren
O
und
H
sind an ihren unteren Enden offen, oben jedoch rund zugeschmolzen. Beim Zublasen der Röhren an ihren oberen Enden wurde je ein Platindraht mit eingeschmolzen, der nach außen zu ein kleines Platinnäpfchen trägt, während an das in die Röhre hineinragende Ende ein Platinstreifen befestigt ist. Diese Platinstreifen sind platinirt, d. h. mit Platin- schwamm überzogen.
Zur Ausführung der Versuche füllt man zunächst die Flasche durch die mittlere Oeffnung mit Wasser, welches mit Schwefelsäure angesäuert wurde; es werden hiermit etwa zwei Drittel der Flasche gefüllt. Stürzt man nach Verschließung der mittleren Oeffnung die Flasche um, so füllen sich natürlich auch die beiden Röhren mit Flüssigkeit, und diese bleibt in den Röhren, auch wenn die Flasche wieder aufrecht gestellt wird, weil die unteren offenen Enden der Röhren in die Flüssigkeit eintauchen. In die beiden Platinnäpfchen bringt man dann Quecksilber und hängt in dieses die beiden Leitungsdrähte ein, welche zum Galvanometer führen. Wird hernach durch die mittlere Oeffnung Sauerstoffgas in die Röhre
O
und Wasserstoffgas in die Röhre
H
eingeleitet, so zeigt die Magnetnadel des Galvanometers einen Ausschlag. Die Richtung des Ausschlages läßt erkennen, daß durch den Schließungsbogen ein Strom circulirt, welcher von der Sauerstoffröhre zu der mit Wasserstoff gefüllten Röhre verläuft. (Es ist hierbei die Bewegungsrichtung der positiven Elektricität gemeint.) Gleichzeitig beobachtet man ein Aufsteigen der Flüssigkeit in beiden Röhren. Die Flüssigkeit steigt jedoch nicht in beiden Röhren gleich schnell auf, sondern in der Röhre
H
beiläufig doppelt so rasch als in der Röhre
O
.
Da die beiden Röhren
O
und
H
vollkommen gleich gemacht wurden und sich nur dadurch unterscheiden, daß in der einen Wasserstoffgas das Platinblech umgiebt, in der anderen Sauerstoff, so folgt daraus, daß auch nur diese Gase die Ursache der Elektricitätserregung sein können. Die Stromrichtung lehrt, daß das Platinblech, welches mit Wasserstoffgas in Berührung steht, negativ elektrisch wird, während dieses selbst sich als positiv elektrisch erweist. Das Aufsteigen der Flüssigkeit in den beiden Röhren findet darin seine Erklärung, daß der elektrische Strom bei seinem Durchgange durch die Flüssigkeit diese in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Sauerstoff scheidet sich hierbei in der mit Wasserstoff gefüllten Röhre, der Wasserstoff in der mit Sauerstoff gefüllten Röhre aus. Sonach stehen in beiden Röhren Wasserstoff und Sauerstoff mit dem Platinschwamm auf den Platin- blechen in Berührung. Der Platinschwamm bringt in Folge seiner Eigenschaft, Gase in sehr großer Menge zu absorbiren, diese so nahe aneinander, daß sie sich chemisch verbinden. Wasserstoff und Sauerstoff bilden dann in Folge dieser „katalytischen“ oder Contactwirkung des Platinschwammes Wasser. Da sich aber stets zwei Volumina Wasserstoff mit einem Volumen Sauerstoff verbinden, so muß in der mit Wasserstoff gefüllten Röhre auch die Flüssigkeit doppelt so schnell steigen als in der mit Sauerstoff gefüllten.
Der Versuch ergab, daß der Wasserstoff bei der Berührung mit dem Platin- bleche positiv elektrisch wird, indeß das Blech negative Elektricität zeigt; wie verhält sich nun der Sauerstoff gegen das Platin? Dies erfahren wir aus nachstehenden zwei Experimenten. Man füllt die eine Röhre mit Wasserstoffgas und läßt die andere ganz mit Flüssigkeit gefüllt. Verbindet man nun die beiden Platinbleche mit den Galvanometerdrähten, so zeigt die Nadel in Größe und Richtung fast denselben Ausschlag wie bei unserem ersten Experimente. Erst nach und nach nimmt dieser Ausschlag an Stärke ab. Die Stromerregung ist somit blos der gegenseitigen Einwirkung des Platins und des Wasserstoffes zuzuschreiben, da, wenn auch der Sauerstoff elektromotorisch wirken sollte, gleich der anfängliche Nadelausschlag bei Hinweg- lassung des Sauerstoffes geringer sein müßte als bei Anwendung desselben. Die nachher eintretende Verminderung des Ausschlages ist wieder Folge der Wasser- zerlegung durch den Strom; durch diesen wird nämlich in der Wasserstoffröhre Sauerstoff und in der mit Flüssigkeit gefüllten Röhre Wasserstoff ausgeschieden; folglich wird das Platinblech in der letzterwähnten Röhre immer mehr mit Wasserstoff umgeben, während das Platinblech in der anderen Röhre von Anbeginn des Ex- perimentes aus mit Wasserstoff in Berührung stand. Somit kommen nach und nach beide Platinbleche mit demselben Gase in Berührung und die Erregung elektrischer Differenzen muß ihr Ende finden.
Das zweite Experiment, welches gleichfalls zeigt, daß die Berührung von Sauerstoff mit Platin nahezu gar nicht elektromotorisch wirkt, besteht in Folgendem: Man leitet in eine Röhre Sauerstoff und läßt die andere mit Flüssigkeit gefüllt. Verbindet man jetzt die beiden Bleche mit den Galvanometerdrähten, so zeigt die Nadel durch einen kaum merkbaren Ausschlag einen sehr schwachen Strom an, dessen Richtung erkennen läßt, daß der Sauerstoff bei seiner Berührung mit dem Platin- bleche letzteres sehr schwach positiv erregt.
Durch Grove wurde eine große Anzahl von Gasen und Dämpfen untersucht und diese Untersuchung gab das interessante Resultat, daß die Gase sich mit den Metallen in eine Spannungsreihe ordnen lassen. Wenn man, wie früher bei der Spannungsreihe der Metalle, mit dem elektropositivsten Körper beginnt, erhält man folgende Reihenfolge:
Metalle, welche das Wasser zersetzen
Wasserstoff
Kohlenoxyd
Phosphor
Schwefel
Alkohol
Aether
ölbildendes Gas
ätherische Oele
Kampher
Metalle, welche das Wasser nicht zersetzen
Stickstoff
Kohlensäure
Stickstoffoxyd
Sauerstoff
Superoxyde
Jod
Brom
Chlor.
Bringt man also eines jener Metalle, welche das Wasser nicht zersetzen, mit einem in der Reihe unterhalb stehenden Gase zusammen, so wird das Metall positiv elektrisch, und zwar um so stärker, je weiter Metall und Gas in der Reihe von- einander abstehen. Metalle, welche das Wasser nicht zersetzen, sind z. B. Gold, Silber, Platin u. s. w.
Galvanische Batterien.
Unter galvanischer Batterie versteht man die Verbindung mehrerer oder vieler galvanischer Elemente zu einer geschlossenen Reihe in der Art, daß nur je eine Metallplatte der einen und eine Metallplatte der zweiten Art unverbunden bleibt. Fig. 89 stellt eine derartige Batterie, bestehend aus Kupfer-Zinkelementen, dar. Hierbei ist das Zink des ersten Elementes frei, das Kupfer des ersten mit dem Zinke des zweiten, das Kupfer des zweiten mit dem Zinke des dritten Elementes u. s. w. verbunden und das Kupfer des letzten Elementes bleibt schließlich frei. Die Wirkungsweise dieser Batterie können wir in nachstehender Weise erklären. Wie bereits früher (S. 161) mitgetheilt wurde, wird das Zink beim Eintauchen in verdünnte Schwefelsäure an seinem freien Ende negativ elektrisch und stößt die positive Elektricität in das äußere Kupferende. Dieser Vorgang tritt nun bei unserer Batterie gleichfalls in jedem Elemente auf. Da aber die einzelnen Elemente leitend untereinander verbunden sind, so muß der Vorgang eine gewisse Aenderung erfahren. Die vom Zinke des ersten Elementes abgestoßene positive Elektricität gelangt in das Kupfer des ersten Elementes, und da dieses mit dem Zinke des zweiten Elementes in leitender Verbindung steht, in dieses; dieses Zink des zweiten Elementes stößt aber an und für sich schon eine ebenso große Menge positiver Elektricität in das Kupfer des zweiten Elementes wie das Zink des ersten Elementes in das Kupfer des ersten Elementes. In das Kupfer des zweiten Elementes gelangt also die vom Zinke des ersten und die gleich große Menge positiver Elektricität, welche vom Zink des zweiten Elementes abgestoßen wird, also die doppelte Menge positiver Elektricität als in das Kupfer des ersten Elementes. Diese jetzt bereits doppelt so große Menge positiver Elektricität gelangt nun auf das Zink des dritten Elementes, vereinigt sich mit der von diesem abgestoßenen Menge positiver Elektricität und geht jetzt dreifach so groß zum vierten Element u. s. w. Die positive Elektricität nimmt also in demselben Maße zu als die Anzahl der Elemente, wird daher bei unserer aus fünf Elementen bestehenden Batterie fünfmal so groß sein als bei einem Elemente. Den umgekehrten Weg schlägt die negative Elektricität ein. Jedes eingetauchte Kupfer stoßt die negative Elektricität in das
Fig. 89.
Galvanische Batterie.
benachtbarte Zink und alle diese Mengen negativer Elektricität treten dann an das freie Zinkende des ersten Elementes.
Vereinigt man das freie Zinkende des ersten Elementes mit dem freien Kupfer- ende des letzten Elementes durch einen Draht, so ist die Batterie geschlossen. Es strömt dann in diesem Drahte, oder dem äußeren Schließungsbogen, stets negative Elektricität vom Zink zum Kupfer und positive Elektricität vom Kupfer zum Zink, während im inneren Schließungsbogen, in den Flüssigkeiten, die beiden Elektricitäten in der entgegengesetzten Richtung fließen. Galvanische Batterien sind in der mannig- fachsten Zusammenstellung und Form construirt worden; wir führen im Nachstehenden nur einige Beispiele vor, da die Besprechung technisch verwertheter Elemente Auf- gabe des zweiten Abschnittes dieses Buches bildet.
Die erste Batterie oder Säule wurde, wie bereits mitgetheilt, von Volta construirt; es war dies die sogenannte
Bechersäule
. Sie bestand aus bügelartig zusammengelötheten Zink- und Kupferstreifen, die derartig in je zwei einander benachbarte, mit verdünnter Schwefelsäure gefüllte Gefäße tauchten, daß in jedem derselben ein Zink einem Kupfer gegenüberstand. Sie hatte also beiläufig das Aus- sehen der in Fig. 89 dargestellten Batterie.
Urbanitzky
: Elektricität. 12
Jene Form der Batterie, von welcher eigentlich die Bezeichnung Säule abgeleitet ist, hat Volta erst später ersonnen. Diese
Volta-Säule
besteht aus wiederholter Combination von Kupfer, Zink und mit verdünnter Schwefelsäure getränkten Tuchscheiben. Auf einer Grundplatte sind drei oder vier Glassäulen vertical befestigt. Zwischen diese legt man kreisrunde Scheiben von Zink und Kupfer, darauf einen kreisförmigen, mit verdünnter Schwefelsäure getränkten Tuch- lappen, dann abermals eine Zink- und eine Kupferplatte, wieder einen Tuchlappen u. s. w. Hierbei muß natürlich stets dieselbe Ordnung eingehalten werden; dann erhält man als unterste Platte Zink, als oberste Kupfer. Auf letztere kann dann ein Metalldeckel aufgesetzt und leicht angedrückt werden. Ein Element dieser Säule
Fig. 90.
Volta-Säule.
besteht aus der Combination Kupfer, verdünnte Schwefel- säure und Zink; die unterhalb des ersten Elementes liegende Zinkplatte und die oberhalb des letzten Elementes liegende Kupferplatte haben für die Stromerzeugung keine Bedeutung und können daher weggelassen werden.
Da die Metalle an ihrer Berührungsfläche sich leicht oxydiren und durch diese Oxydschicht dann einen schädlichen Widerstand in der Säule erzeugen, löthet man häufig die Kupfer- und Zinkplatten paarweise zusammen. Durch den Druck, welchen das Gewicht der Metallplatten ausübt, können leicht Störungen in der Stromerregung der Säule hervorgerufen werden, indem nämlich die ver- dünnte Schwefelsäure aus den Tuchscheiben ausgepreßt wird, über die Platten herunterläuft und so diese in leitende Verbindung setzt. Um diesen Uebelstand zu ver- meiden, ordnet
Haldan
die Säule horizontal an; Andere geben hingegen den Kupferscheiben die Form von flachen Schalen. Eine in dieser Weise aufgebaute Säule ist in Fig. 90 abgebildet.
Die unterste Kupferplatte bildet hierbei den positiven, die oberste Zinkplatte den negativen Pol; verbindet man beide durch einen Metalldraht, so ist die Säule geschlossen und der positive Strom geht im Drahte vom Kupfer zum Zink, in der Säule vom Zink zum Kupfer. Durch ein Elektroskop kann man auf der obersten Zinkplatte freie negative, auf der untersten Kupferplatte positive Elektricität nachweisen. Leitet man den nicht mit dem Elektroskope in Verbindung stehenden Pol zur Erde ab, so wird die Elektricitätsanzeige im Elektroskope bedeutend verstärkt.
Die Volta-Säule wurde im Laufe der Zeit mannigfach abgeändert; so erhielt sie z. B. durch
Cruikshank
die in Fig. 91 dargestellte Form. Hier sind vier- eckige Kupfer- und Zinkplatten zusammengelöthet und in einem Holztroge derart befestigt, daß sie diesen in eine Reihe von Zellen theilen. Letztere werden mit ver- dünnter Schwefelsäure gefüllt. Das Auswechseln schadhafter Platten ist bei dieser Anordnung umständlich und die Säule hat deshalb auch keine praktische Ver- wendung.
Wollaston
hat, um die Oberfläche der Platten zu vergrößern, die Kupfer- bleche derart gebogen, daß sie die Zinkplatten beiderseits umschließen (Fig. 92). Sämmtliche Platten sind an einem viereckigen hölzernen Rahmen befestigt und lassen sich mit Hilfe dieses aus den mit verdünnter Schwefelsäure gefüllten Glasgefäßen ausheben, wenn die Batterie nicht gebraucht wird. Aehnliche Anordnungen wurden den Säulen von
Faraday, Münch, Schmidt
und
Young
gegeben.
Fig. 93 zeigt
Hare
’s sogenannten
Calorimotor
. Hare hat, um die Wirk- samkeit des Elementes möglichst zu erhöhen, den beiden Platten eine sehr große Oberfläche gegeben. Er erreichte dies, indem er lange Zink- und Kupferbleche mit Zwischenlegung von Holzstäben aufeinander brachte und dann zu einer gemein-
Fig. 91.
Säule von Cruikshank.
Fig. 92.
Säule von Wollaston.
schaftlichen Spirale zusammenrollte; die Holzstäbe haben den Zweck, die Berührung der beiden Platten hintanzuhalten. Auf diese Weise werden auch beide Seiten der Platten nahezu vollkommen ausgenützt, da der Zinkfläche fast überall eine Kupfer- fläche gegenübersteht. Die verdünnte Schwefelsäure befindet sich in einem Holzbottich, der auch mit einem Gestelle versehen ist, um das Element je nach Bedürfniß aus- heben und einsenken zu können. Das Element giebt in der That, namentlich im Anfange, einen sehr kräftigen Strom, der Metalldrähte zum Glühen und auch zum Schmelzen bringen kann. Auch dieses Element erfreut sich heute keiner praktischen Verwerthung mehr.
12*
Trockene Säulen
, d. h. Batterien ohne Anwendung einer Flüssigkeit, wurden zuerst von Behrens construirt (1806). Ferner verfertigten solche
de Luc
und
Zamboni
(1812); von Letzterem erhielt sie auch den Namen
Zamboni- Säule
. Diese Säulen wurden zunächst in der Weise verfertigt, daß man unechtes Gold- und Silberpapier mit den Rückseiten aufeinanderklebte und aus den in dieser Art erhaltenen Doppelbogen, deren eine Seite Gold, deren andere Silber war, eine große Anzahl kreisförmiger Scheiben ausstanzte. Letztere wurden dann so aufeinandergelegt, daß sämmtliche Goldseiten nach der einen, sämmtliche Silberseiten nach der entgegengesetzten Richtung zeigten. Da das unechte Goldpapier durch Ueberziehen mit einer dünnen Kupferschicht, das Silberpapier durch Ueberziehen mit einer Zinnschicht hergestellt wird, so erhält man durch das oben angegebene
Fig. 93.
Hare’s Calorimotor.
Verfahren eine Säule, welche ganz ähnlich der Voltasäule aufgebaut ist. Die Zinn- und Kupferschichten sind in jedem Plattenpaare durch Papier und Kleister, also einer sehr hygroskopischen Zwischenschicht, voneinander getrennt. Es mag gleich an dieser Stelle bemerkt werden, daß die Feuchtigkeit dieser Zwischenschicht eine wesentliche Bedin- gung für die Wirksamkeit der Säule bildet. Trocknet man die Säule sorgfältig, z. B. durch Aufbewahren in einem Raume, in welchem sich Chlorcalcium befindet, so wird sie völlig unwirksam. Es ist daher ganz unrichtig, diese sogenannte trockene Säule als einen Beweis für die Richtigkeit der Contacttheorie anzusehen.
Da man bei einer solchen Säule gewöhnlich eine sehr bedeutende Anzahl von Elementen, 3000 bis 4000, aufeinanderschichtet, so erlangen die beiden Endscheiben oder Pole der Säule ziemlich starke elektrische Spannun- gen, und zwar wird hierbei die letzte Zinnscheibe negativ, die letzte Kupferscheibe positiv elektrisch. Die Pole der Säule zeigen daher Anziehungs- und Abstoßungserschei- nungen, wie geriebene Glas- oder Harzstangen, ja man kann im Dunkeln selbst das Ueberspringen kleiner Fünkchen beobachten. Gleichwohl ist aber der Strom, welchen sie liefert, äußerst schwach; es rührt dies daher, daß, sobald die Pole einmal entladen sind, es immer geraume Zeit dauert, bevor sie wieder ihre ursprüngliche Ladung er- halten können, weil das Nachströmen der Elektricität wegen der außerordentlich schlechten Leitungsfähigkeit der Säule sehr langsam erfolgt. Dagegen erhält sich die elektrische Differenz an den beiden Polen jahrelang und dieser Umstand veran- laßte auch die verschiedenen Anwendungen der Säule. Eine lernten wir bereits kennen bei Besprechung des Elektroskopes von Behrens.
Behrens benützte die Säule auch zur Construction eines elektrischen
perpetuum mobile
(Fig. 94). Dieses besteht aus zwei vertical nebeneinandergestellten trockenen Säulen
S S
', deren eine den positiven, deren andere den negativen Pol nach oben kehrt. Diese beiden einander entgegengesetzten Pole tragen Metallansätze, die in gegen- einandergestellten Kugeln
n p
enden. In den Raum zwischen diesen beiden Kugeln hängt ein leichtes Pendel
a b
hinein. Dieses wird nun bei entsprechender Stellung von einem Säulenpole angezogen, wird gleichnamig elektrisch, dann von diesem Pole abgestoßen und von dem entgegengesetzten Pole der zweiten Säule angezogen, gleicht dort seine Elektricität mit der entgegengesetzten des Poles aus, empfängt von diesem Elektricität und pendelt wieder zum ersten Säulenpole zurück u. s. w., so lange die beiden Säulen ihre Wirksamkeit beibehalten. Es braucht wohl kaum erwähnt zu werden, daß dieses
perpetuum mobile
mit dem Gesetze der Erhaltung der Kraft in keinem Widerspruche steht. Das einmal in Bewegung gesetzte Pendel setzt allerdings unter Umständen jahrelang seine Bewegung fort, aber diese Bewegung wird nur mit Hilfe der stets zu den Polen der Säule strömenden Elektricität bewirkt; die Erregung dieser ist aber dem langsam fortschreitenden chemischen Processe in der Säule zuzuschreiben. Es wird also chemische Spannkraft auf- gezehrt, in Elektricität verwandelt und diese in mechanische Bewegung umgesetzt.
Rousseau
hat die trockene Säule zur Construction seines
Diagometers
benützt, d. h. eines Instrumentes, welches die verschiedene Leitungsfähig- keit der Körper benützt, um ihre chemische Zusammensetzung zu prüfen. Der untere Pol
m
' der Säule
A
, Fig. 95, ist zur Erde abgeleitet, vom oberen Pole
m
führt ein Draht zu der isolirt unter der Glasglocke auf- gestellten und in einer horizontalen Ebene frei beweglichen Nadel
M.
Die letztere ist schwach magnetisirt und trägt an einem Ende eine Scheibe. In derselben Höhe wie diese ist eine zweite eben so große Scheibe
L
isolirt aufgestellt. Bringt man das Instrument mit seiner Längsaxe in den magnetischen Meridian, so kommen beide Scheiben zur Berührung. Wird nun der obere Pol der Säule direct durch einen Draht mit der Nadel verbunden, so werden beide Scheiben gleichnamig elektrisch und stoßen sich ab; die Nadel kommt zur
Fig. 94.
Elektrisches
perpetuum mobile.
Ruhe, sobald die elektrische Abstoßungskraft und der auf den schwachen Magnetis- mus der Nadel wirkende Erdmagnetismus sich das Gleichgewicht halten. Letzteres tritt sehr rasch ein, wenn die Verbindung der Nadel mit dem Säulenpole durch einen guten Leiter hergestellt wird. Anders verhält es sich aber, wenn man zwischen der Säule und der Nadel einen schlechten Leiter einschaltet; es wird dann eine von der Leitungsfähigkeit dieses schlechten Leiters abhängende Zeitdauer erforderlich sein, bis die beiden Scheiben ihre volle oder Maximalladung haben und erst dann die Nadel eine fixe Stellung einnehmen können. Diese Zeitdauer ist daher ein Maß für die Leitungsfähigkeit der eingeschalteten Substanz und wurde von Rousseau zur Prüfung der Körper auf ihre chemische Reinheit benützt.
Um die Körper bequem einschalten zu können, ist der Poldraht der Säule zu einem Metallbügel geführt, dessen ein Ende in ein Metallschälchen
G
reicht, welches mit der Nadel durch den Träger
L
' in leitender Verbindung steht, im Uebrigen aber isolirt aufgestellt ist. Das Drahtende wird dann in geeigneter Ent- fernung über den Boden des Schälchens befestigt und in dieses die zu unter- suchende Substanz gebracht. Dadurch wird die Elektricität des Säulenpoles ge- zwungen, durch eine Schicht dieser Substanz zu gehen, bevor sie zur Nadel gelangt.
Mit Hilfe des Diagometers untersuchte Rousseau namentlich Fette und Oele, deren Prüfung auf ihre Reinheit durch chemische, beziehungsweise andere physikalische Methoden bekanntlich keine sehr genauen Resultate giebt, und fand dabei, daß z. B. Olivenöl ein viel geringeres Leitungsvermögen besitzt, als die übrigen fetten Oele; er konnte eine Beimischung von 1/100 Gewichtstheil der letzteren zu ersterem noch bestimmt
Fig. 95.
Rousseau’s Diagometer.
nachweisen. Dieser geringe Bruchtheil eines anderen zum Olivenöl hat also genügt, um des letzteren Leitungsfähigkeit so zu vermindern, daß sie durch Beobachtung der Ladungszeit der Scheiben erkannt werden konnte.
Ein anderes Beispiel ist die Untersuchung des Kaffees auf dessen Reinheit. Geröstete und gepulverte Kaffeebohnen leiten die Elektricität nicht; enthalten sie aber eine Beimischung von Cichorien (ein häufig benütztes Verfälschungsmittel), so werden sie leitend. Aehnlich verhält sich die Chocolade: ist sie aus reinem Cacao bereitet, so leitet sie nicht, enthält sie eine Beimischung von Mehl, so leitet sie die Elektricität.
Zamboni’s Säule, wie sie gegenwärtig bei Elektroskopen angewandt wird, verfertigt man gewöhnlich nicht mehr aus Gold- und Silberpapier, sondern hat es vortheilhafter gefunden, sie in nachstehender Weise anzufertigen: Das Silber- papier wird auf seiner Rückseite mit einer dünnen Schicht von Braunstein (Man- ganhyperoxyd) überzogen, indem man sehr feines, durch Schlämmen erhaltenes Pulver des Minerales in Honig, Gummi oder Leimwasser einrührt und dann auf das Silberpapier aufträgt. Aus den so vorbereiteten Bogen schlägt man dann mit Hilfe eines Locheisens Scheiben aus von zwei bis drei Centimeter Durchmesser. In ein Gestelle ähnlich jenem, welches wir bei der Volta-Säule kennen lernten, legt man hierauf eine Metallscheibe, an welcher auf drei Stellen des Umfanges Seidenfäden befestigt sind. Auf die Metallscheibe werden die Zinn-Braunsteinscheiben so geschichtet, daß alle Scheiben ihre Zinnseite nach der einen, ihre Braunsteinseite nach der anderen Richtung kehren. Auf die letzte Scheibe kommt wieder eine Metallscheibe, welche mit drei Löchern zur Aufnahme der Seidenfäden versehen ist. Mit Hilfe dieser und der beiden Metallscheiben wird die Säule etwas zusammengedrückt und in dieser Stellung durch Zusammenbinden der Seidenfäden erhalten. Die Säule kann nun als Ganzes aus dem Gestelle herausgenommen werden und kommt ge- wöhnlich in eine innen mit Harz gut überzogene Glasröhre, die an ihren Stirn- seiten mit Metallkapseln versehen ist. Jene Metallkapsel, welche an der Zinnfläche anliegt, bildet dann den negativen Pol der Säule, die andere den positiven. Das Einschließen der Säule in eine Glasröhre hat den Zweck, die Feuchtigkeit des Papieres am Entweichen zu verhindern.
Die bisher beschriebenen Batterien und überhaupt alle Elemente, welche aus zwei Metallen und nur einer Flüssigkeit gebildet werden, leiden an dem Uebel- stande, daß ihre Kraft kurze Zeit nach ihrer Inbetriebsetzung eine starke Abnahme zeigt. Die Ursache hiervon liegt in der chemischen Zersetzung der Flüssigkeit, welche durch den elektrischen Strom bewirkt wird. Letzterer zersetzt nämlich das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff; ersterer scheidet sich am Kupfer aus, da, wie wir aus dem Vorhergehenden wissen, dieser in der Flüssigkeit elektropositiv wird, und der Sauerstoff geht zur Zinkplatte. Letztere wird durch den Sauerstoff an ihrer Ober- fläche zu Zinkoxyd oxydirt und dieses löst sich in der Schwefelsäure zu Zinksulfat. Die Zinkplatte bleibt also stets rein erhalten. Anders verhält es sich aber mit der Kupferplatte; an dieser scheidet sich der Wasserstoff aus und überzieht nach und nach die Kupferplatte mit einer Schicht Wasserstoffgas. Letzteres wird aber hierbei positiv elektrisch und veranlaßt dadurch in der Flüssigkeit einen Strom positiver Elektricität vom Kupfer zum Zink, also in der entgegengesetzten Richtung als jener Strom, welcher durch die beiden Metalle und die Flüssigkeit hervorgerufen wird (vergl. Abbildung Seite 161). Dieser durch die chemische Zersetzung hervor- gerufene Gegenstrom ist nun eben die Ursache der rasch abnehmenden Kraft des Elementes.
Diese Uebelstände zu beseitigen, hat man verschiedene chemische und mecha- nische Mittel angewandt; sie bestehen häufig darin, daß man in die Batterie Stoffe bringt, welche leicht Sauerstoff abgeben. Der Sauerstoff verbindet sich dann mit dem Wasserstoffe zu Wasser und macht diesen dadurch unschädlich. Um zu verhindern, daß sich die Sauerstoff abgebende Substanz mit der übrigen Batterie- flüssigkeit mische, wird erstere gewöhnlich in gesonderte, poröse Gefäße gebracht. Diese gestatten wohl den Gasen, nicht aber den Flüssigkeiten den Durchgang und werden dadurch leitend für die Elektricität, daß sie sich mit Flüssigkeit an- saugen.
Die Anwendung obiger Hifsmittel führt zur Construction der
constanten Batterien,
deren erste von
Daniell
(1837) angegeben wurde. Die ursprüngliche Form derselben ist in Fig. 96 abgebildet. Ein Becher aus Kupferblech ist in seinem Boden kreisförmig ausgeschnitten und dieser Ausschnitt durch einen Kork- pfropfen verschlossen. An dem Pfropfen befestigt und zum Kupferbecher concentrisch gestellt ragt ein Stück Ochsengurgel
o o
bis nahe an den Rand des Bechers. Oben ist diese Ochsengurgel durch einen gleichweiten Kupfercylinder
c c
fortgesetzt, welcher mit der Kupferschale
b b
verbunden ist. Letztere besitzt einen siebartigen Boden und ruht mit ihren Rändern auf dem Rande des äußeren Kupferbechers auf. Der Zinkcylinder befindet sich innerhalb der Ochsengurgel und wird oben durch einen Pfropf gehalten. Der übrige von der Ochsengurgel umschloßene Raum ist mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt, während in den Raum zwischen der Ochsengurgel und dem äußeren Kupferbecher eine concentrirte Lösung von Kupfer- vitriol (Kupfersulfat) gebracht wird. Auf den siebartigen Boden der Schale
b b
kommen Kupfervitriolkrystalle, deren Zweck darin besteht, die Lösung stets concen- trirt zu erhalten.
Fig. 96.
Daniell-Element.
Ist das Element einige Zeit in Gebrauch, so löst sich Zink in der Schwefelsäure unter Bildung von Zinkvitriol auf, welche Lösung sich zu Boden senkt, da sie specifisch schwerer ist als die verdünnte Schwefelsäure. Man kann sie, ohne den Betrieb des Elementes unterbrechen zu müssen, entfernen, indem man durch den Trichter verdünnte Schwefelsäure nachfüllt, wodurch die Zinkvitriollösung durch das Rohr
g
zum Ausfließen gebracht wird. Zur Ab- leitung des Stromes versicht man den Kupfer- und den Zinkcylinder an ihren oberen Enden entweder mit Blechstreifen oder mit Quecksilber- näpfchen, in welche dann die Leitungsdrähte ein- gehängt werden.
Um einzusehen, wodurch ein solches Element befähigt wird, einen constanten Strom zu liefern, müssen die chemischen Processe, welche sich in den Flüssigkeiten abspielen, in Betracht gezogen werden. Wir wissen bereits, daß das Wasser durch den Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird und daß der Sauerstoff das Zink oxydirt; das Zinkoxyd löst sich dann in der Schwefelsäure und bildet Zinkvitriol. Durch diesen Proceß wird also die Schwefelsäure in der Ochsengurgel vermindert.
Der elektrische Strom zersetzt aber auch die Kupfervitriollösung und scheidet aus dieser das Kupfer aus, welches sich am Kupfercylinder niederschlägt. Der zweite Bestandtheil des Kupfervitriols, die Schwefelsäure, nimmt den in der Ochsen- gurgel ausgeschiedenen und durch diese in die Kupfervitriollösung übergeführten Wasserstoff auf und ersetzt in dieser Weise die durch die Bildung von Zinkvitriol dem Elemente entzogene Schwefelsäure. Der Verlust an Kupfervitriol durch die Zersetzung der Lösung wird durch die Krystalle, welche auf dem siebartigen Boden der Schale
b b
liegen, ersetzt. In dem Elemente wird also Zink, Kupfervitriol und Schwefelsäure verbraucht und dafür Zinkvitriol, Kupfer und Schwefelsäure erzeugt. Somit braucht einerseits die Schwefelsäure beim Zinkcylinder nicht ersetzt zu werden (weshalb auch das Rohr
g
wegbleiben kann), und andererseits ist die Anlagerung von Wasserstoff an den Kupfercylinder vermieden; das Element wird folglich so lange einen constanten Strom liefern, so lange Kupfervitriolkrystalle in der Schale sich befinden, und so lange der Zinkcylinder nicht verzehrt ist.
Das Element hat im Laufe der Zeit mannigfache Abänderungen erfahren, deren eine in Fig. 97 dargestellt ist. In einem Glasbecher befindet sich der Zink- cylinder
Zn
und die Ochsengurgel ist durch den porösen Thoncylinder (das Dia- phragma)
t
ersetzt. In dieses ragt der Kupferstab
C
hinein, welcher bei
D
ein Sieb zur Aufnahme der Kupfervitriolkrystalle trägt. Der Kupferstab taucht in eine Lösung von Kupfervitriol, der Raum zwischen dem Diaphragma und dem Glas- becher ist mit verdünnter Schwefelsäure ausgefüllt. Jeder Kupferstab ist mit dem Zinkcylinder des nachfolgenden Elementes durch einen Draht
a
verbunden.
Die schädliche Wirkung des Wasserstoffgases auf mechanische Weise zu be- seitigen, ist
Smee
(1840) gelungen. Das von ihm construirte Element ist in Fig. 98 abgebildet. In einem sehr hohen, gewöhnlich vierseitigen Glasgefäße sind
Fig. 97.
Daniell-Elemente.
Fig. 98.
Smee-Element.
zwei Zinkplatten
Zn
eingehängt und oben durch eine Schraubenzwinge zusammen- gehalten. Zwischen beiden Zinkplatten, und wohl isolirt von diesen, befindet sich die Platin- oder Silberplatte
Ag.
Letztere besteht jedoch nicht aus blankem Metallbleche, sondern sie ist mit einem Ueberzuge von Platinmoor, d. h. fein vertheiltem Platin, versehen. Letzteres wird auf galvanischem Wege auf der Platte niedergeschlagen. Das Glasgefäß erhält eine Füllung von verdünnter Schwefelsäure. Es wird des- halb verhältnißmäßig groß gemacht, damit sich der Zinkvitriol, welcher durch den Betrieb des Elementes gebildet wird, unterhalb der Metallplatten ansammeln kann. Die Platten bleiben hierdurch lange Zeit nur mit verdünnter Schwefelsäure in Berührung, und somit braucht die Flüssigkeit nur selten erneuert zu werden.
Die schädliche Wirkung des Wasserstoffgases wird durch den Platinmoor- überzug auf der Silberplatte zum größten Theile vermieden oder doch bedeutend vermindert. Vermöge der rauhen Beschaffenheit dieses Ueberzuges sammelt sich nämlich das Wasserstoffgas nur so lange an, bis die Gasblasen eine gewisse Größe erreicht haben und dann lösen sie sich ab und entweichen durch die Flüssigkeit. Der Wasserstoff schwächt daher den Batteriestrom nur bis zu einer bestimmten, stets gleichbleibenden Grenze und der Strom bleibt von dieser an constant. Die Silberplatte, welche den positiven Pol der Säule bildet, erhält gewöhnlich Wellen- form, um die Oberfläche zu vergrößern.
Für den Gebrauch in Laboratorien setzt man gewöhnlich eine größere oder geringere Anzahl von Elementen in einen Holzrahmen, der sich in einem geeigneten Gestelle heben oder auf die Batteriegläser herabsenken läßt (Fig. 99). Ist die Batterie nicht in Gebrauch, so wird der Holzrahmen sammt den Platten gehoben, letztere also aus der Schwefelsäure herausgezogen und dadurch eine Schonung der Zinkplatten erreicht. Eine in technischer Verwendung befindliche Form dieser Batterie werden wir in der zweiten Abtheilung dieses Buches kennen lernen.
Das Element von
Grove
zeichnet sich durch eine sehr kräftige elektro- motorische Wirksamkeit aus; diese beträgt 1·8 jener eines Daniell-Elementes. Das
Fig. 99.
Smee’sche Batterie.
Element von Grove, Fig. 100, besteht aus einem Glasgefäße, ähn- lich jenem der Daniell’schen Säule, in welchem sich ein oben und unten offener Zinkcylinder befindet. In diesem steht das Diaphragma und dieses enthält ein
S
-förmig gebogenes Platinblech. Das Glasgefäß wird mit verdünnter Schwefelsäure, das Diaphragma mit concentrirter Sal- petersäure gefüllt. Letzteres trägt oben einen Deckel aus Holz oder auch aus Porzellan, welcher mit einem Schlitze versehen ist, aus dem ein an das Platinblech an- genieteter Platinstreifen herausragt. Auf diesen wird eine Klemmschraube zur Aufnahme des Leitungsdrahtes aufgesetzt; eine eben solche Klemm- schraube trägt der obere Rand des Zinkcylinders. Der Deckel des Diaphragmas ist an seiner Unterseite mit Schwefel ausgegossen; letzterer trägt zum guten Verschluß des Diaphragmas bei und giebt auch dem dünnen Platinbleche eine gewisse Festigkeit. Den positiven Pol der Säule bildet das Platinblech.
Setzt man das Element in Thätigkeit, so wird das Wasser zersetzt und der Wasserstoff gelangt durch das Diaphragma in die concentrirte Salpetersäure; dieser entzieht er den Sauerstoff und vereinigt sich mit letzterem zu Wasser. Aus der Salpetersäure entsteht hingegen durch Reduction Stickoxyd, welches sich unter Bil- dung von Untersalpetersäure in der Salpetersäure löst und selbe grün färbt. Ein Theil des Stickoxydes entweicht jedoch in die Luft und verbindet sich mit dem Sauerstoff derselben zu Untersalpetersäure, welche in Form rothbrauner Dämpfe entweicht.
Durch den chemischen Proceß wird also wieder Zinkvitriol gebildet, gleich- zeitig entstehen aber auch Untersalpetersäure und Wasser. Die beiden letzt- genannten Producte bleiben zum größten Theile in der Thonzelle. Die Säule kann daher nur so lange constanten Strom geben, als unzersetzte Salpetersäure mit der Platinplatte in Berührung ist.
Der Vorzug, welchen diese Säule vor anderen besitzt, liegt, wie bereits hervorgehoben, in der bedeutenden elektromotorischen Kraft; hingegen ist es ein erheblicher Uebelstand der Säule, daß sie Dämpfe von Untersalpetersäure in der Luft bildet. Diese sind sowohl äußerst gesundheitsschädlich, als auch nachtheilig für alle Metalltheile, welche sich mit der Batterie im selben Raume befinden. Auch kommt, wegen der Platinplatten, der hohe Anschaffungspreis zu Ungunsten der Batterie in Betracht.
Letzterer ist bei der
Bunsen
’schen Kette vermieden. Eine ältere Form der- selben ist in Fig. 101 abgebildet. In ein oben zusammengezogenes Glasgefäß ist ein Kohlecylinder eingesenkt; in diesem steht die Thonzelle mit dem Zinkcylinder.
Fig. 100.
Grove-Element.
Fig. 101.
Bunsen-Element.
Der Raum zwischen Thonzelle und Glas wird mit Salpetersäure gefüllt und dieser werden durch Bohrungen im Kohlecylinder Wege geschafft, durch welche sie leicht circuliren kann. Der Kohlecylinder besitzt oben einen verstärkten Rand, mit welchem er auf dem Glasrande aufruht, um das Entweichen der Säuredämpfe möglichst hintanzuhalten. Das Diaphragma erhält eine Füllung von verdünnter Schwefelsäure. Um den Ableitungsdraht mit der Kohle in gut leitende Verbindung bringen zu können, wird um den oberen Rand der letzteren ein Metallstreifen gelegt, dessen Enden durch eine Schraube zusammengezogen werden können; der Metallstreifen selbst wird dann durch angelöthete oder angeschraubte Blechstreifen oder Drähte mit dem Zinkcylinder des nächsten Elementes verbunden.
Der chemische Proceß, welcher in diesem Elemente vor sich geht, ist derselbe, wie der bei der Säule von Grove geschilderte. Die Bereitung der Kohle, sowie die Abänderungen, welche das Element für die technische Verwendung erfahren hat, werden, wie auch die übrigen technisch verwertheten Säulen, in der zweiten Abtheilung vorliegenden Buches einer eingehenderen Besprechung unterzogen werden.
Stromerregung durch Temperatur-Unterschiede — Thermo-Elek- tricität.
Der Erste, welcher Stromerregung durch Temperaturdifferenzen im metal- lischen Schließungsbogen nachwies, war, wie in der Geschichte der Elektricität mitgetheilt wurde,
Seebeck
.
Er befestigte auf ein Wismuthstäbchen
a b
, Fig. 102, einen Kupferbügel
k
und ließ innerhalb dieses auf einem Stativ aufgesetzten Metallrahmens eine Magnetnadel
n s
anbringen, welche sich auf einer Stahlspitze frei drehen konnte. Der Metallrahmen wurde dann in den magnetischen Meridian gebracht, so daß also die Magnetnadel sich in die Ebene des Rahmens stellte. Sobald man nun eine der Verbindungsstellen von Kupfer und Wismuth erhitzte, während die andere ihre ursprüngliche Temperatur beibehielt, gab die Nadel durch ihren Ausschlag einen elektrischen Strom im Rahmen zu erkennen. Der Strom dauert hierbei so lange an, als beide Verbindungsstellen der Metalle verschiedene Temperaturen
Fig. 102.
Seebeck’s Versuch.
zeigen. Anstatt eine Stelle zu erwärmen, kann man sie auch abkühlen. Zur Hervor- bringung eines Stromes ist nur eine Differenz der Tem- peraturen beider Verbindungs- stellen erforderlich.
Die Magnetnadel zeigt durch ihre Bewegung nicht nur die Existenz eines Stromes überhaupt an, sondern sie läßt durch die Richtung ihres Aus- schlages auch die Richtung des Stromes erkennen. Erhitzt man z. B. die nördliche Löth- stelle des Rahmens, so be- wegt sich das Nordende der Nadel nach Osten. Dieser Ablenkung entspricht aber ein Strom, welcher an der er- hitzten Stelle vom Wismuth zum Kupfer, an der kalten Stelle vom Kupfer zum Wismuth geht. Man findet nämlich die Richtung des Stromes in der Art, daß man sich im Strome schwimmend eine menschliche Figur denkt; diese muß hierbei gegen die Nadel sehen und den Nordpol derselben zur Linken haben. Die Strom- richtung geht dann von den Füßen zum Kopfe der Figur.
Solche Thermoströme entstehen aber nicht blos bei Anwendung von Kupfer und Wismuth, sondern auch wenn irgendwelche metallische Körper an ihren Be- rührungsstellen ungleiche Temparatur besitzen. In Bezug auf die Größe der elektro- motorischen Kraft, welche hierbei auftritt, ist die Natur des Körpers ausschlag- gebend; sowohl die chemische Zusammensetzung, als auch die Structur wirken auf das Resultat verändernd ein. Ferner hat auch die Temperatur, bis zu welcher eine Verbindungsstelle erhitzt wird, wesentlichen Einfluß. Ausgedehnte Untersuchungen über diese Verhältnisse wurden von Seebeck angestellt und diesem gelang es auch, die Metalle in eine
thermoelektrische Spannungsreihe
einzuordnen; diese Spannungsreihe ist:
+ Antimon
Arsen
Eisen
Zink
Silber
Gold
Zinn
Blei
Kupfer
Platin
Kobalt
Nickel
— Wismuth.
Es muß hierzu bemerkt werden, daß diese Spannungsreihe nur für Temperatur- differenzen innerhalb gewisser Grenzen gilt, und daß sie überdies auch noch wesentlich geändert werden kann, wenn Metalle verschiedener Structur benützt werden. Unter Beobachtung dieser Umstände gilt auch für diese Reihe das Gesetz der Spannungs- reihen. Wismuth und Antimon stehen in der Reihe am weitesten voneinander ab, werden daher auch die kräftigste Wirkung erzielen lassen, oder das stärkste
Thermo- Element
geben.
Die Kraft eines und desselben Thermo-Elementes nimmt im Allgemeinen zu mit der Zunahme der Temperaturdifferenz zwischen beiden Löthstellen. Die Zu- nahme schreitet jedoch nicht bis zu beliebigen Differenzen fort, sondern gilt für jede Combination nur innerhalb bestimmter Grenzen. Werden diese überschritten, so hört die Elektricitätserregung nicht selten ganz auf oder tritt bei weiterem Fortschreiten zwar neuerdings auf, giebt aber einen Strom, der in entgegengesetzter Richtung verläuft, als jener bei geringeren Temperaturdifferenzen. Thermo-Elemente liefern einen constanten Strom, so lange die Temperaturen an den Löthstellen constant erhalten werden. Man erreicht dies am einfachsten dadurch, daß man die eine Löth- stelle in schmelzendes Eis, die andere in kochendes Wasser bringt; erstere wird dann stets die Temperatur 0, die letztere 100 Grade
C.
besitzen.
Die elektromotorische Kraft der Thermo-Elemente verglichen mit jener der gal- vanischen ist sehr gering.
So beträgt z. B. die elektromotorische Kraft zwischen reinem Silber und käuflichem Kupfer
eines Daniell-Elementes. Setzt man diese elektro- motorische Kraft gleich 1, so bekommt man bei denselben Temperaturdifferenzen folgende Werthe für:
Silber und Wismuth 32·9
„ „ Neusilber 5·2
„ „ Quecksilber 2·5
„ „ Blei 1·0
„ „ reines Antimon 9·87
„ „ Tellur 179
„ „ Selen 290
Wie diese Tabelle zeigt, sind zur Bildung von Thermo-Elementen nicht nur reine Metalle, sondern auch Metalllegierungen (Neusilber), sowie auch Körper, bei welchen der metallische Charakter schon sehr zurücktritt (Selen, Tellur), verwendbar. Seebeck hat gefunden, daß sich die Metalllegierungen in die Spannungsreihe der Metalle einreihen lassen, daß aber manche Legierungen nicht zwischen jene Metalle zu stehen kommen, aus welchen sie gebildet wurden. Für einzelne Legierungen erhielt er z. B. folgende Spannungsreihe:
—
Wismuth
Blei
Zinn
1 Wismuth 3 Zink
1 Wismuth 3 Blei
Platin Nr. 2
1 Wismuth 3 Zinn
Kupfer Nr. 2
1 Wismuth 1 Blei
Gold Nr. 1
Silber
1 Wismuth 1 Zinn
Zink
3 Wismuth 1 Blei
1 Antimon 1 Kupfer
1 Antimon 3 Kupfer
1 Antimon 3 Blei; 3 An- timon 1 Blei
1 Antimon 3 Zinn; 3 An- timon 1 Zinn
Stahl
Stabeisen
3 Wismuth 1 Zinn
1 Wismuth 3 Antimon
Antimon
1 Antimon 1 Zinn
3 Antimon 1 Zink
+
Die Thermo-Elemente können wie die galvanischen in größerer oder geringerer Anzahl zu Batterien vereinigt werden. Man ordnet dann die Elemente so an, daß alle geraden Löthstellen (2, 4 im Schema Fig. 103) auf die eine, alle ungeraden (1, 3, 5) auf die andere Seite zu liegen kommen, um die einen bequem erwärmen, die anderen abkühlen zu können.
Der Umstand, daß die elektromotorische Kraft einer Thermosäule bei geringen Temperaturdifferenzen diesen proportional wächst, ermöglicht die Anwendung der Thermosäulen zur Messung der Temperaturen. Man verbindet zu diesem Behufe die Pole der Thermosäule durch Drähte mit einem sehr empfindlichen Galvanometer. Tritt dann zwischen den Temperaturen verschiedener Löthstellen auch nur eine sehr geringe Differenz ein, so sendet die Thermosäule sofort einen Strom in das Galvanometer, welches diesen und dessen von der Höhe der Temperaturdifferenz ab- hängige Stärke durch den Ausschlag der Nadel zu erkennen giebt. Man hat somit in der combinirten Anwendung von Thermosäule und Galvanometer ein höchst empfindliches Thermometer; nach Melloni können hiermit noch Temperaturdifferenzen von
Grad gemessen werden, eine Leistung, die mit keinem anderen Thermo- meter zu erreichen ist.
Die Form, welche man den Thermosäulen giebt, um sie zu Untersuchungen aus dem Gebiete der Wärmelehre zu verwenden, richtet sich nach dem speciellen Zwecke, der hierbei verfolgt wird. Eine häufig angewandte Form ist jene, bei welcher die einzelnen Thermo-Elemente so angeordnet werden, daß sie einen Würfel bilden Fig. 104). Auf einer Seite dieses Würfels befinden sich alle geraden, auf der ent- gegengesetzten Seite alle ungeraden Löthstellen. Die ganze Säule wird dann gewöhnlich in eine Fassung isolirt eingesetzt und auf ein Statif befestigt (Fig 105). Auf eine Seite des Würfels kann dann ein Com s
C
aufgesetzt werden, welcher dazu dient, um die Wärmestrahlen in größerer Menge zuzuleiten. An den Polklemmen
m
und
n
befestigt man dann die Zuleitungsdrähte
a b
zum Galvanometer.
Fig. 103.
Schema einer Thermofäule.
Fig. 104.
Thermosäule.
Fig. 105.
Thermosäule.
Zu gewissen Zwecken verwendet man auch Thermosäulen, bei welchen sowohl die geraden als auch die ungeraden Löthstellen in je einer geraden Linie angeordnet sind. In anderen Fällen leistet wieder die
thermoelektrische Nadel
gute Dienste. Diese besteht aus nur einem Elemente, dessen Löthstelle zugespitzt wird, während die freien Enden mit dem Galvanometer in leitende Verbindung gesetzt werden. Mit ihrer Hilfe können die Wärmeverhältnisse von Geweben (animalischen und pflanzlichen) bequem untersucht werden.
Thermoelektrische Erscheinungen treten auch schon bei ganz einfachen Vor- richtungen auf. Um eine solche hervorzurufen, genügt es z. B., das Ende eines Galvanometerdrahtes zum Glühen zu erhitzen und dann mit dem Ende des zweiten Galvanometerdrahtes in Berührung zu bringen; die Galvanometernadel zeigt auch einen Strom an, wenn an die Galvanometerdrähte zwei Drähte gelöthet werden, man den einen erhitzt und dann mit den andern in Berührung bringt u. s. w.
Die Gesetze des galvanischen Stromes.
Wir wissen, daß durch Eintauchen zweier Metalle in Flüssigkeit elektro- motorische Kräfte geweckt werden, und daß in Folge dessen eine Bewegung der Elektricitäten, ein galvanischer Strom, eintritt. Dieser dauert so lange an, so lange der chemische Proceß währt. Hierbei fließen die beiden Elektricitäten stets von Stellen höheren, zu solchen niedrigeren Potentials. Greifen wir nochmals auf jenes Experiment zurück, bei welchem wir eine Kupfer- und eine Zinkplatte in verdünnte Schwefelsäure tauchten und die freien Enden beider Platten durch einen Draht ver- banden. Jede derartige Vorrichtung nennt man ein
geschlossenes Element
. Bei unserer Combination bewegt sich die positive Elektricität vom freien Kupferende zum freien Zinkende und die negative in der umgekehrten Richtung. Wir wissen aber auch, daß sich die Bewegung der Elektricitäten nicht nur auf diese Theile des Elementes beschränkt, sondern auch auf die in die Flüssigkeit eingetauchten Platten und auf die Flüssigkeit selbst erstreckt. In der Flüssigkeit strömt positive Elektricität vom Zink zum Kupfer und negative in der entgegengesetzten Richtung.
Im ganzen Elemente circuliren also zwei Kreisströme, welche einander ent- gegengesetzt gerichtet sind. Um die Vorstellung dieser Vorgänge zu erleichtern, möge nachstehender Vergleich mit dem Verhalten bewegten Wassers herangezogen werden. Vom Wasserspiegel
W
, Fig. 106, erheben sich zwei Röhren, welche mit den Wasserbehältern
A
und
B
in Verbindung stehen. Da das Niveau in
B
höher steht als in
A
, so wird das Wasser von
B
so lange durch die Verbindungsröhre
R
nach
A
überströmen, als noch eine Differenz zwischen den Höhen der beiden Wasserspiegel besteht. Sorgt man überdies noch durch eine Pumpe
P
dafür, daß das Niveau in
B
constant erhalten wird, so erhält man auch in
R
eine con- stante Strömung. Dieses Verhalten ist jenem des galvanischen Stromes ganz analog. Bei diesem fließt die Elektricität von Stellen höheren zu Stellen tieferen Poten- tiales, beim Wasser tritt eine Strömung vom höheren zum tieferen Wasserspiegel ein. Beim Elemente wird der elektrische Strom zu einem dauernden gemacht durch die Umwandlung chemischer in elektrische Energie, beim Wasser wird die Arbeit der Pumpe dazu angewandt, um die Druckhöhe im Wasserreservoir (
B
) constant zu erhalten.
Bei der Bewegung der Elektricität im Stromkreise des Elementes muß offenbar durch jeden Querschnitt des Leiters eine bestimmte
Menge
Elektricität in einer bestimmten Zeit, z. B. in einer Secunde, durchgehen. Man nennt jene Menge der Elektricität, welche in einer Secunde irgend einen Querschnitt des Leiters durchfließt, die
Stromstärke
oder -
Intensität
. Lassen wir in ein wie immer gestaltetes Gefäß in jeder Secunde eine bestimmte Menge Wassers, z. B. 10 Liter, auf einer Seite einströmen und sorgen dafür, daß bei stets gefülltem Gefäße auch in jeder Secunde 10 Liter am entgegengesetzten Ende ausfließen, so müssen selbstverständlich in jedem beliebigen Querschnitte des Gefäßes in jeder Secunde 10 Liter Wasser durchströmen. Die Quantität des in der Secunde durch irgend einen Querschnitt strömenden Wassers ist also von der Größe des Quer- schnittes unabhängig. Geradeso verhält es sich auch beim galvanischen Strom. Circulirt in einem geschlossenen Elemente ein constanter Strom, so passirt in jedem Querschnitte des Stromkreises in einer Secunde dieselbe Quantität Elek- tricität. Wir haben daher den Satz:
In jedem Stromkreise besitzt der galvanische Strom eine bestimmte, und zwar an allen Stellen des Kreises gleiche Stärke
.
Auf die Quantität des Wassers, welches in einer bestimmten Röhrenleitung einen beliebigen Querschnitt in jeder Secunde durchströmt, übt der Druck, unter welchem das Wasser durch die Röhren getrieben wird, in der Art Einfluß aus, daß die Wassermenge zunimmt, wenn der Druck zunimmt. In diesem Falle erhält das Wasser eine raschere Bewegung, und deshalb muß auch in derselben Zeit eine größere Menge jeden Querschnitt passiren. Der Druck des Wassers im Behälter
B
(Fig. 106) kann in der Weise gesteigert werden, daß man diesen Behälter oben verschließt und mit einem zwei- ten höher gelegenen durch eine Röhre verbindet. Durch An- bringung weiterer immer höher gelegener Behälter kann dann der Druck noch mehr gesteigert werden. Beim galvanischen Elemente setzt die
elekromoto-
rische Kraft oder die Potential- differenz auf den Metallplatten die Elektricität in Bewegung; die Potentialdifferenz ist hier der Druck, durch welchen die Menge der Elektricität, die in der Secunde einen Querschnitt
Fig. 106.
des Leiters passirt, beeinflußt wird; hiervon hängt also in einem gegebenen Strom- kreise die Stromstärke ab.
Verbindet man daher zwei, drei, vier oder mehrere galvanische Elemente hintereinander und vermehrt hierdurch die elektromotorischen Kräfte, so wird auch die Stromstärke- oder Intensität erhöht. Wir erkennen daraus das Gesetz:
Die Intensität des Stromes wird desto größer, je größer die elektro- motorische Kraft ist, welche in dem gegebenen Stromkreise wirkt
. (1)
Die Stromstärke muß aber auch noch von einem andern Umstande ab- hängen. Es wurde nämlich schon früher erwähnt, daß sich die Elektricität in ver- schiedenen Körpern verschieden schnell fortpflanzt, oder mit anderen Worten, daß jeder Körper der Fortbewegung der Elektricität einen von seiner Natur und Be- schaffenheit abhängigen Widerstand entgegensetzt. Offenbar muß nun die Menge der Elektricität, welche in der Secunde durch einen Querschnitt fließt, vermindert werden, wenn der Widerstand im Stromkreise ein größerer wird; das heißt also, die Stromstärke wird geringer. Der Widerstand, den der Strom in einem ge- schlossenen Elemente zu überwinden hat, setzt sich zusammen aus dem Widerstande
Urbanitzky
: Elektricität. 13
des Verbindungsdrahtes zwischen den freien Enden der Platten, dem sogenannten
äußeren
Widerstande und dem Widerstande in den eingetauchten Platten und in der Flüssigkeit oder dem
inneren
Widerstande. Beide zusammen oder der Gesammt- widerstand wirkt dann auf die Stromstärke in der Art ein,
daß die Intensität des Stromes desto kleiner wird, je mehr der Gesammtwiderstand zunimmt
. (2)
Fassen wir die beiden zuletzt gefundenen Sätze (1 und 2) zusammen, so erhalten wir das nach seinem Entdecker G. S. Ohm benannte oder
Ohm’sche Gesetz
:
Die Stromstärke einer galvanischen Kette ist direct proportional ihrer elektromotorischen Kraft und umgekehrt proportional dem Wider- stande des Stromkreises
.
Die Stromstärke wird also zwei-, drei-, viermal größer, wenn die elektro- motorische Kraft zwei-, drei-, viermal größer wird; sie sinkt auf die Hälfte, ein Drittel, oder ein Viertel, wenn der Widerstand zwei-, drei-, viermal größer wird. Man kann daher das Ohm’sche Gesetz auch in nachstehender Form ausdrücken:
In diesem für jeden galvanischen Strom geltenden Gesetze sind also die Be- ziehungen zwischen den drei in Betracht kommenden Factoren gegeben. Es ist nun zu untersuchen, von welchen Umständen diese einzelnen Factoren wieder ab- hängen. Wir haben gehört, daß sich der Widerstand des Stromkreises aus den Widerständen der einzelnen Theile des Stromkreises (Metallplatten, Flüssigkeit und Verbindungsdrähten, eventuell dem Widerstande einer in den Kreis geschalteten Bussole) zusammensetzt. In welcher Weise wirken nun die Beschaffenheit und die Dimensionen dieser Theile auf die Größe des Widerstandes?
Nehmen wir an, wir hätten als Stromquelle ein Daniell’sches Element und verbinden dieses durch einen Kupferdraht von einem Meter Länge mit der Bussole. Durch den galvanischen Strom wird dann die Nadel der Bussole abgelenkt und schließt mit ihrer Ruhelage einen bestimmten Winkel ein. Ersetzen wir nun den 1 Meter langen Kupferdraht durch einen solchen von 2 Meter Länge. Auch jetzt wird die Magnetnadel ihre Ruhelage verlassen und mit dieser abermals einen bestimmten Winkel einschließen; dieser Winkel ist jedoch diesmal kleiner. Aehnliche Resultate erhalten wir, wenn dem zum Versuche benutzten Kupferdrahte eine Länge von 3, 4, 5 … Meter gegeben wird. Der Ausschlag der Nadel verringert sich dann immer mehr. Da dieser das Resultat der combinirten Einwirkung des constanten Erdmagnetismus und der Stromstärke auf die Nadel ist, so kann aus den Ausschlägen der letzteren die Wirkung der Länge des Kupferdrahtes auf den Widerstand berechnet werden. Man findet hierbei, daß der Widerstand eines Drahtes zwei-, drei-, viermal größer wird, wenn die Länge desselben auf das Zwei-, Drei-, Vierfache steigt.
Dieses Verhalten zeigt nicht nur ein Kupferdraht, sondern jeder Körper, welcher als Stromleiter benutzt wird oder durch welchen der Strom gehen muß; Es gilt auch für die Einschaltung von Füssigkeitssäulen und somit auch für die Flüssigkeitsschichten zwischen den Metallplatten eines galvanischen Elementes.
Aendert man die Versuche in der Weise ab, daß man immer gleich lange Kupferdrähte in den Stromkreis einschaltet, aber deren Dicke verschieden nimmt, so findet man, daß auch diese Aenderungen auf die Größe des Nadelausschlages Einfluß nehmen. Es zeigt sich hierbei, daß der Ausschlagswinkel desto größer wird, je größer man den Querschnitt des eingeschalteten Drahtes wählt, d. h. also, durch Vergrößerung des Querschnittes wird der Widerstand des Drahtes ver- mindert, oder umgekehrt, durch Verminderung des Querschnittes wird der Wider- stand erhöht.
Auch dieses Gesetz hat nicht blos für Kupferdrähte, sondern für jeden in den Stromkreis geschalteten Leiter Geltung, und somit kennen wir den Einfluß der Dimensionen auf die Größe des Widerstandes, welchen ein Körper dem Durch- fließen des galvanischen Stromes entgegensetzt. Nicht in Betracht gezogen haben wir bisher die innere Beschaffenheit oder die chemische Natur des Körpers. Leiten gleich lange und gleich starke Drähte, von welchen der eine aus Eisen, der andere aus Kupfer gefertigt ist, den Strom gleich gut oder setzen sie seinem Durchgang ver- schieden große Widerstände entgegen? Wir können dies erfahren, wenn wir aber- mals unser Daniell-Element mit der Bussole verbinden und als Verbindungsdraht einmal einen Kupferdraht, dann einen Eisen-, Silber- oder Platindraht, aber alle von genau gleichen Dimensionen, benutzen. Führt man derartige Experimente aus, so lehrt der verschieden große Ausschlag der Nadel, daß auch das Material, aus welchem der Leitungsdraht verfertigt ist, Einfluß auf den Widerstand ausübt. Man nennt diesen Widerstand, der durch das Material des Leiters bedingt wird, den
specifischen Widerstand
des Leiters.
Um die specifischen Widerstände der Körper angeben zu können, muß natürlich eine Einheit angenommen werden, d. h. man muß den Widerstand
eines
Körpers gleich 1 setzen. Bezeichnet man also den Widerstand, welchen z. B. ein Kupferdraht von 1 Meter Länge und 1 Quadratmillimeter Querschnitt dem Durchgange des Stromes entgegengesetzt, mit 1, so findet man durch das Experiment den Widerstand des Platins gleich 3·57, des Neusilbers gleich 5·88 u. s. w. Diese Zahlen besagen also, daß ein Draht aus Platin einen 3·57mal, ein Draht aus Neusilber einen 5·88mal so großen Widerstand besitzt als ein genau gleich langer und gleich dicker Kupferdraht. Unter sonst gleichen Umständen ist also der Wider- stand eines Leiters desto größer, je größer sein specifischer Widerstand ist.
Fassen wir nun die Sätze, welche wir über den Widerstand gefunden haben zusammen, so haben wir folgendes Gesetz:
Der Widerstand eines Strom- kreises ist direct proportional seiner Länge und dem specifischen Leitungs- widerstande seines Materiales und umgekehrt proportional seinem Querschnitte
. Bringt man dieses Gesetz wieder in die Form, in welcher das Gesetz über die Stromstärke ausgedrückt wurde, so bekommen wir:
Schaltungen im inneren Stromkreise.
Die Gesetze, welche wir bisher kennen gelernt haben, erlauben uns nunmehr auch jene Verhältnisse zu studiren, welche bei Verbindung mehrerer oder vieler Elemente zu einer Stromquelle oder galvanischen Batterie eintreten und welche für die richtige Verwendung der Batterien zu irgend welchen Zwecken genan berücksichtigt werden müssen. Die Verbindung der galvanischen Elemente zu einer Batterie kann in verschiedener Weise bewerkstelligt werden. Eine solche Verbindungsweise haben wir bereits wiederholt benutzt. Sie besteht, wie das Schema in Fig. 107 erkennen läßt,
13*
darin, daß man immer das elektropositive Metall des einen Elementes mit dem elektronegativen Metalle des nachfolgenden Elementes verbindet. Es bleibt dann beim ersten Elemente das elektronegative Metall, beim letzten das elektropositive unverbunden. An diese beiden Platten, die Pole der Batterie, werden dann die Drähte des äußeren Stromkreises angeschlossen. Diese Art der Zusammenstellung von Elementen zu einer Batterie nennt man die
Hintereinanderschaltung
.
Der elektrische Strom fließt hier in der Flüssigkeit des ersten Elementes vom Zink zum Kupfer, durch den Verbindungsdraht zum Zink des zweiten Elementes, wo er sich mit dem daselbst erregten Strom vereinigt und zum dritten Elemente strömt u. s. w. bis zum letzten Elemente, aus welchem er durch die Kupferplatte
Fig. 107.
Hintereinan- derschaltung.
austritt, den äußeren Stromkreis durchläuft und wieder zum Zink des ersten Elementes znrückkehrt.
Die Stromstärke ist, wie wir früher gefunden haben, gleich:
oder, da letzterer sich aus dem Widerstande des Elementes und dem Widerstande des äußeren Stromkreises zusammensetzt, können wir auch schreiben:
Dies giebt uns den Werth für die Stromintensität, welche
ein
Element entwickelt. Verbinden wir nun mehrere, z. B. 6 Elemente, wie es unser Schema zeigt, hintereinander, so wirkt die elektromotorische Kraft sechsfach; gleichzeitig wird aber auch der innere Widerstand sechsmal so groß, da jetzt der Strom die Flüssigkeiten von 6 Ele- menten durchfließen muß. Unser Ausdruck für die Stromintensität geht daher über in
Nehmen wir nun an, der Widerstand des äußeren Schließungs- bogens sei im Verhältnisse zu dem inneren Widerstande so unbedeutend, daß sein Einfluß auf den Werth des Bruches nahezu gar nicht ver- ändernd einwirkt, dann können wir ihn vernachlässigen und schreiben:
oder, wenn wir durch 6 abkürzen:
Wir erhalten somit für die Stromintensität der 6 hintereinandergeschalteten Elemente denselben Werth wie für ein Element. Es ergiebt sich also aus dieser Discussion des Ohm’schen Gesetzes der Satz:
Bei Anwendung eines Schließungsbogens von sehr kleinem Widerstande kann man die Intensität des Stromes durch Vermehrung der Elemente nicht erhöhen
.
Betrachten wir jetzt den entgegengesetzten Fall: Der äußere Widerstand sei so groß, daß der Widerstand der 6 Elemente im Vergleiche zu ersterem gar nicht in Betracht kommt. Wir können dann den Widerstand der Elemente vernachlässigen und schreiben:
hieraus ersehen wir aber, daß durch die Hintereinanderschaltung von 6 Elementen die Stromintensität nahezu sechsmal so groß geworden ist als die eines Elementes, und können daher den Satz aufstellen:
Bei Anwendung eines Schließungsbogens von sehr großem Widerstande ist es zur Erzielung eines kräftigen Stromes vortheil- haft, die Elemente hintereinander zu schalten
.
Mehrere Elemente können aber auch noch auf eine zweite Art zu einer Batterie vereinigt werden, wie dies das Schema Fig. 108 darstellt. Bei dieser Anordnung sind alle Kupferplatten mit dem einen, alle Zinkplatten mit dem andern Leitungsdrahte verbunden. Eine derartige Batterie stellt daher gewisser- maßen nur
ein
Element dar, in welchem aber die eingetauchten Platten eine
Fig. 108.
Parallelschaltung.
sechsmal so große Oberfläche besitzen wie das ursprüngliche Element. Es wird daher auch bei dieser Berbindungsweise von Elementen zu einer Batterie die elektromotorische Kraft nicht vergrößert; der innere Widerstand ist hingegen durch die Verbindung von 6 Elementen auf den sechsten Theil des Widerstandes von einem Elemente herabgebracht worden, da der Strom durch einen sechsmal so großen Querschnitt fließt.
Man nennt diese Verbindung von Elementen zu einer Batterie die
Parallel- schaltung
und erhält für die Stromstärke von 6 parallel geschalteten Elementen den Ausdruck:
Betrachten wir nun abermals den Einfluß des äußeren Widerstandes auf die Stromintensität, so finden wir bei parallel geschalteten Elementen ein gerade entgegengesetztes Verhalten als bei Hintereinanderschaltung.
Ist nämlich der äußere Widerstand im Schließungsbogen verschwindend klein im Verhältnisse zu jenem in der Batterie, so kann ersterer vernachlässigt werden und obiger Ausdruck für die Stromintensität erhält die Form:
Der Nenner dieses Bruches ist nur der sechste Theil des Nenners jenes Bruches, welcher die Stromintensität eines Elementes ausdrückt, daher ist der ganze Werth des Bruches nahezu sechsmal so groß; d. h. also:
Bei geringem äußeren Widerstande wird die Stromstärke durch Vermehrung der Elemente erhöht, wenn diese parallel geschaltet werden
. Ist hingegen der äußere Widerstand sehr groß, so kommt im Vergleiche zu ihm der innere Widerstand nicht mehr in Betracht und der Ausdruck für die Stromintensität lautet dann:
, d. h.:
Bei großem äußeren Widerstande kann die Stromstärke durch Vermehrung der Elemente, wenn selbe in Parallelschaltung angeordnet sind, nicht erhöht werden
.
Fig. 109.
Fig. 110.
Gemischte Schaltungen.
Die vier Sätze, welche wir für die Stromstärke von Batterien bei ver- schiedenen Widerständen und verschiedener Schaltung der Elemente gefunden haben, sind sehr wichtig, da sie uns lehren, in welcher Weise eine größere Anzahl von Elementen verwendet werden muß, um ein möglichst günstiges Resultat zu erhalten. Die Regel, welche sich aus obigen Betrachtungen ergiebt, lautet nämlich:
Man verbindet die Elemente hintereinander, wenn der Wider- stand des äußeren Stromkreises ein sehr großer ist, nebeneinander oder parallel bei sehr kleinem Widerstande
.
Zwischen dem sehr hohen und sehr geringen Widerstande des äußeren Stromkreises liegen alle möglichen Werthe; handelt es sich daher um die Grup- pirung der Elemente für einen solchen mittelgroßen Widerstand, so wird weder die Hintereinanderschaltung aller Elemente, noch deren Parallelschaltung das günstigste Resultat geben. Man wird vielmehr eine entsprechende Combination beider Schaltungen anwenden müssen. Es ist leicht einzusehen, daß in dieser Weise alle möglichen Stromstärken erhalten werden können, denn wenn wir unseren Ausdruck für die Stromstärke betrachten, sehen wir, daß hierdurch Zähler und Nenner des Bruches sich ändern und daher dieser selbst jeden beliebigen Werth erhalten kann. Die Fig. 109 und 110 stellen zwei Beispiele solcher gemischter Schaltungen dar. In Fig. 109 sind je drei Elemente hintereinander, oder wie man sich auch ausdrückt, auf
Spannung
geschaltet, und die so erhaltenen zwei Gruppen (die beiden Vertical- reihen der Figur) parallel miteinander verbunden. Der Ausdruck für die Strom- intensität muß daher lauten:
In Fig. 110 sind je zwei Elemente auf Spannung verbunden und die hierdurch entstandenen drei Paare parallel geschaltet oder auf
Quantität
ge- kuppelt, woraus nachstehende Formel resultirt:
Schaltungen im äußeren Stromkreise.
Bisher wurde nur von den verschiedenen Anordnungen der Elemente in einer Batterie, also von der Zusammen- setzung des inneren Stromkreises gesprochen und hierbei auf jene des äußeren Stromkreises keine Rücksicht genommen. Es ist aber selbstverständlich, daß auch in diesem principiell verschiedene Anordnungen statthaben können. Hierbei ist jene Anordnung die einfachste, bei welcher alle Theile des äußeren Stromkreises so hintereinander liegen, daß der Strom sie nacheinander, ohne sich an irgend einer Stelle theilen zu müssen, durchfließt. Ein derartiger Schließungsbogen kann etwa durch das Schema in Fig. 111 versinnlicht werden. In diesem Falle sind die einzelnen Theile
a b
,
b c
und
c d
des Schließungsbogens so miteinander ver- bunden, daß sie dem Strome einen ungetheilten Weg darbieten. Der Strom muß hierbei einen Theil nach dem andern durchlaufen und hat deshalb auf seinem Wege einen Widerstand zu überwinden, der gleich ist der Summe aller Widerstände der einzelnen Theile des Schließungsbogens.
Die einzelnen Theile eines Schließungsbogens lassen sich aber nicht nur
hintereinander schalten
, sondern sie können auch in
Parallelschaltung
an- geordnet werden. Schemas solcher Parallelschaltungen stellen die Fig. 112 und 113 dar. In Fig. 112 geht ein einfacher Leitungsdraht bis
a
, zertheilt sich dort in sechs Zweige und diese vereinigen sich wieder in
b
zu einem Drahte, der zur Batterie zurückführt. In Fig. 113 verlaufen von der Batterie aus zwei parallele Drähte, welche an verschiedenen Stellen durch Querdrähte miteinander verbunden sind. In dem einen wie in dem andern Falle sind dem von der Batterie kommenden Strome mehrere Wege zur Rückkehr dargeboten. Man nennt solche Anordnungen eines Stromkreises
Stromverzweigungen
und verdankt die Gesetze, welche hier Geltung haben,
Kirchhoff
. Sie sind von Letzterem durch Verallgemeinerung des Ohm’schen Gesetzes gefunden worden. Nach diesem hängt die Stromstärke in einem gegebenen Schließungsbogen und bei Anwendung einer Batterie von constanter elektromotorischer Kraft derart vom Widerstande ab, daß letzterer abnehmen muß, wenn die Stromstärke zunimmt, und zunehmen muß, wenn die Stromstärke ab- nimmt; wäre dies nicht der Fall, so könnte ja unser Ausdruck für die Strom- intensität
keine Geltung mehr besitzen. Hieraus ergiebt sich bereits der wichtige Satz, daß in den Zweigen eines getheilten Leiters eine desto größere Stromstärke herrscht, je geringer der Widerstand des betreffenden Zweiges ist.
Hieraus folgt auch, daß die Stromstärken in den einzelnen Zweigen eines getheilten Stromleiters im Allgemeinen verschieden sein werden; die Summe der
Fig. 111.
Hintereinanderschaltung.
Fig. 112.
Fig. 113.
Parallelschaltungen.
Stromstärken in den Zweigen muß jedoch immer gleich sein der Stromstärke im ungetheilten Leiter.
Vergleichen wir wieder das Verhalten der Zweigströme mit jenem des Wassers in einer verzweigten Röhrenleitung (Fig. 114). Das Wasser strömt durch das Rohr
A B
in der Richtung des Pfeiles zu und durch das Rohr
C D
in der Richtung des Pfeiles ab. Die Verbindung zwischen
A B
und
C D
ist durch die Röhren 1 bis 6 hergestellt. Bei dieser Anordnung fließt das Wasser aus dem Rohre
A B
durch sechs Röhren in das Rohr
C D;
hierbei wird jedenfalls durch jenes Zweig- oder Verbindungsrohr die größte Wassermenge strömen, welches dem Durchgange derselben den geringsten Widerstand entgegensetzt. Die Wassermenge, welche durch alle Verbindungsröhren zusammengenommen durchfließt, muß aber unter der Voraussetzung, daß bei
D
ebensoviel Wasser ausströmen soll als bei
A
eintritt, gleich sein jener Wassermenge, welche durch
A B
oder
C D
fließt. Sind die Röhren 1 bis 6 alle von gleichen Dimensionen und gleicher Beschaffenheit, so wird durch jede dieser Röhren dieselbe Wassermenge sich bewegen. Daraus folgt aber auch, daß der Widerstand, welchen das Wasser bei seinem Uebertritte aus dem Rohre
A B
in
C D
findet, desto geringer werden muß, je mehr Zweigröhren vorhanden sind. Der Widerstand wird auf ein Sechstel verringert, wenn an Stelle einer Verbindungsröhre sechs Röhren von gleicher Beschaffenheit dem Ueber- fließen des Wassers zur Verfügung stehen.
Ganz analog verhalten sich die galvanischen Ströme. In den durch die Fig. 112 und 113 versinnlichten Stromkreisen hängt die Stromstärke in den einzelnen Zweigen (1 bis 6) von den Widerständen derselben ab. Der Durchgang des elektrischen Stromes durch die Verzweigungen des Leiters wird desto mehr erleichtert, je größer die Zahl der Zweige ist, und somit wird auch der Wider- stand des gesammten Stromkreises in demselben Maße vermindert. Sind die Zweige (1 bis 6) von vollkommen gleicher Beschaffenheit, so bil- den sie zusammengenommen einen Widerstand, der nur ein Sechstel des Widerstandes eines solchen Zweiges aus- macht. Würden wir jedoch die Zweige 1 bis 6
hinter- einander
anordnen, ähnlich wie im Schema (Fig. 111), so bewirkt dies eine Erhöhung des Widerstandes auf den sechsfachen Werth. Dieser Unterschied in dem Verhalten von nebeneinander und hinter-
Fig. 114.
einandergeschalteten Leitern in einem Stromkreise muß bei praktischen Anwendungen der Elektricität ebenso sorgfältig beachtet werden, wie die Schaltung von Elementen in einer Batterie.
Sowohl bei wissenschaftlichen als auch bei praktischen Anwendungen der Elektricität kommen jedoch außer diesen einfachen Stromverzweigungen auch noch com- plicirtere vor. Eine derartige Schaltung besteht z. B. darin, daß zwei Zweige eines Stromkreises auch untereinander verbunden sind. Betrachten wir, um in die hier herrschenden Verhältnisse einen Einblick zu gewinnen, zunächst wieder das Verhalten fließenden Wassers. In den Fig 115, 116 und 117 sind dreierlei Röhrencombinationen dargestellt. In jeder der drei Figuren fließt das Wasser in der Richtung des Pfeiles gegen
a
und findet dort zwei Röhren, durch welche es nach
c
überströmen kann. Hierbei wird sich, unter sonst gleichen Umständen, die Wassermenge in den beiden Zweigröhren so vertheilen, daß in jene mit größerem Querschnitte auch die größere Wassermenge eintritt, weil dort ein geringerer Wider- stand der Strömung entgegengesetzt wird. Da beim ungetheilten Rohre
c
ebensoviel Wasser ausströmen soll, als bei
a
einströmt, muß die Gesammtmenge des durch beide Zweigröhren
a b c
und
a d c
strömenden Wassers gleich sein der Wassermenge in dem ungetheilten Rohre.
In Fig. 115 gelangt das Wasser in der Richtung des großen Pfeiles nach
a
und trifft dort auf zwei genau gleiche Röhren
a b c
und
a d c
. Das Wasser wird sich daher auf diese gleichmäßig vertheilen, so daß durch jedes Zweigrohr die Hälfte der gesammten Wassermenge fließt. Nun ist aber in die Röhrenverzwei- gung noch die Röhre
b d
eingeschaltet, durch welche die beiden Zweigröhen vor
Fig. 115.
Fig. 116.
Fig. 117.
ihrer Wiedervereinigung bei
c
ebenfalls unterein- ander verbunden sind. Wird nun in
b d
eine Bewegung des Wassers eintreten? Offenbar nicht; denn nachdem sich das Wasser bei
a
in die beiden Zweige
a b
und
a d
gleichmäßig vertheilt hat, findet es bei
b
, bezie- hungsweise
d
für das Weiterströmen durch
b c
und
d c
genau dieselben Verhältnisse vor wie in den ersten Röhrenhälften. Es müssen sich deshalb von
b
durch das Ver- bindungsrohr nach
d
und von
d
auf demselben Wege nach
b
ganz gleiche Drücke fortpflanzen, die in der Röhre
b d
aufein- andertreffen und sich daher gegenseitig aufheben. In der letztgenannten Röhre tritt daher keine Bewegung des Wassers ein, und zwar ans dem Grunde, weil sich die Widerstände von
a b
und
b c
gerade so zuein- ander verhalten wie die Widerstände von
a d
und
d c
.
Aus demselben Grunde wird auch das Wasser im Rohre
b d
bei der durch Fig. 116 dargestellten Anordnung der Röhrenverzweigung unbewegt bleiben. Wenngleich hier die Zweige
a b c
und
a d c
verschieden weit sind, also dem Durchfließen des Wassers einen verschiedenen Widerstand entgegensetzen, so ist doch das Verhältniß der Röhrenstücke zueinander wieder dasselbe wie im ersten Falle. Auch hier verhalten sich die Widerstände in
a b
und
b c
gerade so zueinander wie in
a d
und
d c
.
Dieses Verhältniß besteht jedoch nicht mehr bei der in Fig. 117 dargestellten Anordnung. Hier theilt sich das Wasser bei
a
in zwei ungleich starke Ströme. Der stärkere Strom in
a d
findet, bei
d
angelangt, plötzlich einen viel engeren Röhrenquerschnitt vor, als jenen, durch welchen er früher geflossen ist; er stößt also auf einen vermehrten Widerstand. Die Folge davon wird sein, daß sich das Wasser bei
d
staut und einen starken Druck in der Richtung von
d
nach
b
aus- übt, d. h. ein Theil des Wassers bewegt sich durch das Verbindungsrohr in der Richtung von
d
nach
b
. Diese Bewegung des Wassers wird noch durch die Form des zweiten Röhrenzweiges
a b c
unterstützt. Bei
a
gelangt nämlich ein verhältniß- mäßig schwacher Strom in die Röhre
a b
und findet dann, bei
b
angelangt, eine bedeutend weitere Röhre
b c
zum Fortfließen vor. Diese wird dann durch die aus
a b
kommende Wassermenge nicht ausgefüllt, wodurch offenbar der Uebertritt des Wassers aus
a d
durch die Verbindungsröhe
d b
in das Zweigrohr
b c
er- leichtert wird. Das Resultat einer derartigen Anordnung der Röhrenleitung ist also, daß in der Verbindungsröhre
d b
eine Bewegung des Wassers in der Richtung von
d
nach
b
eintreten muß.
Nach dem Vorhergehenden hat es nun gar keine Schwierigkeit, die Stromvertheilung in einem ähnlich den Wasserleitungsröhren verzweigten Schließungsbogen zu erklären. In Fig. 118 geht von der Batterie aus ein Leiter bis
a
, theilt sich dort in die beiden Zweige
a b c
und
a d c
, die sich bei
c
wieder vereinigen und dann gemeinschaftlich als unverzweigter Draht wieder zur Batterie zurückführen; die beiden Zweige sind untereinander durch einen dritten Draht, die sogenannte
Brücke
, verbunden.
Fig. 118.
Stromverzweigung.
Die Stromrichtung in den einzelnen Drähten ist durch Pfeile angedeutet. Der von der Batterie kommende Strom theilt sich bei
a
in zwei Zweige, von welchen einer durch
a b
, der andere durch
a d
fließt; bei
b
und
d
theilen sich die Ströme neuerdings, indem ein Theil über
b c
und
d c
nach
c
geht und von dort wieder zur Batterie zurückkehrt, während der andere Theil einerseits von
b
nach
d
und andererseits von
d
nach
b
fließt. Die beiden Ströme, die in der Brücke in entgegengesetzter Richtung verlaufen, müssen sich nun offenbar schwächen oder ganz aufheben, je nachdem sie ungleich oder gleich stark sind. Nun wissen wir aber, daß sich die Stromstärken umgekehrt verhalten, wie die Widerstände; folglich muß sich der aus der Batterie bei
a
ankommende Strom den Widerständen in den Zweigen
a b
und
a d
entsprechend vertheilen. Bei
b
und
d
stehen den dort an- kommenden Theilströmen wieder je zwei Wege offen, nämlich
b c
und
b d
einer- seits und
d c
und
d b
andererseits. Auch hier muß die Theilung der Ströme den Widerständen der genannten Zweige entsprechend eintreten. Da die Brücke
b d
ungeändert bleibt, wird die weitere Vertheilung der Ströme in den Punkten
b
und
d
nur von den Widerständen in den beiden Zweigen
a b c
und
a d c
ab- hängen. Die Vertheilung des Stromes in
a
erfolgte im umgekehrten Verhältnisse der Widerstände beider Zweige; ist nun dieses Verhältniß auch für die Zweige
b c
und
d c
unverändert geblieben, so wird der in
b
anlangende Theilstrom unver- ändert nach
c
weiterfließen und ebenso der in
d
anlangende. Die Brücke
b d
ist also dann stets stromlos, wenn zwischen den vier Theilen der Verzweigung nach- stehendes Verhältniß besteht:
Diese Art der Stromverzweigung wurde von Wheatstone angegeben und führt daher auch den Namen:
Wheatstone’sche Brücke
. Sie findet sehr häufige Anwendung bei Messungen, denn es ist leicht einzusehen, daß durch das oben erklärte Verhalten der Brücke die Vergleichung verschiedener Drähte in Bezug auf ihre Widerstände ermöglicht wird; auf die Ausführung solcher Messungen wollen wir später noch zurückkommen.
Bevor diese selbst besprochen werden, müssen wir uns nämlich vorerst mit den Maßeinheiten bekannt machen, welche den Messungen zu Grunde gelegt werden. Bisher lernten wir nur die Beziehungen der zu messenden Größen untereinander kennen, ohne Angabe bestimmter numerischer Werthe. Um solche für die Strom- stärke, die elektromotorische Kraft und den Widerstand angeben zu können, müssen eben zuerst die Einheiten der elektrischen Größen festgestellt sein.
In Bezug auf den Widerstand eines Leiters wurde bereits früher (Seite 195) erwähnt, daß derselbe von den Dimensionen und dem Materiale abhängig ist. Die Abhängigkeit des Widerstandes von dem Materiale wurde von verschiedenen Forschern untersucht und hierbei fand unter Anderen
Matthießen
für eine Reihe von Körpern nachstehende Widerstände, wenn er jenen des Kupfers gleich 1 setzte:
Diese Tabelle lehrt, daß von allen Metallen das Silber dem Durchgange des elektrischen Stromes den geringsten Widerstand entgegensetzt, d. h. mit anderen Worten, das Silber besitzt die größte specifische Leitungsfähigkeit. Es ist natürlich einerlei, ob man das Verhalten der Metalle in Bezug auf Stromleitung durch den specifischen Widerstand oder durch das
specifische Leitungsvermögen
aus- drückt; die eine Zahl ist eben der reciproke Werth des andern. Beträgt also der specifische Widerstand des Silbers 0·77, des Goldes 1·38, des Platins 7·35, so lauten die Zahlen für die specifische Leitungsfähigkeit dieser Metalle beziehungs- weise
,
und
. Somit bedeutet die Angabe, das Platin besitze einen specifischen Widerstand = 7·35, das Platin setzt dem Durchgange der Elek- tricität einen 7·35mal so großen Widerstand entgegen wie das Kupfer; das specifische Leitungsvermögen des Platins =
heißt aber, die Leitungsfähig- keit des Platins beträgt nur
jener des Kupfers.
Will man das specifische Verhalten der Körper durch die Leitungsfähigkeit ausdrücken, so multiplicirt man, um nicht unbequem kleine Werthe zu erhalten, die für die einzelnen Metalle erhaltenen Zahlen mit 10 oder 100, d. h. man setzt die specifische Leitungsfähigkeit eines Metalles gleich 10 oder 100 und bezieht die Werthe für die Metalle hierauf. Auf diese Art erhielt Matthießen folgende Werthe:
Nach dem Silber besitzt also das Kupfer das größte Leitungsvermögen; dies ist auch der Grund, warum man zu elektrischen Leitungen innerhalb und außerhalb der Apparate gewöhnlich Kupferdrähte verwendet. Die Telegraphen- leitungen werden allerdings aus Eisendraht hergestellt; hier steht eben der ver- hältnißmäßig hohe Preis des Kupfers der Anwendung dieses Metalles hindernd im Wege. Dazu kommt auch noch, daß Kupferdrähte wegen ihrer geringeren Festigkeit eine größere Anzahl von Telegraphensäulen (Stützpunkten) erfordern würden.
Das Leitungsvermögen, beziehungsweise der Leitungswiderstand ist nicht nur bei den festen Körpern verschieden je nach dem Materiale, aus welchem sie bestehen, sondern auch bei den Flüssigkeiten. Eine derselben, nämlich das Quecksilber, welches bekanntlich das einzige bei gewöhnlicher Temperatur flüssige Metall bildet, wurde bereits in obigen Tabellen angeführt. Um für das Verhalten der Flüssigkeiten eine Vorstellung zu gewinnen, wird es genügen, einige Beispiele anzuführen. Nach- stehende Werthe für die Leitungsfähigkeit sind von
Becquerel
gefunden und ist ihnen die Leitungsfähigkeit des Silbers = 100000000 zu Grunde gelegt:
Der specifische Leitungswiderstand ist aber auch für eine und dieselbe Flüssigkeit keine constante Größe, sondern ändert sich vielmehr sowohl bei Aenderung der Concen- tration als auch bei Aenderung der Temperatur. Die Aenderung mit der Concentration ist recht gut aus nachstehenden von
Wiedemann
gefundenen Werthen erkennbar. Wiedemann bezog hierbei die Widerstände der Flüssig- keiten auf den Widerstand des Platins, welchen er gleich 1 setzte:
Bei Salzlösungen nimmt der Widerstand im Allgemeinen ab, wenn der Salzgehalt zunimmt. Die Leitungsfähigkeit reinen Wassers ist daher sehr klein. Merkwürdig verhält sich die Schwefelsäure. Man ersieht aus obiger Tabelle, daß ihr Leitungswiderstand mit der Concentration bis zu einer gewissen Grenze ab- nimmt, ein Minimum erreicht und dann bei weiterer Concentration wieder zunimmt, so daß einfaches Schwefelsäurehydrat die Elektricität fast gar nicht mehr leitet.
Den Einfluß der Temperatur auf die specifische Leitungsfähigkeit z. B. einer Kupfervitriollösung zeigt nachstehende Tabelle (nach Wiedemann):
Bei Flüssigkeiten nimmt also der Leitungswiderstand mit zunehmender Temperatur ab. Hierin unterscheiden sich die Flüssigkeiten wesentlich von den Metallen, denn bei diesen bewirkt eine Temperaturerhöhung auch eine Erhöhung des Widerstandes. So fand z. B.
Müller
für Kupferdraht bei verschiedenen Temperaturen desselben nachstehende Werthe:
Als der Draht nachher wieder auf 21
0
abgekühlt wurde, betrug sein Widerstand 910. Die durch das Glühen bewirkte Aenderung der Structur hat also gleichfalls verändernd auf das Leitungsvermögen des Kupfers eingewirkt. Spannung, Härte und Dichtigkeit üben gleichfalls einen unverkennbaren Einfluß aus. Das Leitungsvermögen der Kohle nimmt zu mit der Zunahme der Temperatur, verhält sich also wie die Flüssigkeiten, während hingegen Quecksilber dasselbe Ver- halten zeigt wie die übrigen festen Metalle.
Will man den Widerstand eines Leiters nach relativem Maße bestimmen, so muß man der Messung den Widerstand eines Drahtes von bestimmtem Materiale und bestimmten Dimensionen als Widerstandseinheit zu Grunde legen. Hierzu wurden von verschiedener Seite Vorschläge gemacht. So setzte
Jacobi
bei seinen Messungen den Widerstand eines cylindrischen Kupferdrahtes von 1 Meter Länge und 1 Millimeter Durchmesser = 1. Diese Einheit erwies sich aber als unver- läßlich, weil der Widerstand des Kupfers schon durch unbedeutende Verunreinigungen merklich geändert wird. Aus diesem Grunde wählt
Siemens
das Quecksilber, welches leicht in hinreichender Menge und vollkommen rein erhalten werden kann. Die Siemens-Einheit fand daher auch rasch Eingang und ist namentlich in Deutsch- land vielfach in Verwendung. Sie besteht aus einer Quecksilbersäure von 1 Meter Länge und 1 Quadratmillimeter Querschnitt.
Die Siemens-Einheit wird von der Firma Siemens \& Halske in Berlin angefertigt und in den Handel gebracht. Da es aber umständlich und unbequem wäre, hierzu das Quecksilber zu benutzen, so wird Neusilberdraht verwendet, dessen Länge und Querschnitt so bemessen wird, daß der Widerstand des Drahtes mit jenem der Quecksilbereinheit vollkommen genau übereinstimmt.
Eine auf diese Weise hergestellte Siemens-Einheit ist in Figur 119 dar- gestellt. Der Neusilberdraht ist zu einer Rolle gewunden und in eine cylindrische Büchse eingeschlossen. (Der Deckel wurde, um das Innere zu zeigen, in der Figur weggelassen.) Die Enden des Drahtes sind durch Schrauben mit den Metall- stangen
a b
und
c d
fest verbunden.
Fig. 119.
Siemens-Einheit.
Letztere tragen an der einen Seite Klemmschrauben
b d
, um die Einheit durch Drähte in einen Stromkreis einschalten zu können, die anderen Enden besitzen zum selben Zwecke verticale Ansätze zum Eintauchen in Quecksilbernäpfchen.
Messung des Widerstandes.
Mit Hilfe einer solchen Siemens-Einheit wäre man allerdings im Stande, die Widerstände verschiedener Drähte zu messen, indem man diese mit ersterer vergleicht. Bequemer gelangt man jedoch in der Weise zum Ziele, indem man den zu prüfenden Draht nicht direct mit der Einheit, sondern mit einem nach dieser graduirten
Rheostaten
vergleicht. Es sind dies Apparate, welche gestatten, in bequemer Weise Widerstände ein- und ausschalten, vergrößern und verkleinern zu können. Einer dieser Apparate ist in Figur 120 abgebildet. Auf einem Cylinder aus Serpentin, Marmor oder gut ausgetrocknetem Holze ist ein Neusilberdraht von möglichst gleichförmiger Dicke spiralförmig aufgewunden. Das eine Ende desselben ist an der Seite des Cylinders, auf welcher sich die Kurbel befindet, isolirt befestigt. Das andere Ende des Drahtes steht mit der vergoldeten Messingaxe des Cylinders in leitender Verbindung. Der Cylinder kann sammt dem Drahte mit Hilfe der Kurbel um eine horizontale Axe gedreht werden. Der Messingstab
s s
ist derart durch Federn auf dem Grundbrette des Apparates befestigt, daß das auf der Stange verschiebbar angebrachte Rädchen gegen den Draht auf der Serpentinwalze angedrückt wird. Das Rädchen selbst versieht man an seinem Umfange mit einer Nuth, so daß dessen Ränder den Neusilberdraht sicher umfassen. Mit einer der Federn steht die Drahtklemme
k
in Verbindung, während die Klemmschraube
r
mit der Axe des Cylinders und somit auch mit dem nicht isolirten Ende des Neusilberdrahtes leitend verbunden wird.
Verbindet man die Drahtklemmen mit einer Stromquelle, so wird der Strom z. B. bei
r
eintreten, den Neusilberdraht bis zu jener Stelle durchlaufen, an welcher das Rädchen anliegt, dann durch dieses, den Messingstab
s s
, die eine Feder und die Klemme
k
wieder zur Stromquelle zurückkehren. Dreht man nun die Serpentin- walze in der einen oder andern Richtung, so wird das Rädchen, da es den Spiral- windungen des Neusilberdrahtes folgen muß, auf dem Stabe
s s
nach links oder nach rechts verschoben. Da aber der Strom bis an jene Stelle den Neusilberdraht durchfließt, an welcher das Rädchen anliegt, so muß durch Verschiebung desselben, also durch Drehung der Walze die Länge des in den Stromkreis eingeschalteten Neusilberdrahtes verlängert oder verkürzt werden. Der Apparat gestattet daher in bequemer Weise den größeren oder kleineren Widerstand einzuschalten.
Fig. 120.
Rheostat.
Um die Handhabung des Apparates zu erleichtern, versieht man den Messing- stab
s s
mit einer Theilung, auf welcher man die Zahl der eingeschalteten Win- dungen ablesen kann. Sollen auch Bruchtheile einer Windung bestimmbar sein, so wird der eine Rand der Walze (in der Zeichnung der rechte) mit einer Theilung versehen; ferner ist an dem oberen Ende des Lagerständers eine Marke angebracht, oder bei feineren Apparaten ein Nonius, welcher die Ablesung beliebiger Bruchtheile einer Drahtwindung ermöglicht.
Dieser Rheostat jedoch leidet an verschiedenen Fehlern, welche ihn zu keinem sehr empfehlenswerthen Instrumente machen. Die vielen Contactstellen (zwischen Rädchen und Draht, Rädchen und Messingstange ꝛc.) sind beständige Fehlerquellen, welche dadurch noch störender werden, daß sie ganz unberechenbar sind; eine geringe Ver- schiedenheit in der Innigkeit des Contactes an einer der Uebergangsstellen ändert aber den Widerstand oft ganz erheblich.
Ein genaues Arbeiten gestattet der
Rheochord
von
Poggendorff
; Fig. 121 zeigt denselben in jener Form, welche ihm Wiedemann gegeben hat. Die beiden Platindrähte
a
und
b
sind auf zwei Kupferklötzchen
d c
gelegt und durch darauf geschraubte Platten festgehalten; bei
e
und
f
passiren die Drähte ebensolche Kupfer- lager und sind mit ihren Enden an Seidenschnüren befestigt, welche über die Rollen
g
laufen und Gewichte tragen. Letztere dienen dazu, um die Drähte immer in gleicher Weise gespannt zu erhalten. Zwischen beiden Lagerpaaren befindet sich ein Kästchen
k
aus Eisenblech, welches an jenen Flächen, die den Lagern zugewandt sind, mit Glasplatten verschlossen ist. Die Drähte werden durch enge Oeffnungen, welche eben nur erstere passiren lassen, durch die Glasplatten und somit auch durch das Kästchen geführt. Letzteres ist mit Quecksilber gefüllt. Die Einschaltung des Rheo- chordes in einen Stromkreis wird durch die an den Lagern
d c
befestigten Klemm- schrauben ermöglicht.
Fig. 121.
Reochord.
Fig. 122.
Widerstandskasten von Siemens.
Der Strom tritt alsdann durch eine Klemmschraube ein, durchfließt den dazu ge- hörigen Draht bis zum Kästchen, geht durch das in demselben befindliche Quecksilber zum zweiten Draht und verläßt durch diesen und die zweite Klemmschraube den Apparat. Es ist leicht einzusehen, daß durch Verschieben des Quecksilberkästchens längs der beiden Drähte beliebige Drahtlängen eingeschaltet werden können. Um diese messen zu können, trägt das Grundbrett des Rheochordes eine auf der Metallplatte
h i
eingravirte Theilung und das Kästchen eine Marke. Da aber die Drähte schwer ihrer ganzen Länge nach in vollkommen gleicher Stärke zu erhalten sind, muß man für genaue Messungen die Drähte durch Vergleichung mit einem Normalmaße aichen.
Sowohl der früher beschriebene Rheostat als auch der Rheochord von Poggendorff gestatten jedoch nur verhältnißmäßig kleine Widerstände in einen
Urbanitzky
: Elektricität. 14
Stromkreis einzuschalten. Bedarf man größerer Widerstände, so muß man sich daher anderer Apparate bedienen.
Ein solcher ist z. B. der
Stöpselrheostat
oder
Widerstandskasten
von
Siemens
, welcher in Fig. 122 in perspectivischer Ansicht abgebildet ist, während Fig. 123 schematisch die Anordnung zweier Widerstandsspulen darstellt. Die Draht- enden einer Spule von ganz genau bestimmtem Widerstande werden mit je einem starken Messingstücke
m m
verbunden, wobei letztere nur durch einen schmalen Zwischenraum voneinander getrennt sind. Die gegeneinandergekehrten Flächen je zweier solcher Messingstücke sind halbcylindrisch ausgebohrt. Tritt nun der Strom in eines dieser Stücke ein, so kann er zum nächsten erst dann gelangen, wann er die Drahtspule durchlaufen hat. Der Strom gelangt jedoch unmittelbar von einem Metallstücke zum nächsten, sobald man den konischen Messingstöpsel
S
in die cylindrische Ausbohrung der Messingplatten hineinsteckt. Im Schema (Fig. 123) müßte also der Strom die beiden verschieden großen Widerstandsspulen durchlaufen, um vom
Fig. 123.
Stöpselrheostat.
ersten zum dritten Messingstücke zu gelan- gen. Wird die eine oder die andere cylin- drische Bohrung „gestöpselt“, so geht der Strom nur durch eine der beiden Spiralen.
Im Widerstandskasten (Fig. 122) ist nun eine ganze Reihe solcher Spulen von immer größerem Widerstande an- gebracht; die Widerstände der einzelnen Spulen sind genau bestimmt und die Spulen selbst nach ganzen Siemens-Ein- heiten in nachstehender Weise angeordnet:
1. Reihe: 1 . 2 . 2 . 5
2. Reihe: 5000 . 2000 . 1000 . 1000
1. Reihe: 10 . 10 . 20 . 50
2. Reihe: 500 . 200 . 100 . 100
Die Zuleitungsdrähte werden an den ersten Messingstücken durch Schrauben befestigt. Man erkennt aus obigem Schema leicht, daß mit Hilfe dieses Wider- standskastens beliebige Widerstände von 1 bis zu 10000 Siemens-Einheiten in einen Stromkreis eingeschaltet werden können. Um Bruchtheile einer Siemens-Einheit zu messen, combinirt man entweder den Widerstandskasten mit einem Rheochord oder versieht ihn selbst auch noch mit Spulen von 0·1, 0·2, 0·2 und 0·5 Siemens- Einheiten Widerstand.
Beim Gebrauche dieses Apparates hat man nur darauf zu achten, daß die Bohrungen der Messingstücke
m m
und ebenso die Stöpsel stets blank erhalten werden, und daß beim Einsetzen der Stöpsel diese fest in den Oeffnungen sitzen.
Um den Widerstand eines Leiters bestimmen zu können, bedarf man außer den bekannten Vergleichswiderständen (Widerstandskasten, Rheochord ꝛc.) auch noch einer Bussole. Es sind deren zu diesem Zwecke mehrere von verschiedener Con- struction im Gebrauch. Eine derselben, nämlich die
Tangentenbussole
, welche in Fig. 124 abgebildet ist, wollen wir jetzt kennen lernen.
In einem mit Stellschrauben
s
versehenen Dreifuße ist ein an seiner untersten Stelle aufgeschnittener Kupferring
r
vertical befestigt und läßt sich in einer conischen Bohrung des Dreifußes um eine verticale Axe drehen; die Schraube
S
dient zur Feststellung des Ringes, sobald dieser die gewünschte Lage eingenommen hat. Jedes Ende des aufgeschnittenen Ringes trägt unten eine Klemmschraube (
k
1
k
2
) zur Aufnahme der Leitungsdrähte. Auf der vom Ringe isolirten Metallsäule
m
ist eine durch einen Glasdeckel geschlossene Büchse
b
aufgesetzt, welche die Magnetnadel enthält. Letztere ist an einem Coconfaden
f
aufgehängt, welcher in einer vertical auf dem Glasdeckel befestigten Röhre herabhängt. In der halben Höhe der Büchse ist eine Kreistheilung angebracht, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkte des Kupferringes zusammenfällt. Die Magnet- nadel besteht aus einem kurzen Magnetstäbchen, welches auf beiden Seiten durch Glasfäden verlängert ist, so daß die Enden dieser gerade auf die Kreisthei- lung einspielen.
Beim Gebrauche der Tan- gentenbussole stellt man zunächst den Kupferring mit seiner Ebene in den magnetischen Meridian und erkennt, daß diese Stellung erreicht ist, an dem Einspielen der Nadel auf Null; die Thei- lung ist eben in der Art aus- geführt, daß der Nullpunkt in der Ebene des Ringes liegt. Verbindet man alsdann die Klemmschrauben
k
1
und
k
2
mit der Stromquelle, so wird der Strom im Kupferringe die Nadel umfließen und von ihrer Ruhe- lage ablenken. Der Erdmagnetis- mus hingegen strebt sie wieder in ihre Ruhelage zurückzuführen; folglich kommt die Nadel zur Ruhe, wenn der Strom und der Erdmagnetismus sich das Gleichgewicht halten. Ferner ist
Fig. 124.
Tangentenbussole.
auch leicht einzusehen, daß der Ausschlag der Nadel ein größerer sein wird, wenn ein stärkerer Strom den Ring durchfließt,
Die Stromstärken sind übrigens den Ausschlagswinkeln nicht direct proportional, sondern einer gewissen Function derselben, welche man die Tangente des Winkels nennt; daher kommt auch der Name: Tangentenbussole.
und daß bei gleich starken Strömen auch die Nadelausschläge gleich groß sind.
Wir sind nun im Stande, den Widerstand eines beliebigen Metalldrahtes zu messen. Man bildet einen Stromkreis aus einem constanten Elemente, dem Kupfer- ringe der Bussole und dem zu messenden Drahte. Sobald der Strom diesen Kreis
14*
durchfließt, wird die Nadel der Bussole bis zu einem bestimmten Grade abgelenkt werden, den man sich notirt. Dann entfernt man den zu prüfenden Draht und setzt an dessen Stelle einen der früher beschriebenen Rheostaten. Durch diesen wird so lange Widerstand in den Stromkreis eingeschaltet, bis die Magnetnadel wieder denselben Ausschlag wie früher zeigt. Es bedarf wohl keiner weiteren Erklärung, daß der durch den Rheostaten eingeschaltete Widerstand dann gleich sein muß dem Widerstande des zu prüfenden Drahtes. Der für diesen durch den Rheostaten substituirte Widerstand ist aber bereits bekannt und folglich kennt man dann auch den Widerstand des zu prüfenden Drahtes. Diese Methode der Wider- standsbestimmung nennt man die
Substitutionsmethode
.
Die Substitutionsmethode leidet jedoch an verschiedenen Uebelständen; zwischen der ersten und der zweiten Messung vergeht immer eine gewisse Zeit, während welcher sich die elektromotorische Kraft und der innere Widerstand des Elementes geändert haben können. Man zieht daher die Methode mit der
Wheat- stone’schen Brücke
oder Schleife vor, da diese von jenen Uebelständen frei ist.
Wir haben bei Besprechung der Wheatstone’schen Brücke (Seite 203) er- fahren, daß der Verbindungsdraht
b d
stromlos ist, wenn die Widerstände der übrigen vier Drähte in folgendem Verhältnisse zueinander stehen:
Fig. 125 stellt uns nun die Anwendung der Brücke zur Widerstands- messung vor. Die Klemmschrauben
a b c d
sind an den Ecken eines Rhombus befestigt, die Klemmschrauben
e f g h
an zwei in einer Ecke zusammenstoßenden Seiten. Die Drähte
a b
und
b c
zwischen den gleich bezeichneten Schrauben sind einander genau gleich und besitzen vollkommen gleiche Widerstände. Ebenso sind die Drahtstücke
a e
,
f d
,
d g
und
h c
einander gleich und von gleichem Widerstande. Der Verbindungsdraht
d B b
wird also dann stromlos sein, wenn die Widerstände der Drähte
a b
und
b c
sich geradeso zueinander verhalten, wie sämmtliche Wider- stände zwischen
a
und
d
zu sämmtlichen Widerständen zwischen
d
und
c
.
Zur Erkennung des elektrischen Zustandes im Verbindungsdrahte zwischen
d
und
b
ist in diesem eine Bussole
B
eingeschaltet. Zwischen
e
und
f
wird der auf seinen Widerstand zu untersuchende Draht
W
, zwischen
g
und
h
irgend ein Rheostat
R
eingeschaltet. Die Klemmen
a
und
c
verbindet man mit der Strom- quelle
E
. Soll in dieser Stromverzweigung der Verbindungsdraht
d B b
stromlos sein, so muß also nachstehende Proportion bestehen:
Nun besitzen aber die Drähte
a b
und
b c
gleich große Widerstände; folglich müssen auch, wenn durch
d B b
kein Strom geht, die Summen der Widerstände zwischen
a d
und
d c
einander gleich sein. Da ferner die Widerstände der Draht- stücke
a e
,
f d
,
d g
und
h c
untereinander gleich sind, muß also der Widerstand des zu prüfenden Drahtes
W
gleich sein dem durch den Rheostaten
R
zwischen
g h
eingeschalteten Widerstande. Um den Widerstand eines Drahtes zu messen, hat man daher nur die Wheatstone’sche Brücke in obiger Art anzuordnen und dann durch den Rheostaten so lange Widerstände einzuschalten, bis die Bussole keinen Ausschlag mehr erkennen läßt.
Da bei dieser Methode die Messung in
einer
Operation ausgeführt wird und etwaige Schwankungen der Stromstärke der Batterie die proportionale Strom- vertheilung in der Brücke nicht beeinflussen können, ist sie von den Fehlern des vorhin angegebenen Verfahrens frei und giebt daher auch verläßlichere Resultate.
Zur Bestimmung des Widerstandes in Flüssigkeiten können obige Methoden nicht direct benutzt werden; die Flüssigkeiten werden nämlich, wie wir schon früher erfahren haben, durch den elektrischen Strom zersetzt. Hierbei sammeln sich gas- förmige Zersetzungsproducte an den in die Flüssigkeit getauchten Platten an und entwickeln dort eine elektromotorische Kraft, welche jener des durch die Flüssigkeit gesandten Stromes entgegengesetzt ist. Somit wird die Stromstärke nicht nur durch den Widerstand der Flüssigkeit, sondern auch noch durch die elektromotorische Gegen- kraft geschwächt. Es ist deshalb nicht gestattet, den Widerstand einer Flüssigkeit in der Art zu messen, daß man in einem bestimmten Stromkreise an Stelle der Flüssigkeit so lange Draht- widerstände einschaltet, bis wieder die ursprüngliche Stromstärke hergestellt ist.
Horsford
hat jedoch den störenden Einfluß der elektromotorischen Gegenkraft durch ein sehr einfaches Mittel zu beseitigen gelehrt. In den Schließungsbogen einer Bat- terie wird nebst dem Gal- vanometer und einem Rheo- staten die Flüssigkeit ein- geschaltet. Zum Einschalten der letzteren kann man sich eines rechteckigen Troges be- dienen, in welchen zwei Metallplatten, die den Quer- schnitt des Troges ausfüllen, parallel zueinander eingesenkt werden. Die von den Metall-
Fig. 125.
Widerstandsmessung mittelst der Wheatstone’schen Brücke.
platten oder Elektroden ausgehenden Drähte führen dann zur Batterie oder den übrigen in den Stromkreis geschalteten Apparaten und der Strom muß die Flüssig- keitsschicht zwischen beiden Platten durchfließen. Um nun die Störung der elektro- motorischen Gegenkraft bei der Widerstandsmessung zu beseitigen, senkt man zunächst die beiden Elektroden in einer bestimmten Entfernung voneinander in die Flüssig- keit ein. Der Ausschlag der Galvanometernadel wir dann bestimmt werden durch die Differenz der elektromotorischen Kräfte in der Batterie und in der zu unter- suchenden Flüssigkeit und den Widerständen des Schließungsbogens, des Rheostaten und der Flüssigkeitsschicht zwischen beiden Elektroden. Nun rückt man die beiden Elektroden um ein bestimmtes Stück weiter auseinander; dadurch wird die Länge der eingeschalteten Flüssigkeitssäule vergrößert und somit auch der Widerstand ver- mehrt. Der Ausschlag der Galvanometernadel muß daher verringert werden. Schaltet man aber jetzt mit Hilfe des Rheostaten so lange Widerstand aus, bis wieder der ursprüngliche Nadelausschlag und somit die ursprüngliche Stromstärke hergestellt ist, so muß der ausgeschaltete Widerstand gleich sein jenem Wider- stande, welchen die beim zweiten Versuche eingeschaltete Flüssigkeitssäule be- sitzt. Die elektromotorische Gegenkraft wurde nämlich in der Weise unschädlich gemacht, daß man sie durch jedesmalige Herstellung derselben Stromstärke immer auf dieselbe Größe brachte, also ungeändert ließ. Die ganze Veränderung im Stromkreise besteht daher darin, daß beim zweiten Versuche eine Schicht der zu untersuchenden Flüssigkeit an Stelle eines bekannten Drahtwiderstandes (vom Rheo- staten) gesetzt wird; im Uebrigen aber blieb Alles unverändert und daher muß in der That dieser Drahtwiderstand an Größe dem Widerstande der neueingeschalteten Flüssigkeitsschicht gleich sein.
Im Obigen haben wir erfahren, wie der Widerstand in einem galvanischen Stromkreise gemessen werden kann; unsere nächste Aufgabe besteht nun darin, die Methoden zur Bestimmung der
elektromotorischen Kraft
kennen zu lernen. Wie wir wissen, versteht man darunter jene Kraft, welche die beiden Elektricitäten im Stromkreise in Bewegung setzt. Diese Kraft ist, wie wir gleichfalls schon erfahren haben, unabhängig von der Größe jener Körper, welche zur Bildung des gal- vanischen Elementes verwendet werden, und hängt nur von deren Natur ab.
Um die elektromotorische Kraft irgend eines Elementes zu bestimmen, kann man in der Weise verfahren, daß man an den Polen des ungeschlossenen Elementes die Differenz der dort herrschenden Potentiale mit Hilfe eines Elektrometers mißt. Hierzu wird z. B. das Quadranten-Elektrometer von Thomson (Seite 77) gute Dienste leisten. Außer durch diese directe Bestimmung der elektromotorischen Kraft kann man diese auch dadurch kennen lernen, daß man die Stromstärke und den Widerstand des Elementes mißt und aus den hierbei erhaltenen Werthen die elektromotorische Kraft durch Benutzung des Ohm’schen Gesetzes berechnet. Zur Bestimmung der Stromstärke werden verschiedene Instrumente benutzt; eines derselben, nämlich die Tangentenbussole, haben wir bereits kennen gelernt, andere sollen uns später noch beschäftigen.
Gleichwie bei der Messung des Widerstandes, bedarf es auch bei jener der elektromotorischen Kraft einer Einheit. Als solche wurde in Deutschland bisher die elektromotorische Kraft eines Daniell-Elementes betrachtet. Vergleicht man die elektro- motorische Kraft unter dieser Voraussetzung mit der eines Bunsen’schen Ele- mentes, so findet man für dieses die elektromotorische Kraft = 1·, d. h. also, 17 Daniell besitzen dieselbe Kraft wie 10 Bunsen.
Auf dem Gelehrtencongresse, der gelegentlich der Ausstellung für Elektricität in Paris (im Jahre 1881) abgehalten wurde, hat man sich jedoch dahin geeinigt, andere Einheiten allgemein anzunehmen; es wurde daselbst die Einführung des sogenannten
absoluten
oder
mechanischen Maßsystemes
beschlossen. Man ver- steht unter absoluten Messungen in der Physik überhaupt jene Messungen, durch welche Gewicht, Zeit und Länge bestimmt werden, und in der Art haben auch wir das Wort „absolut“ aufzufassen. Wir sind bekanntlich nicht im Stande, elektrische Größen direct miteinander zu vergleichen, wie dies z. B. bei den Dimensionen der Körper der Fall ist, sondern wir müssen uns vielmehr damit behelfen, die verschiedenen
Wirkungen
des Stromes zu vergleichen. Als solche lernten wir bereits die Ablenkung einer Magnetnadel kennen und werden später die chemische Wirkung geeignet finden. Bei der Messung der elektrischen Größen nach absolutem Maße setzen wir die elektrischen Größen in mechanische um und messen dann diese nach mechanischem Maße; dies ist der Grund für die Bezeichnung „mechanisches Maßsystem“.
Messungen von Größen, die nicht selbst mechanischer Natur sind, nach ab- solutem Maße begegnen uns hier nicht zum erstenmale. Wir lernten vielmehr schon früher bei der Messung der magnetischen Intensität (S. 52) und auch bei jener der Elektricität (S. 76) Maßeinheiten kennen, welche auf mechanische Größen zurückgeführt sind. Gauß und Weber sind die Forscher, welche sie angaben; Ersterer für die magnetische Intensität und Letzterer, auf dieser Grundlage weiterbauend, für die Elektricität.
Wir haben den galvanischen Strom als ein Gegeneinanderbewegen gleich großer, aber entgegengesetzter Elektricitäten kennen gelernt. Hierbei fließen durch jeden Querschnitt eines Leiters in gleichen Zeiten gleiche Mengen der beiden Elek- tricitäten gegeneinander. Geht nun durch einen Querschnitt in der
Zeiteinheit
die
Einheit
der Elektricität durch, so muß der hierdurch bewirkte Strom auch die Einheit der Stromstärke nach absolutem Maße sein. Die Einheit der Elek- tricitäten im mechanischen Maße bekommt man aber in der Weise, daß man die Kraft, mit welcher sich gleichnamige Elektricitäten abstoßen oder ungleichnamige anziehen, durch die Einheiten von Gewicht, Länge und Zeit bestimmt.
Je nachdem sich die Elektricitäten mit größerer oder geringerer Geschwindigkeit gegeneinander bewegen, muß auch die Stromstärke kleiner oder größer werden. Ebenso muß sich auch die elektromotorische Kraft, welche die Elektricitäten in Bewegung setzt, ändern, und als Maß für sie wird jedenfalls die in Bewegung gesetzte Menge ebenso wie die Geschwindigkeit gelten müssen. Als Einheit nach absolutem Maße haben wir daher jene elektromotorische Kraft zu betrachten, welche der Einheit der elektrischen Menge die Einheit der Geschwindigkeit ertheilt. Ist aber die absolute Einheit der Stromstärke und ebenso die der
elekromotorischen
Kraft bekannt, so läßt sich mit Hilfe des Ohm’schen Gesetzes auch leicht die absolute Einheit des Widerstandes bestimmen; nach dem Ohm’schen Gesetze ist nämlich
Als Normaleinheit des Längenmaßes gilt bekanntlich das Normalmeter oder dessen Unterabtheilung, das Centimeter, als Gewichtseinheit das Gramm und als Zeiteinheit die Secunde.
Die absoluten Maße müssen daher in Centimeter-Gramm-Secunden ausgedrückt werden, was man abgekürzt gewöhnlich nur durch die Anfangsbuchstaben
C. G. S.
bezeichnet.
Auf Grundlage der absoluten Einheiten wurden dann für die Praxis ge- eignete Einheiten aufgestellt und mit den Namen berühmter Forscher bezeichnet. In der Potentialtheorie (S. 88) lernten wir die Einwirkung eines elektrischen Körpers auf ein unendlich kleines elektrisches Theilchen kennen; ein solches bildet nun die Einheit der Elektricitätsmenge und heißt ein
Coulomb
. Nun läßt sich auch die Einheit des Potentiales leicht bestimmen. In der Mechanik versteht man nämlich unter der Einheit der Arbeit jene Arbeit, welche durch die Einheit der Kraft ge- leistet wird bei einer Bewegung des durch die Kraft angegriffenen Körpers um einen Centimeter. Sonach besitzt ein Leiter das Potential 1, wenn durch die Einheit der Arbeit 1 Coulomb aus der Unendlichkeit zu ihm herangebracht wird. Die so erhaltene Größe für die Einheit des Potentiales ist jedoch sehr klein und würde daher in der Praxis sehr unangenehm zu gebrauchen sein. Der Gelehrtencongreß in Paris einigte sich daher dahin, unter Einheit des Potentials dasjenige zu verstehen, welches 10 Millionen Arbeitseinheiten erfordert, um 1 Coulomb aus der Unendlichkeit heranzubringen. Dieser Einheit wurde der Name
Volt
gegeben.
Unter der elektromotorischen Kraft eines Elementes verstehen wir die Differenz der Potentiale an den Polen des ungeschlossenen Elementes. Wir können daher die elektromotorische Kraft eines Elementes, dessen Potentialdifferenz gleich ist 1 Volt, als Einheit betrachten und nennen die Einheit der elektromotorischen Kraft 1 Volt. Wir hatten früher die elektromotorische Kraft nach Daniell gemessen; vergleichen wir diese mit dem Volt, so ergiebt sich, daß 1 Daniell gleich ist 1·12 Volts; das Bunsenelement besitzt eine elektromototorische Kraft von 1·95 Volts.
Die Stromstärke definirten wir als jene Menge der Elektricität, welche in der Zeiteinheit (also Secunde) jeden Querschnitt eines Leiters durchfließt. Die Mengen- Einheit bildet das Coulomb; folglich ist als Einheit der Stromstärke jene Strom- stärke zu verstehen, bei welcher durch jeden Querschnitt des Stromkreises in 1 Secunde 1 Coulomb passirt. Die so bestimmte Einheit der Stromstärke heißt 1
Amp
è
re
.
Nach dem Ohm’schen Gesetze ist
Denken wir uns nun in einem Stromkreise den Widerstand so regulirt, daß bei einer elektromotorischen Kraft von 1 Volt auch die Stromstärke gleich wird 1 Amp
è
re, so können wir diese Größe des Widerstandes dann als Einheit desselben betrachten. Sie wurde zu Ehren des Entdeckers des Ohm’schen Gesetzes das
Ohm
genannt. Volt, Amp
è
re und Ohm stehen daher in einem Zusammenhange, der nach dem Ohm’schen Gesetze in nachstehender Art ausgedrückt wird:
Dabei ist das Ohm, wenn wir es mit unserer früheren Widerstandseinheit ver- gleichen, gleich 1·0493 Siemens-Einheiten. Zur Messung der Stromstärke haben wir bis jetzt die Ausschläge einer Magnetnadel, also ein willkürliches Maß benutzt. Wir werden späterhin bei Besprechung der Wirkungen galvanischer Ströme Gelegenheit finden, die Stromstärke nach einer andern Methode zu bestimmen. Bevor wir uns diesem Gegenstande zuwenden, wollen wir aber noch einige Meßinstrumente kennen lernen.
Messung der Stromstärke.
Man kann sich sehr einfacher Instrumente bedienen, wenn nur der Nachweis eines Stromes, seiner Richtung und beiläufigen Stärke, nicht aber eine genaue Messung verlangt wird. Solche Instrumente nennt man, zum Unterschiede von den eigentlichen Meßapparaten, den Galvanometern, Stromanzeiger oder Galvanoskope. Hierher gehört z. B. der
Batterieprüfer
, Fig. 126. Er besteht aus einem Holzrähmchen, um welches einige Windungen eines ziemlich starken, übersponnenen Drahtes geführt sind. Die Enden desselben führen zu zwei Klemmschrauben. An der oberen und mittleren Innenfläche des Holzrahmens sind Messingplättchen befestigt, in deren Vertiefungen sich die Magnetnadel durch Vermittlung einer verticalen Stahlaxe dreht. Die Schwingungsebene der Magnet- nadel steht somit senkrecht auf der Ebene der Drahtwindungen. An der Unterseite des Holzrahmens sind zwei Pappstücke angebracht, welche eine Kreistheilung tragen und derart umgeschlagen werden können, daß sie das Holzrähmchen sammt der Nadel umhüllen. Der Batterieprüfer kann dann bequem in die Tasche gesteckt werden.
Verbindet man die beiden Klemmschrauben mit den Polen eines Elementes oder schaltet man den Batterieprüfer überhaupt in einen Leiterkreis ein, so fließt der Strom, wenn einer vorhanden ist, durch die Drahtwindungen und wird durch die Ablenkung der Nadel erkennbar. Um bequem die Richtung des Stromes er- sehen zu können, sind die beiden Nadelhälften ungleich gefärbt.
Empfindlicher als das eben geschilderte Instrument ist das
Vertical- Galvanoskop
. Es ist daher auch bei stabiler Aufstellung zu ständiger Verwendung, z. B. in Telegraphenämtern, geeignet. Die Magnetnadel
n' s'
(Fig. 127) schwingt in den Hohlräumen der bei- den Drahtspulen
R R.
Die Windungsebene der Drähte und die Schwingungsebene der Magnetnadel stehen wieder aufeinander senkrecht. Die Drehungsaxe der Nadel ist jedoch horizontal, so daß also diese in einer verticalen Ebene schwingen muß. Die Axe ist nach vorne verlängert, ragt also über die Spulen hinaus und trägt an ihrem vorderen Ende eine zweite Magnet- nadel. Diese ist zur ersten oder inneren Magnetnadel parallel befestigt, jedoch mit ihren Polen verkehrt gestellt. Befindet sich also z. B. der Nordpol der inneren Nadel oben, so steht diesem der Südpol der äußeren Nadel gegenüber.
Die Anordnung zweier gleicher Magnetnadeln in der Weise, daß sie ihre ent- gegengesetzten Pole einander zukehren, nennt man ein
astatisches Nadelpaar
.
Fig. 126.
Vatterieprüfer.
Fig. 127.
Vertical-Galvanoskop.
Man verfolgt hierbei einen doppelten Zweck: Erstens wird durch eine derartige Combination zweier gleich starker Magnetnadeln die Einwirkung des Erdmagnetis- mus ganz oder doch zum größten Theile aufgehoben. Zweitens resultirt daraus eine größere Empfindlichkeit gegen elektrische Ströme. Sind beide Nadeln gleich stark magnetisch, so wird der Erdmagnetismus die eine Nadel nach der einen Richtung gerade so stark zu drehen suchen wie die zweite Nadel nach der ent- gegengesetzten Richtung; diese beiden gleich starken aber entgegengesetzt gerichteten Kräfte müssen sich daher gegenseitig aufheben und das Nadelpaar ist daher vom Erdmagnetismus unabhängig.
Führt man um ein astatisches Nadelpaar Drahtwindungen in der Weise herum, daß die eine Nadel innerhalb, die andere Nadel aber außerhalb der Draht- windungen zu liegen kommt, so muß ein den Draht durchfließender Strom die beiden Nadeln im selben Sinne zu drehen suchen, also kräftiger wirken als auf eine Nadel. Würden nämlich beide Nadeln ihren Nordpol z. B. oben besitzen, so müßte der Strom die hinter ihm liegende Nadel nach der einen Richtung, die vor ihm liegende Nadel nach der entgegengesetzten Richtung ablenken. Da nun aber die beiden Nadeln sowohl entgegengesetzte Pole einander zukehren, als auch entgegengesetzte Stellungen zum elektrischen Strome einnehmen, so müssen sich die Wirkungen dieses auf die beiden Nadeln addiren und somit das Nadelpaar nach einer und derselben Richtung zu drehen suchen.
Es gelingt jedoch selten, zwei Nadeln vollständig gleich zu machen. Das Nadelpaar wird sich daher so verhalten, wie eine einzige Magnetnadel, deren Magnetismus gleich ist der Differenz der Magnetismen beider Nadeln. Hierdurch
Fig. 128.
Multiplicator.
wird auch der Einfluß des Erdmagnetismus bestimmt werden. Um diese Unvoll- kommenheit der Astasie zu beseitigen, wendet man folgendes Mittel an. An der oberen Fläche des Kästchens, in welchem das ganze Galvanoskop eingeschlossen ist, bringt man einen kurzen Stahlmagnet
N S
an. Mit Hilfe des Knopfes
K
nähert man durch Drehung den einen oder andern Magnetpol mehr oder weniger den oberen Polen des Nadelpaares und compensirt in dieser Art die Einwirkung des Erdmag- netismus.
Um den Nadeln in der Ruhelage stets eine verticale Stellung zu sichern, wird der eine Nadelarm ein klein wenig schwerer gemacht. Die Vorderwand des Kästchens ist mit einer Glastafel versehen, um den Ausschlag der Nadeln auf der hinter der Tafel angebrachten Kreistheilung beobachten zu können. Das Instrument wird durch Vermittlung zweier Drahtklemmen, welche mit den Spulendrähten in Verbindung stehen, in den Stromkreis eingeschaltet.
Besteht die Aufgabe darin, verläßliche Messungen auszuführen, so reicht jedoch auch das Vertical-Galvanometer nicht mehr aus. Hierzu muß man sich viel- mehr eines
Multiplicators
bedienen. Dieser muß auch dann in Anwendung kommen, wenn es sich um die Nachweisung sehr schwacher Ströme handelt. Ein sehr schwacher Strom ist nämlich nicht mehr im Stande, eine Magnetnadel ab- zulenken, wenn er nur in einer Drahtwindung um die Nadel herumgeführt wird. Die Wirkung des Stromes wird jedoch vermehrt, multiplicirt, wenn der Strom in vielen Drahtwindungen die Nadel umkreisen muß. Streng genommen, gehört auch schon das früher beschriebene Vertical-Galvanoskop zu den Multiplicatoren.
Ein zu Messungen geeigneter Multiplicator ist in Fig. 128 abgebildet; das Rähmchen für die Drahtwindungen und das astatische Nadelpaar sind getrennt gezeichnet. Das Rähmchen besteht aus zwei verticalen Holzbrettchen, welche mit je einem horizontalen Schlitze
s s
versehen sind. Das horizontale Stück
f
ist hohl und bildet eine flache Büchse, deren offene Schmalseiten in der Höhe der Schlitze
s s
an den Vertical- brettchen befestigt sind. Das mittlere verticale Brettchen
u t
ist gleichfalls hohl; das horizontale hohle Brettchen ist an der Fläche, auf welcher das verticale Brett- chen
u t
aufsitzt, gleichfalls ausgeschnitten, so daß also die Hohlräume beider Brettchen (
u t
und
f
) miteinander in Verbindung stehen. Es hat dies den Zweck, die andere Nadel
n' s'
des astatischen Paares in die Spule einsenken zu können, da sie in dem Hohlraume des horizontalen Brettchens
f
schwingen soll. Die beiden Zwischenräume, welche durch die drei verticalen Brettchen gebildet werden, dienen zur Aufnahme der Drahtwindungen.
Das Rähmchen sammt den Drahtwindungen wird auf eine horizontale Metallscheibe befestigt; diese kann sich auf der Grundplatte, die durch drei Stell- schrauben stets in eine horizontale Lage gebracht wird, um einen verticalen Zapfen drehen. Zur Hemmung dieser Bewegung dient die Druckschraube
S.
Die Drähte sind auf dem Rähmchen gewöhnlich in zwei Partien aufgewickelt, von welchen die Enden der einen 100 Windungen mit zwei Klemmschrauben, die Enden der übrigen (etwa) 10.000 Windungen mit zwei anderen der bei
p o
angebrachten Klemmschrauben in Verbindung stehen. Oben auf dem Rähmchen ist eine Papier- scheibe mit Kreistheilung befestigt.
An derselben Platte, auf welcher die Drahtspulen mit ihrem Rahmen auf- ruhen, ist der Metallbügel
E F G
angeschraubt. Er dient zur Aufhängung der Nadel. An seinem oberen Theile befindet sich der drehbare Knopf
K
, welcher in seinem Inneren eine Schraubenmutter eingeschnitten hat. An der dazugehörigen Schraube hängt der Coconfaden, welcher die Nadel trägt. Dreht man daher den Knopf
K
in dem einen oder andern Sinne, so wird dadurch das Nadelpaar etwas gehoben oder gesenkt. Das Instrument ist zu seinem Schutze mit einer Glasglocke bedeckt, die nur oben eine Oeffnung besitzt, um den Knepf
K
durch- zulassen.
Die Zahl der Windungen, welche man dem Multiplicator giebt, hängt ganz von dem Zwecke ab, für welchen er bestimmt ist. Für die Anwendung des- selben in einem Stromkreise mit geringem Widerstande genügt eine geringere Anzahl von Windungen, während man bei hohem Widerstande ein Galvanometer mit vielen Windungen benutzen muß. Um nun den Gebrauch eines solchen Instrumentes nicht gar zu sehr einzuschränken, theilt man die Drahtwindungen in einzelne Partien und führt die Drahtenden einer jeden Partie zu gesonderten Klemmschrauben. Man hat hierdurch die Möglichkeit gegeben, durch Einschaltung einer oder mehrerer Partien in den Stromkreis und durch Parallel- oder Hintereinanderschaltung den Multiplicator immer dem Widerstande des Stromkreises anzupassen.
Die größte Genauigkeit der Messung erreicht man durch Anwendung der Spiegelablesung. Bevor wir uns jedoch der Betrachtung eines mit dieser ausgerüsteten Instrumentes zuwenden, wollen wir der Spiegelablesung selbst eine kleine Betrach- tung widmen.
s s
(Fig. 129) stellt uns einen kleinen Planspiegel vor, der sich in der Ebene des Papiers um eine auf diese senkrechte Axe drehen kann. Fällt auf diesen Spiegel ein Lichtstrahl in der Richtung
Q O
auf, so wird er in die Richtung
O P
reflectirt. Ist
m m
ein Maßstab, z. B. ein in Centimeter und Millimeter getheiltes Meter, und
F
ein Fernrohr, so wird ein durch dieses auf den Spiegel blickendes Auge den bei
Q
befindlichen Theilstrich des Maßstabes sehen, vorausgesetzt, daß letzterer hinlänglich hell beleuchtet ist. Wir denken uns hierbei das Fernrohr etwas oberhalb des Meters angebracht. Die Zeichnung läßt erkennen, daß der durch den Spiegel in das Fernrohr reflectirte Theilstrich der Scala desto weiter gegen das Ende derselben liegen muß, je weiter sich der Spiegel dreht. Man ersieht
Fig. 129.
Spiegel-Ablesung.
aber auch, daß schon eine sehr geringe Drehung des Spiegels genügt, um sehr große Strecken der Theilung zu durch- laufen, und daß diese um so größer werden, je weiter die Scala mit dem Fernrohre von dem Spiegel entfernt ist.
Denken wir uns nun den Spiegel
s s
an den senkrecht auf seiner Ebene stehenden Magnet
N S
befestigt, so muß der Spiegel jede Drehung des Magnetes mitmachen und wird auch die geringsten Abweichungen des letzteren von seiner Ruhelage so genau als man wünscht er- kennbar machen. Hiervon ist nun bei den
Spiegel-Galvanometern
Anwendung gemacht. Das ursprünglich von
Weber
construirte Spiegel-Galvanometer ist in Fig. 130 abgebildet.
Das kupferne Gehäuse
c c
ist durch den Aufsatz
i
auf der Grundplatte des Instrumentes befestigt und vorne und rückwärts durch Glasplatten verschlossen. Ueber das Gehäuse werden mit Hilfe einer dünnen Messinghülse die Drahtwindungen geschoben. Sie sind in mehrere Partien getheilt und die Enden jeder derselben besitzen zwischen
f f'
voneinander isolirte Klemmschrauben. Der Zweck dieser An- ordnung ist, wie beim vorhin geschilderten Instrumente, der, die einzelnen Draht- gruppen in verschiedener Zahl und Schaltung in den Stromkreis einschalten zu können. Innerhalb des Kupfergehäuses ist die Magnetnadel
N
an einem Coconfaden auf- gehängt; dieser geht durch die Röhre
r r
und ist am oberen Ende derselben auf eine um eine horizontale Axe drehbare Schraube aufgewunden. Die Drehung der Schraube ermöglicht das Heben oder Senken der Magnetnadel.
In dem vierseitigen Kästchen
k k
, welches über der Kupferhülse befestigt ist, befindet sich ein kleiner Spiegel. Dieser ist mit seiner Ebene senkrecht auf die Längsaxe der Magnetnadel angeordnet und mit dieser unverrückbar verbunden. Das Gehäuse
k k
ist an der vorderen und rückwärtigen Fläche durch Spiegelscheiben verschlossen. Der Gebrauch des Instrumentes ist nach dem Vorhergehenden wohl ohneweiters verständlich.
Das Spiegel-Galvanometer ist von Gelehrten und Constructeuren vielfach abgeändert worden, ohne jedoch das Princip desselben zu ändern. In diesem Sinne erhielt es durch
Wiedemann
eine verbesserte Form. Dieser läßt das Spiegelchen aus Stahl herstellen und magnetisirt es dann so, daß dessen horizontaler Durch-
Fig. 130.
Spiegel-Galvanometer nach Weber.
Fig. 131.
Galvanometer von Siemens \& Halske.
messer die Verbindungslinie vom Nord- und Südpol bildet. Spiegelchen und Magnet sind somit in einem Stücke vereinigt. Der Stahlspiegel ist in dem Hohlraume eines massiven Kupfercylinders aufgehängt und über diesen lassen sich von beiden Stirn- seiten her die Drahtspiralen schieben. Die Verschiebbarkeit der Spiralen in der Richtung zum oder vom Magnete hat den Vortheil, daß hierdurch das Galvano- meter für verschiedene Stromstärken verwendet werden kann.
Zu diesen Instrumenten gehört auch das aperiodische Galvanometer von
Siemens \& Halske
(Fig. 131). Der Magnet
M
desselben hat eine ganz eigen- artige Form. Er wird aus einem hohlen, unten offenen und oben durch eine Halbkugel geschlossenen Stahlcylinder gefertigt, den man seiner Länge nach spaltet und dann so magnetisirt, daß Nord- und Südpol
n s
am offenen Ende des Cylinders entstehen. Der Glockenmagnet — so nennt man diese Form — hat den Vortheil, daß ohne Verringerung des magnetischen Momentes das Trägheitsmoment ver- kleinert wird.
Der Magnet hängt in die cylindrische Bohrung einer massiven Kupferkugel
K
und ist durch ein Aluminiumstäbchen mit dem Spiegel
S
verbunden, der seinerseits wieder von einem Coconfaden (in der Röhre
r
) getragen wird. Das Gehäuse
g
für den Spiegel ist durch zwei ebene Glasplatten geschlossen.
R R
sind die Draht- spiralen und
k
die Klemmen. Der Dreifuß
F
, auf welchem das Instrument auf- gebaut ist, besitzt Stellschrauben zur Horizontalstellung.
Fig. 132.
Galvanometer von Deprez.
Bei diesem, sowie auch bei den früher beschriebenen Galvanometern wurde angegeben, daß der Magnet in einem mehr oder weniger massiven Kupfergehäuse schwingt. Um den Zweck dieser Einrichtung zu verstehen, müssen wir hier schon vorgreifend eine Erklärung einfügen, die eigentlich an eine spätere Stelle gehört. Man beobachtete nämlich, daß in einem geschlossenen Leiter elektrische Ströme her- vorgerufen werden, wenn sich ein Magnet in seiner Nähe bewegt. Diese Ströme üben nun, wie wir weiter unten genauer erkennen werden, je nach ihrer Richtung eine abstoßende oder anziehende Kraft auf die Magnetpole aus; sie ziehen an, wenn sich der Magnet entfernt, und stoßen ab, wenn er sich nähert. Hierdurch wird bewirkt, daß der Magnet, aus seiner Ruhelage abgelenkt, sehr rasch zu schwingen aufhört und wieder eine fixe Stellung einnimmt. Man spricht daher von einer
Dämpfung
des Magnetes und versteht darunter die Verringerung seiner Schwin- gungen. Die Dämpfung gelingt desto besser, je weniger Widerstand der Leiter den elektrischen Strömen entgegensetzt; dies ist auch die Ursache, warum man den Magnet mit einer dicken Kupferhülle umgiebt.
Dienen die oben beschriebenen Instrumente zur sicheren Messung auch der schwächsten Ströme, so sind sie hingegen zur raschen und directen Messung so kräftiger Ströme, wie sie die elektrotechnische Industrie heutzutage verwendet, ungeeignet. Hierzu verwendbare Apparate haben unter Anderen z. B.
Deprez
oder
Ayrton
und
Perry
construirt.
Das Galvanometer für starke Ströme von Deprez ist in den Fig. 132 und 133 in der Totalansicht und in seinen Bestandtheilen abgebildet. Auf dem Grund- brette ist ein hufeisenförmiger Stahlmagnet
H
befestigt, der mit seinen Schenkeln den Rahmen
R
einschließt. Um diesen ist einerseits ein Kupferband geschlungen, andererseits besitzt er eine bestimmte Anzahl von Drahtwindungen
D.
Die Klemm- schrauben
K
stehen mit ersterem, die Klemmen
k
mit letzteren in Verbindung. Der Zweck dieses zweifachen Stromkreises ist derselbe wie bei den vorhin behandelten Galvanometern. Innerhalb des Rahmens befindet sich eine Stahlplatte
S
, die durch eine Reihe von Einschnitten in Lamellen getheilt ist; sie kann sich um eine horizontale Axe auf zwei Schneiden drehen, deren eine bei
A
(Fig. 133) zu sehen ist. Die Lamellen werden durch die Influenz des Hufeisenmag- netes gleichfalls magnetisch und müssen deshalb, sobald sie ein elektrischer Strom umkreist, aus ihrer Ruhelage abgelenkt werden. Ist das Galvanometer stromlos, so sorgt das kleine Gewicht
G
für die Zurückführung der Stahl- platte in ihre Ruhelage. Die Stahlplatte überträgt ihre Bewe- gung durch die Rollen
r r
und die Schnur
B
auf den Zeiger
Z
, der auf einer Kreistheilung
T
spielt.
Zur bequemen Benutzung wird das Instrument nach Amp
è
res geaicht, d. h. durch Versuche bestimmt, wie sich die Theilstriche zu den Amp
è
res ver- halten.
Fig. 133.
Galvanometer von Deprez.
Das
Ammeter
(Amp
è
remeter) von Ayrton und Perry gestattet eine directe Ablesung in Amp
è
res. Eine sehr leichte Magnetnadel
C
(Fig. 134) kann sich in dem durch die Armaturen
N
und
S
des Stahlmagnetes
A B
gebildeten magnetischen Felde bewegen. Die beiden Drahtspiralen
D D
1
sind aus je zehndrähtigen Kabeln gebildet und so angeordnet, daß die Nadelausschläge den Stromstärken direct pro- portional sind. Die Drähte stehen mit einem Pachytrop, d. h. einer Vorrichtung in Verbindung, welche durch eine einfache Drehung gestattet, die sechzig Draht- windungen des Instrumentes entweder hintereinander oder nebeneinander zu schalten. Man sieht den Pachytrop (die Walze mit den Contactfedern) in Fig. 135, welche die perspectivische Ansicht des Ammeters giebt, hinter den Klemmschrauben
P
und
P S.
Man erkennt hieraus auch den mit der Magnetnadel verbundenen Zeiger und die dazu gehörige Theilung.
Das Instrument ist sehr empfindlich und hat überdies noch den Vortheil, daß es leicht jederzeit graduirt werden kann.
Sowohl bei dem Instrumente von Deprez als auch bei jenem von Ayrton und Perry ist der Einfluß des Erdmagnetismus dadurch auf ein Minimum gebracht, daß die Nadel in einem kräftigen magnetischen Felde schwingt.
Ayrton und Perry haben ein ihrem Ammeter ganz ähnlich gebautes
Volt- meter
construirt. Der Unterschied zwischen diesem und dem Ammeter besteht darin, daß das Voltmeter mit Windungen von 400 Ohms Widerstand versehen ist; es mißt die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines Stromkreises in Volts.
Wir wollen hiermit vorläufig die Schilderung von Meßinstrumenten ab- schließen, umsomehr als wir ohnehin noch an anderer Stelle auf solche zurück- kommen müssen, und nun im Nachstehenden einige Hilfsapparate zur Ausführung von Messungen betrachten.
Man kommt häufig in die Lage, einen Strom rasch unterbrechen oder schließen zu müssen. Hierbei wäre es sehr mißlich, diese Operationen in der Art auszuführen, daß man die Drähte aus den Klemmen entfernt oder sie in letztere
Fig. 134.
Fig. 135.
Ammeter von Ayrton \& Perry.
befestigt. Man bedient sich daher der
Stromunterbrecher
oder
Interruptoren
. Einen solchen Stromunterbrecher einfachster Art lernten wir bereits am Siemens’schen Widerstandskasten kennen. Zwei durch einen schmalen Spalt voneinander getrennte Messingstücke, die an den einander zugewandten Flächen cylindrisch angebohrt sind und an den abstehenden Enden Klemmschrauben zur Aufnahme der Leitungsdrähte tragen, bilden mit dem dazu gehörigen Stöpsel einen solchen Unterbrecher. (Siehe Fig. 123, S. 210.)
In physikalischen Laboratorien wird zu demselben Zwecke häufig der so- genannte
Schlüssel
von
Dubois
benutzt. Auf einem Brettchen aus Ebonit (Hartgummi) sind zwei mit Klemmschrauben versehene Messingprismen,
a
und
b
, Fig. 136, befestigt. An dem Prisma
a
sitzt das mit einem Elfenbeingriff aus- gerüstete Messingstück
c
, welches, wie der punktirte Theil der Zeichnung erkennen läßt, in verticaler Ebene drehbar ist.
a
und
b
werden mit den Drähten des Stromkreises verbunden; ist dann das Stück
c
zugeklappt, so geht der Strom von
a
durch die Drehaxe in das Stück
c
und von diesem durch
b
in den Stromkreis zurück. Klappt man das Messingstück
c
auf, so ist der Stromkreis unterbrochen. Die Schraubenzwinge
Z
dient zur Befestigung des Unterbrechers an dem Arbeitstisch.
Ebenso häufig als den Strom öffnen und schließen zu können, bedarf man einer bequemen Vorrichtung zum Umkehren der Stromrichtung. Apparate, die dazu dienen, nennt man
Stromwechsler
oder
Wender, Gyrotrope
oder
Com- mutatoren
. Diese sind um so nothwendiger, als man sonst seinen Zweck nur auf die sehr umständliche Weise erreichen könnte, daß man die Drähte ausspannt, verwechselt und neuerdings einspannt. Der Commutator verlangt an Stelle dieser drei Operationen nur eine Drehung.
Fig. 136.
Schlüssel von Dubois.
Fig. 137.
Gyrotrop nach Poyl.
Als solcher ist in vielen Fällen Pohl’s Gyrotrop vortheilhaft zu verwenden. In dem Brette (Fig. 137) sind sechs schälchenartige Vertiefungen 1 .... 6 aus- gebohrt, die zur Aufnahme von Quecksilber bestimmt sind. Die Näpfchen 5 und 2, sowie auch 3 und 6 sind durch Kupferstreifen, deren Enden in das Quecksilber eintauchen, miteinander verbunden. In die Näpfchen 1 und 4 tauchen Kupferspitzen
m n
, die oben mit Hülsen versehen sind; in letztere ist ein sie verbindender Glasstab eingekittet. Außer den Spitzen
m
und
n
trägt noch jede Hülse zwei Metallbügel (
a b
und
c d
). Die Handhabung des Gyrotrops ist folgende: In die Quecksilber- näpfchen 1 und 4 werden die Batteriedrähte eingehängt, in die Schälchen 2 und 3 oder 5 und 6 die Drahtenden des Stromkreises
S;
sind, wie in unserer Abbildung, die Näpfchen 2 und 3 mit dem Stromkreise in Verbindung und ist der Bügel nach links umgelegt, so gelangt der von der Batterie ausgehende Strom in das Näpfchen 1, durch die Spitze
m
und den Ansatz
a
in das Näpfchen 2, durchläuft
Urbanitzky
: Elektricität. 15
den Stromkreis
S
von vorne nach rückwärts, passirt das Näpfchen 3, die Metalltheile
c
und
n
und kehrt durch das Näpfchen 4 wieder zur Batterie zurück. Will man nun den Strom wenden, so braucht man nur den Bügel nach rechts umzulegen, so daß die Ansätze
b
und
d
in die Näpfchen 5 und 6 eintauchen, während die Ansätze
a
und
c
aus den Näpfchen 2 und 3 herausgehoben werden. Jetzt nimmt der Strom folgenden Weg: Von der Batterie geht er durch das Schälchen 1, die Spitze
m
und den Ansatz
b
in das Näpfchen 6; von diesem durch den Kupfer- streifen in das Schälchen 3, durchläuft den Stromkreis von rückwärts nach vorne, gelangt dann in das Näpfchen 2, durch den zweiten (von unten isolirten) Kupfer- streifen in das Schälchen 5 und durch die Zinke
d
und die Spitze
n
wieder zur
Fig. 138.
Commutator nach Ruhmkorff.
Batterie zurück. Der Strom geht also jetzt in umgekehrter Richtung durch den Schließungsbogen wie bei der ersten Lage des Bügels.
Denselben Zweck, aber in anderer Weise, erreicht
Ruhmkorff
durch den von ihm construirten Commutator (Fig. 138). Auf dem Grundbarette sind zwei Metallständer befestigt, welche zur Aufnahme der drehbaren Walze
W
mit Lagern versehen sind. Mit diesen Ständern stehen die Klemmschrauben
c
und
d
in me- tallischer Verbindung. Die Walze
W
ist aus einem isolirenden Materiale, wie z. B. Ebonit oder Bein, gefertigt und an diametral liegenden Seiten ihres Umfanges mit halbcylindrischen Kupferwülsten ausgerüstet. Die Art der Befestigung der Kupferwülste und der Axen an der Walze ist aus dem getrennt von der Figur gezeichneten Längsschnitte zu ersehen. Die Axe besteht aus den beiden voneinander isolirten Stücken
e
und
g.
Die Kupferwülste sind durch Schrauben mit der Walze verbunden. Zwei dieser Metallschrauben, und zwar die einander diagonal gegen- überliegenden
s
1
und
s
2
, reichen an je ein Stück der metallischen Rotationsaxe heran, während die anderen beiden Schrauben nur in die isolirende Masse der Walze eindringen. Die Schraube
s
1
verbindet also den Kupferwulst
k
leitend mit dem Axenstücke
e
und die Schraube
s
2
den Kupferwulst
k
2
leitend mit dem Axen- stücke
g.
Die Drahtklemmen
a
und
b
sind auf die Kupferfedern
f
1
und
f
2
aufgesetzt; letztere schleifen auf dem Umfange der Walze. Wird diese so gedreht, daß sich die beiden Kupferwülste in einer horizontalen Ebene einander gegenüberstehen, so liegt je eine Feder auf einem Kupferwulst auf und der Strom kann, wie wir gleich sehen werden, den Commutator in der einen oder der andern Richtung durchlaufen. Steht die durch die beiden Metallwülste gelegte Ebene vertical, so liegen beide Federn auf der isolirenden Walze selbst auf und verhindern dadurch den Strom am Durchgange durch die Walze. Dieser Commutator kann daher auch als Strom- unterbrecher dienen. (Bei Pohl’s Gyrotrop muß zu demselben Zwecke der ganze Bügel aus den Näpfchen herausgehoben werden.)
Steht die Feder
f
1
mit dem Kupferwulste
k
1
und folglich die Feder
f
2
mit dem Kupferwulste
k
2
in metallischem Contact, so nimmt der Strom folgenden Verlauf: Er tritt bei
a
in den Commutator ein, geht durch den Kupferwulst
k
1
und die Schraube
s
1
auf das Axenstück
e
, von diesem durch den Lagerständer in die Klemmschraube
c
, durchläuft den Stromkreis in der Richtung von links nach rechts, gelangt durch die Klemme
d
und den Lagerständer in das Axenstück
g
, von diesem durch die Schraube
s
2
und den Kupferwulst
k
2
zur Schleiffeder
f
2
und kehrt durch die mit ihr in leitender Verbindung stehende Klemmschraube
b
zur Batterie zurück.
Dreht man jetzt die Walze um 180 Grade, so daß also der Kupferwulst
k
1
mit der Schleiffeder
f
2
und der Kupferwulst
k
2
mit der Feder
f
1
in Berührung kommt, so durchkreist der Strom den Schließungsbogen in entgegengesetzter Richtung; er schlägt nämlich folgenden Weg ein: Aus der Batterie gelangt er zunächst wieder zur Klemme
a
und in die Feder
f
1
; diese liegt nun aber an dem Kupferwulste
k
2
an, weshalb der Strom von hier aus durch die Schraube
s
2
, das Axenstück
g
und die Klemmschraube
d
in den Schließungsbogen gelangen muß, der jetzt in der Richtung von rechts nach links, also umgekehrt wie vorhin, durch- laufen wird. Der Strom fließt dann durch die Klemme
c
, das Axenstück
e
, die Schraube
s
1
und den Kupferwulst
k
1
zur Feder
f
2
und kehrt durch die Klemm- schraube
b
wieder zur Batterie zurück.
Wir wollen es uns an obigen Beispielen genügen lassen und jetzt, nachdem wir die Entstehung und die Gesetze des galvanischen Stromes kennen gelernt haben, unsere Aufmerksamkeit den Wirkungen des galvanischen Stromes zuwenden; diese zerfallen in zwei große Gruppen, nämlich; Wirkungen
innerhalb
des Stromkreises und Wirkungen
außerhalb
desselben.
Die Wirkungen des galvanischen Stromes im Schließungsbogen.
Wärmewirkung.
Kurze Zeit nach der Entdeckung des galvanischen Stromes wurde bereits beobachtet, daß ein vom Strome durchflossener Draht sich unter Umständen ganz bedeutend erwärmt. Davy (1778—1829) wußte bereits, daß die Erhitzung fühlbarer wird, je stärker der Strom und je größer der Widerstand des Drahtes ist.
15*
Genauere Untersuchungen wurden jedoch erst von Joule (1841) durchgeführt. Um überhaupt zu zeigen, daß ein vom Strome durchflossener Leiter erwärmt wird, bediente er sich des in Fig. 139 abgebildeten Apparates. Das Thermometer
S
ist an seinem unteren Ende nicht wie die gewöhnlichen Thermometer mit einer Kugel versehen, sondern das Quecksilber befindet sich in einem schlangenförmig gebogenen Capillarrohre
G.
In das untere Ende
p
1
des Capillarrohres ist ein Platindraht eingeschmolzen, der nach innen in das Quecksilber hineinragt, nach außen mit der Klemmschraube
k
1
in Verbindung steht. Ebenso ist bei
p
2
, also an jener Stelle, wo das Schlangenrohr in die gerade Thermometerröhre übergeht, ein Platindraht eingeschmolzen, welcher zur Klemme
k
2
führt.
Verbindet man nun die Klemmen
k
1
und
k
2
mit den Poldrähten einer galvanischen Batterie, so muß der Strom den Quecksilberfaden im Schlangenrohre
G
durchlaufen. Das Quecksilber wird hierbei erwärmt, dehnt sich aus und zeigt durch
Fig. 139.
Apparat von Joule.
Steigen der Säule in
S
den Grad seiner Erwärmung an. Joule wies die durch den Strom bewirkte Er- wärmung eines Drahtes auch in der Weise nach, daß er diesen um das Gefäß eines sehr empfindlichen Ther- mometers wand und dieses in Wasser einsenkte. Bei Ein- schaltung des Drahtes in einen Stromkreis zeigte abermals das Steigen des Quecksilbers im Thermometer die Er- wärmung des Drahtes an. Derselbe Forscher fand auch, daß die durch einen galvanischen Strom von bestimmter Stärke in einem Leiter erzeugte
Wärmemenge
direct proportional dem Widerstande dieses Leiters ist, gleichviel welche Dimensionen er sonst auch haben mag.
Es ist vielleicht nicht ganz überflüssig, darauf hinzuweisen, daß man zwischen
Wärme- menge
und
Temperatur
strenge zu unterscheiden hat. Auf erstere wirkt nur der Widerstand des Drahtes, auf letztere machen die Dimensionen ihren Einfluß geltend. Ein einfaches Beispiel mag zur Verdeutlichung dienen: In einem sehr kalten Zimmer wird ein Stück Platindraht zu heller Weißgluth gebracht; wird dies ein nicht in unmittelbarer Nähe des Drahtes befind- liches Wasser am Gefrieren hindern? Gewiß nicht. Nun läßt man aber durch die Röhrenleitung der Warmwasserheizung, die wir in demselben Zimmer angebracht haben, das warme Wasser circuliren; in kurzer Zeit wird das ganze Zimmer angenehm erwärmt und doch ist die
Tem- peratur
des Wassers weit unter jener des Drahtes. Der Platindraht besitzt eben eine sehr hohe Temperatur, giebt aber eine sehr geringe Wärmemenge an die Luft ab, während hingegen das Wasser eine verhältnißmäßig niedrige Temperatur besitzt, aber eine große Wärmemenge abgiebt.
Ferner bewogen theoretische Erwägungen Joule zu der Annahme, daß die in gleichen Zeiten in einem bestimmten Drahte entwickelten Wärmemengen bei ver- schiedenen Stromstärken den Quadraten derselben propor- tional sein müssen. Versuche, die er und Andere dann ausführten, bestätigten auch in der That die Richtigkeit dieser Ausnahme. Somit lautet das nach
Joule
be- nannte Gesetz:
Die in einer bestimmten Zeit entwickelte Wärmemenge ist dem Leitungswiderstande des Drahtes und dem Quadrate der Strom- stärke direct proportional
.
Sowohl die von Becquerel als auch die von Lenz ausgeführten Versuche bestätigten das Joule’sche Gesetz. Der Apparat, welchen Lenz zu seinen Versuchen benutzte, ist in Fig. 140 abgebildet. Im Grundbrette
O N
ist der Glasstöpsel
S
derart befestigt, daß die Flasche
G H
mit dem Halse nach abwärts auf den Stöpsel geschoben werden kann. Stöpsel und Innenrand der Flasche sind gut abgeschliffen, so daß ein luft- und wasserdichter Verschluß herstellbar ist. Durch zwei Bohrungen des Glasstöpsels sind Platindrähte geführt und gleichfalls dicht eingekittet. Die in die Flasche ragenden Enden tragen je ein Platinklötzchen. An letzteres ist ein spiralig gewundener Platindraht befestigt, der hinreichend stark sein muß, um sich durch seine eigene Festigkeit aufrecht zu erhalten. Nach außen sind die beiden Platin- drähte mit zwei Klemmschrauben in leitende Verbindung gebracht.
Der nach oben gekehrte Boden der Glasflasche ist durchbohrt und durch diese Bohrung wird mit Hilfe eines Korkstöpsels ein sehr empfindliches Thermo- meter eingesetzt. Die Flasche selbst füllt man mit Alkohol, da das Wasser die Elektricität doch zu gut leitet, als daß Nebenschließungen vollkommen vermieden werden könnten. Bei den Beobachtungen wurde dann der Apparat in einen Strom- kreis eingeschaltet, der auch noch eine Tan- gentenbussole und einen Rheostaten enthielt, um die Stromstärke stets entsprechend reguliren zu können.
Das Joule’sche Gesetz erwies sich jedoch nicht nur giltig für feste Leiter, sondern auch für Flüssigkeiten. Es gilt somit nicht nur für den aus Drähten gebildeten äußeren Schließungs- bogen, sondern für den ganzen Stromkreis. Dieses Verhalten gestattet aber, aus dem Joule- schen Gesetze eine sehr interessante Folgerung zu ziehen. Da nämlich einerseits der
Zinkverbrauch
in einem galvanischen Element proportional ist der Zeit und der Stromstärke, andererseits bei gleichbleibender elektromotorischer Kraft die
Wärmemenge
diesen beiden, so folgt daraus, daß die erzeugte Wärmemenge proportional sein muß der Menge des verbrauchten Zinkes.
Fig. 140.
Apparat von Lenz.
Favre
, welcher dieses Verhalten einem eingehenden Studium unterwarf, erweiterte obigen Satz noch dahin, daß er sagt: Die im ganzen Stromkreise erzeugte Wärmemenge ist gleich jener, welche bei der Ueberführung des Zinkes in Zink- vitrol durch den chemischen Proceß erzeugt wird. Beim Verbrauche von 33 Kilo- gramm Zink im Elemente erhielt Favre 18.160 Wärmeeinheiten oder Calorien.
Unter einer Wärme-Einheit oder Calorie versteht man jene Wärmemenge, welche erforderlich ist, um 1 Kilogramm Wasser von 0° auf 1°C. zu erwärmen.
Nun ergab sich aber für die Wärmemengen, die bei der Auflösung des Zinkes in Schwefelsäure, also der Bildung von schwefelsaurem Zinkoxyd (Zinkvitriol) erzeugt werden, folgendes Resultat:
Bei der Auflösung des Zinkes in der Schwefelsäure wird jedoch gleichzeitig 1 Gramm Wasserstoffgas entwickelt, wozu eine Wärmemenge von 34.462 Calorien verbraucht wird; diese muß daher von obiger Wärmemenge in Abzug gebracht werden. Es ergeben sich daher für die durch den chemischen Proceß erzeugte Wärmemenge
52.743
— 34.462
18.281 Calorien.
Zieht man die unvermeidlichen Beobachtungsfehler mit in Betracht, so zeigt dieser Werth mit dem vorhin angegebenen hinlängliche Uebereinstimmung, um die Richtigkeit des von Favre aufgestellten Satzes zu bestätigen.
Die durch den chemischen Proceß entwickelten Wärmemengen müssen sich bei den constanten Ketten aber auch so verhalten, wie ihre elektromotorischen Kräfte. Dies können wir bei der Vergleichung eines Daniell- und eines Grove-Elementes aus nachstehenden Zahlen ersehen. Durch die Ueberführung des Zinkes in eine Lösung von Zinkvitriol werden 52.743 Calorien erzeugt. Im Daniell’schen Elemente wird nun für jedes Aequivalent
Unter Aequivalenten versteht man jene Zahlen, welche die Verhältnisse ausdrücken, nach welchen sich die Körper in den chemischen Verbindungen gegenseitig ersetzen können.
gelösten Zinkes ein Aequivalent Kupfer metallisch ausgeschieden; zu dieser Ausscheidung oder Reduction des Kupfers aus dem Kupfervitriol werden 29.645 Calorien verbraucht; wir erhalten daher im Daniell-Element:
52.743 — 29.645 = 23.098 Calorien.
Im Elemente von Grove wird entsprechend der aufgelösten Zinkmenge Salpetersäure zu Untersalpetersäure reducirt; zu dieser Reduction sind 6900 Calorien erforderlich und daher bekommen wir für die Wärmemenge im Grove-Element
52.743 — 6900 = 45.843 Calorien.
Das Verhältniß der bei gleichem Zinkverbrauche und in gleicher Zeit im Daniell- und im Grove-Element erzeugten Wärmemengen ist sonach
oder beiläufig gleich 1·9. Diese Zahl stimmt aber mit dem Verhältnisse der elektro- motorischen Kräfte beider Elemente überein.
Die in einem bestimmten Elemente erzeugte gesammte Wärmemenge ist, wie wir gehört haben, proportional der Menge des verbrauchten Zinkes und ist nach Helmholtz gleich jener Wärmemenge, welche durch den chemischen Proceß in der Kette frei wird. Ist also das Element kurz geschlossen, so hat die Elektricität keinerlei Arbeit zu leisten. Die beiden Elektricitäten gleichen sich immer in dem- selben Maße aus, als sie entstehen. Da aber eine Kraft oder Energie (in unserem Falle die elektrische) nie vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann und wir auch in der That die Erwärmung des Stromkreises beobachten, während sonst keine anderweitige Energie auftritt, hingegen aber die elektrische verschwindet, so muß die Erregung der Wärme eben jene Arbeit sein, welche der galvanische Strom leistet. Hieraus hat man sich auch zu erklären, warum die Umwandlung von Elektricität in Wärme nach dem Joule’schen Gesetze erfolgen muß, und dies waren eben auch die früher (Seite 228) angedeuteten theoretischen Erwägungen, welche Joule veranlaßten, das nachträglich experimentell bestimmte Gesetz im Vor- hinein auszusprechen. Es muß an dieser Stelle bemerkt werden, daß die eben be- sprochenen Sätze wohl sehr zu Gunsten der chemischen Theorie der Erregung gal- vanischer Ströme sprechen.
Bei gleicher Stromstärke ist die in einem Stromkreis erzeugte, gesammte Wärmemenge dem gesammten Widerstande des Stromkreises proportional. Ist daher der Stromkreis aus Theilen zusammengesetzt, deren Widerstände verschieden groß sind, so wird auch die in den einzelnen Theilen, selbst wenn diese gleich groß sind, erzeugte Wärmemenge verschieden groß sein.
Durch die Wärmeentwicklung in den einzelnen Theilen eines Stromkreises wird natürlich auch deren Temperatur erhöht. Wovon wird nun die Temperatur eines Leiterstückes abhängen? Die Temperatur irgend eines Körpers hängt über- haupt ab von der Größe der in ihm in gleichen Zeiten erzeugten oder mitge- theilten Wärmemenge und jener Menge, die er an seine Umgebung abgiebt. Der Körper erreicht eine constante Temperatur, sobald Wärmezufuhr und Wärmeabgabe sich das Gleichgewicht halten. Wovon die Menge der erzeugten Wärme abhängt, ist uns bereits durch das Gesetz von Joule bekannt. Die Abgabe der Wärme an die Umgebung hängt aber ab von der Oberfläche und dem Ausstrahlungsvermögen des Körpers, sowie auch von der Temperaturdifferenz zwischen Körper und Um- gebung und endlich von der Natur der Umgebung selbst. Die Wärmemenge, welche ein Körper in einer bestimmten Zeit an seine Umgebung abgiebt, wird desto größer, je größer seine Oberfläche, sein Emissionsvermögen ist und je höher seine Temperatur über jene der Umgebung steht. In welcher Weise die Wärme- abgabe durch die Natur der Umgebung beeinflußt wird, werden wir später noch erfahren.
Da nun die Temperatur eines Leiterstückes, also z. B. eines Drahtes, von der Wechselwirkung zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe abhängt, so wird der Draht eine desto höhere Temperatur erhalten, je größer die Stromstärke und sein Widerstand und je kleiner sein Emissionsvermögen und seine Oberfläche ist. Werden diese Bedingungen günstig gewählt, so kann der Draht von dunkler Rothgluth zu heller Weißgluth und endlich auch zum Schmelzen gebracht werden. Man bringt daher einen dünnen Draht sehr leicht zum Glühen, da einerseits sein Wider- stand des geringen Querschnittes wegen ein hoher und andererseits die wärme- abgebende Oberfläche von sehr geringer Größe ist.
Das Glühen von Drähten durch den galvanischen Strom kann leicht in der Weise gezeigt werden, daß man die Poldrähte einer Batterie durch einen nicht zu langen, dünnen Platin- oder Eisendraht verbindet. Da unter sonst gleichen Umständen die Wärmeentwicklung in einem Leiterstücke zunimmt, wenn der Widerstand wächst, man aber nur in dem Platindrahte Wärmeentwicklung wünscht, müssen daher die Batteriedrähte hinlänglich stark genommen und auch der Wider- stand in der Batterie möglichst vermindert werden. Letzteres wird bekanntlich da- durch erreicht, daß man großplattige Elemente verwendet oder, wenn solche nicht zur Verfügung stehen, kleinplattige parallel schaltet. Nur dann gelingt es, die in der Batterie erzeugte Elektricität möglichst vollkommen nur in dem Platindrahte in Wärme umzusetzen. Die im gegebenen Stromkreise erzeugte Gesammtwärmemenge ist nämlich proportional dem in der Batterie verbrauchten Zinke; in den einzelnen Theilen des Stromkreises ist aber die Stromstärke, wie wir früher gesehen haben, überall die gleiche. Folglich hängen die in den einzelnen Theilen des Stromkreises erzeugten Wärmemengen nur von dem Widerstande dieser Theile ab. Will man also nur in einem dieser Theile eine kräftige Wärmeentwicklung haben, so muß dieser Theil einen großen Widerstand besitzen, während die Widerstände aller übrigen Theile des Stromkreises möglichst klein gemacht werden müssen.
Bei Besprechung des Leitungswiderstandes verschiedener Körper haben wir erfahren, das der Widerstand eines Körpers auch von seiner Natur abhängt; wir nannten den hiervon abhängigen Widerstand den specifischen. Da nun die Er- wärmung von Körpern durch den galvanischen Strom unter sonst gleichen Um- ständen vom Widerstande überhaupt abhängt, muß sie auch verschiedene Grade erreichen, wenn Drähte gleicher Dimensionen, aber aus verschiedenem Materiale, verwendet werden. Daß dies auch in der That der Fall ist, kann man in der Weise zeigen, daß man aus lauter gleich langen und gleich starken Stücken von Platin- und Silberdraht (
Pt
und
Ag
) eine Kette derart zusammensetzt, daß von Glied zu Glied das Metall gewechselt wird (Fig. 141). Die beiden Enden werden mit Klemmschrauben
K K
verbunden, welche zur Aufnahme der Batteriedrähte bestimmt sind. Da nun der specifische Leitungswiderstand des Platins ein größerer
Fig. 141.
Leiterkette.
ist, als jener des Silbers, so werden die Platinstücke stärker erhitzt werden, als die Silberdrähte. Wird nun die Stromstärke passend gewählt, so glühen die Platin- drähte, während die Silberdrähte dunkel bleiben.
Die Wirkung galvanischer Ströme, Drähte zum Glühen oder Glühen und Leuchten zu bringen, wird schon seit einiger Zeit in der Elektrotechnik benutzt. Sie erhielt aber erhöhte Bedeutung durch die in den letzten Jahren erzielte Ver- vollkommnung der Glühlichter. Bei Beschreibung und Besprechung dieser (im zweiten Theile dieses Buches) werden wir auch sehen, in welcher Weise man auf obige Gesetze Rücksicht nahm.
Weiter oben wurde erwähnt, daß auf das Glühen der Drähte auch das umgebende Medium Einfluß ausübt. Diese Erscheinung beobachtete
Grove
in folgender Weise. Er brachte einen Platindraht in der Luft zum Glühen und stülpte dann über diesen ein Gefäß, welches mit Wasserstoffgas gefüllt war; der Draht hörte sofort zu glühen auf. Dieses Experiment kann auch in der Form ausgeführt werden, daß man zwei genau gleiche Platindrähte in Gasröhren ein- schmilzt, deren eine mit Luft, deren andere mit Wasserstoff oder auch mit einem Kohlenwasserstoffe (Hauptbestandtheile unseres Leuchtgases) gefüllt ist. In diesen Röhren wird dann der Platindraht, welcher in die mit Luf gefüllte Röhre ein- geschmolzen ist, schon bei einer Stromstärke glühend werden, bei welcher der Platindraht im Wasserstoffgase noch dunkel bleibt.
Außer der Erwärmung, die der galvanische Strom im ganzen Stromkreise hervorbringt, macht sich unter gewissen Umständen noch eine andere Wirkung auf die Temperatur bestimmter Stellen eines Stromkreises geltend. Diesbezügliche Beobachtungen wurden zuerst von Peltier gemacht.
Erwärmt man einen Stab, der zur Hälfte aus Wismuth
W
zur Hälfte aus Antimon
A
(Fig. 142) besteht, an jener Stelle, an welcher die beiden Metalle zusammengelöthet sind, und verbindet die beiden freien Enden des Stabes durch einen Draht, so circulirt durch das ganze System ein elektrischer Strom; hierbei bewegt sich die positive Elektricität an der erwärmten Löthstelle vom Wismuth zum Antimon. Wird hingegen die Löthstelle unter die Temperatur der Umgebung abgekühlt, so entsteht ein Strom von entgegengesetzter Richtung.
Fig. 142.
Peltier’s Versuch.
Sendet man jedoch umgekehrt durch einen solchen Doppelstab einen elek- trischen Strom, und zwar in der Richtung vom Wismuth zum Antimon, so wird die Löthstelle unter die Temperatur der Umgebung abgekühlt. Geht der Strom aber in der Richtung vom Antimon zum Wismuth, so wird die Löthstelle er- wärmt.
Diese Erscheinung zeigt sich jedoch nicht nur an der Berührungsstelle von Wismuth und Antimon, sondern bei allen Metallcombinationen, die überhaup thermoelektrisch wirksam sind. Hierbei wird die Temperatur der Löthstelle abgekühlt, wenn der durch die Metallcombination gesandte Strom dieselbe Richtung hat, wie jener Thermostrom, der durch Erhitzen derselben Löthstelle entstünde; die Löthstelle wird erwärmt, wenn sie ein Strom passirt, der gleiche Richtung hat mit jenem Thermostrome, der durch Abkühlung der Löthstelle erregt würde.
Um diese Erscheinungen zu zeigen, kann man den Versuch in der durch Fig. 142 angedeuteten Weise anordnen. Die freien Enden des Wismuth-Antimon- stabes
W A
sind durch Drähte mit den mittleren Näpfchen des Pohl’schen Gyro- trops
G
verbunden. Die Drähte, die von den beiden vorderen Näpfchen des Gyrotrops ausgehen, führen zu der Bussole
B
und die beiden rückwärtigen Drähte zum Elemente
E.
Die beiden Verbindungsdrähte zwischen jenen Quecksilbernäpf- chen, welche an den Enden der beiden Diagonalen liegen, sind entfernt. Legt man bei dieser Anordnung den Bügel nach rückwärts um, so geht der Strom des Elementes zum Umschalter, dann durch den Wismuth-Antimonstab, wieder zum Umschalter und von dort zum Elemente. Legt man jedoch den Bügel nach vorne um (wie es die Figur darstellt), so ist hierdurch folgender geschlossener Stromkreis hergestellt: Wismuth-Antimonstab, Umschalter, Bussole, Umschalter und abermals Wismuth-Antimonstab. Hierbei ist der zuerst angegebene Stromkreis unter- brochen, wenn der letztere geschlossen ist und umgekehrt. Läßt man nun bei der ersten Stellung des Bügels den Strom des Elementes durch den Stab in der Richtung vom Wismuth zum Antimon gehen, so wird die Löthstelle unter die Temperatur der Umgebung abgekühlt. Hierdurch wird in dem Stabe eine thermo- elektrische Differenz hervorgerufen; legt man nun den Bügel rasch nach vorne um, so geht ein thermoelektrischer Strom durch den zuletzt angegebenen Strom-
Fig. 143.
Peltier’s Kreuz.
kreis. Seine Existenz und Richtung ersieht man aus dem Ausschlage der Galvanometernadel. Die Abkühlung der Löthstelle durch einen in der Richtung vom Wismuth zum Antimon durchgesandten Strom wird somit in unserem Versuche durch den in Folge der Abkühlung der Löthstelle hervor- gerufenen Thermostrom nachgewiesen. In gleicher Weise kann auch die Er- wärmung der Löthstelle gezeigt werden, wenn man den Strom des Elementes in umgekehrter Richtung, also vom Antimon zum Wismuth, durch den Stab gehen läßt.
Auch im Peltier’schen Kreuz (Fig. 143) wird die Erwärmung, be- ziehungsweise Abkühlung durch einen hindurch gesandten Strom in der Weise gezeigt, daß man den in Folge der Temperaturdifferenz hervorgerufenen Thermostrom durch eine rasch eingeschaltete Bussole beobachtet. Die beiden Stäbe
A
und
W
aus Antimon und Wismuth werden in Form eines Kreuzes überein- andergelegt und an ihrer Berührungsfläche zusammengelöthet. Läßt man dann den Strom eines Daniell-Elementes
D
durch Verbindung seiner Pole mit den Stabenden
a
und
b
das Kreuz durchfließen, so daß der Strom vom Wismuth zum Antimon geht (von
D
nach
b, e, a
und wieder
D
), so wird die Löthstelle
e
abgekühlt. Unterbricht man dann diesen Stromkreis, so circulirt durch den die Bussole
B
enthaltenden Stromkreis
d, e, c, B
und
d
ein Thermostrom.
Die Erwärmung oder Abkühlung einer Löthstelle in Folge eines durch sie gesandten galvanischen Stromes kann jedoch auch direct gezeigt werden, indem man den Wismuth-Antimonstab mit seiner Löthstelle in die Kugel des Rieß’schen Luftthermometers (siehe Seite 139) einschließt. Wird die Löthstelle abgekühlt, so zieht sich die Sperrflüssigkeit in der Röhre gegen die Kugel zurück, wird die Löth- stelle erwärmt, so tritt die umgekehrte Bewegung ein. Man muß bei diesen Ex- perimenten nur darauf achten, daß der durch den Stab gesandte galvanische Strom nicht zu stark ist, weil sonst (nach dem Joule’schen Gesetze) eine Erwärmung ein- tritt, wenn man in Folge des hier in Rede stehenden Verhaltens eines solchen Doppelstabes eine Abkühlung erwarten muß. Die Erwärmung wird zwar auch dann nicht so stark sein, als man nach dem Joule’schen Gesetze erwarten müßte, wenn der Leiter nicht ein Doppelstab wäre, sondern aus einem homogenen Materiale vom selben Widerstande bestünde, weil nur die Differenz beider Wirkungen sicht- bar würde, aber die überzeugende Klarheit des Experimentes ginge immerhin ver- loren.
In überzeugender Weise wurde die Kälteerzeugung durch den galvanischen Strom von Lenz demonstrirt. Er löthete einen Wismuth- und einen Antimonstab in der Weise zusammen, wie es in Fig. 142 dargestellt ist, und bohrte in die Löthstelle eine kleine Vertiefung. Die Doppelstange wurde dann in schmelzenden Schnee gelegt und die Vertiefung mit Wasser gefüllt. Als die Stange die Tem- peratur von
O
Graden angenommen hatte, ließ Lenz den Strom eines Grove- Elementes in der Richtung vom Wismuth zum Antimon durchgehen. Fünf Minuten darauf zeigte sich das Wasser in der Vertiefung der Löthstelle nicht nur voll- kommen gefroren, sondern ergab durch Messung sogar eine Temperatur von — 4·4°
C.
Lichtwirkungen des galvanischen Stromes.
Unterbricht man den Schließungsbogen einer galvanischen Batterie an irgend einer Stelle, so leuchtet an dieser ein heller Funke auf ähnlich jenem, welchen wir bei der Besprechung der Lichtwirkungen durch Entladung einer Kleist’schen Flasche kennen gelernt haben. Man kann das Auftreten galvanischer Funken sehr gut in der Weise zeigen, daß man den einen Poldraht einer galvanischen Batterie mit einer Feile verbindet und über diese mit dem andern Poldraht hinfährt. Der Funke ist um so leichter zu erhalten, je leichter die Metalle an der Unterbrechungsstelle verdampfen oder ver- brennen; letzteres tritt ein, wenn man mit dem einen Poldraht die mit dem andern Poldraht verbundene Eisenfeile streicht, ersteres, wenn der eine Poldraht in Quecksilber taucht und der andere aus diesem herausgezogen wird. Die Farbe des Funkens hängt von der Natur der Metalle ab, welche sich an der Unter- brechungsstelle befinden. Der galvanische Funke wird jedoch nicht beobachtet, wenn man den Stromkreis schließt.
Jacobi
führte die Poldrähte einer 12elementigen Zink-Platin-Batterie mit Hilfe einer Mikrometerschraube bis auf eine Entfernung von 0·00127 Millimeter gegeneinander, ohne einen Funken zu erhalten.
Dieser Umstand zeigt, daß sein Entstehen nicht derselben Ursache zuzuschreiben ist, als welche wir das Auftreten eines elektrischen Funkens bei Entladungsschlägen einer Kleist’schen Flasche kennen gelernt haben. Der galvanische Funke ist vielmehr eine Art galvanischen Glühens. Wir haben erfahren, daß unter sonst gleichen Umständen ein vom Strome durchflossener Draht desto intensiver glüht, je geringer sein Querschnitt wird. Eine solche Verringerung des Querschnittes tritt aber immer ein, wenn der Stromkreis einer galvanischen Batterie unterbrochen wird. Man verringert hierbei den Querschnitt immer mehr, da immer weniger Stellen sich leitend berühren und schließlich gerathen die wenigen sich noch berührenden Theilchen zum Glühen, Verbrennen oder Verdampfen; die verbrennenden oder verdampfenden Theilchen bilden dann den galvanischen Funken. In dieser Weise ist es auch erklärlich, daß beim Schließen eines Stromkreises kein Funke sichtbar wird.
Dieses Verhalten galvanischer Batterien ist jedoch kein ansnahmsloses. Auch sie können in der Schlagweite auftretende Funken geben wie eine Kleist’sche Flasche, wenn nur die Dichtigkeit der Elektricitäten an der Unterbrechungsstelle des Schließungs- bogens eine hinreichende Größe erlangt. Dies kann aber durch Anwendung sehr vielelementiger Batterien erreicht werden. So erhielt
Crosse
Funken an der Unterbrechungsstelle einer Batterie von 1626 Kupfer-Zink-Elementen.
Gassiot
sah tagelang Funken überspringen an der Unterbrechungsstelle einer ähnlichen Batterie von 3520 Elementen; die den Schließungsbogen unterbrechende Luftstrecke war hierbei 0·25 Millimeter lang.
Continuirliche Funken können jedoch noch in anderer Weise, und zwar ohne Anwendung so großer Batterien wie die vorhin erwähnten, erhalten werden, indem man die Enden des Schließungsbogens einer kräftigen Batterie miteinander zur Berührung bringt, dann wieder trennt und nach Eintreten des Unterbrechungs- funkens die beiden Enden in geringer Entfernung voneinander erhält. Der gal- vanische Strom geht dann continuirlich durch die Unterbrechungsstelle und erzeugt jene brillante Lichterscheinung, die unter den Namen des
Davy’schen Lichtbogens
oder
Voltabogens
bekannt ist. Der erste, welcher diese Erscheinung beobachtete, dürfte wohl Davy gewesen und als Zeitpunkt der ersten Beobachtung (nach Syl- vanus Thomson) das Jahr 1802 anzunehmen sein. Davy versah die Polenden einer Batterie von 2000 Elementen mit Kohlenstäbchen und brachte diese nach vor- hergegangener Berührung wieder voneinander; es enstand ein Lichtbogen von hellstem Glanze. Derselbe dauerte fort, auch wenn die Stäbchen bis zu 10 Centi- meter voneinander entfernt wurden. Um den Lichtbogen zu erzeugen, ist jedoch nicht die Anwendung einer so großen Batterie erforderlich; er entsteht vielmehr schon bei Benutzung von 20 bis 30 Grove’schen oder Bunsen’schen Elementen.
Die Länge des Bogens, also die Distanz, bis auf welche die Kohlen von- einander entfernt werden können, hängt bei Anwendung desselben Stromes auch von der Umgebung des Bogens wesentlich ab. Der von Wiedemann zur Unter- suchung dieser Verhältnisse angegebene Apparat ist in Fig. 144 abgebildet. Er besteht aus einer dreifach tubulirten Glasglocke
G
, welche auf den Teller
T
einer Luftpumpe luftdicht aufgesetzt werden kann. In den oben angebrachten Tubulus ist ein Hahn
H
gekittet, durch welchen der Innenraum der Glocke in oder außer Verbindung mit der äußeren Luft gesetzt werden kann; der Hahn kann auch zur Einleitung verschiedener Gase dienen. Durch die beiden seitlichen Tubuli sind Metallstäbe
a
und
b
geführt, welche an den einander zugekehrten Enden im Innern der Glocke mit Metallklemmen zur Aufnahme der Kohlenstifte oder anderer Körper versehen sind. Der Stab
a
geht durch eine Stopfbüchse
S
und trägt eine Theilung, um die Entfernung beider Spitzen voneinander messen zu können. Verdünnt man mit Hilfe einer Luftpumpe die Luft in der Glocke, so können unter sonst gleich bleibenden Umständen die beiden Spitzen ohne den Bogen zu unterbrechen weiter voneinander entfernt werden, als wenn die Glocke mit Luft unter dem gewöhnlichen Atmosphärendrucke gefüllt ist. Davy verdünnte z. B. die Luft bis auf einen Druck von 6 Millimeter Quecksilbersäule (gegen 760 des gewöhnlichen Luftdruckes) und vergrößerte dadurch unter Anwendung seiner 2000elementigen Batterie den Lichtbogen von 11 bis zu 18 Centimeter.
Auf die Größe des Lichtbogens übt auch die Anzahl der stromliefernden Elemente Einfluß aus; der Bogen wird länger, wenn die Zahl der Elemente vermehrt wird.
Deprez
fand, daß hierbei der Lichtbogen schneller wächst als die Zahl der Elemente, daß dieser Zuwachs stärker ist für kleine Bogen als für große, daß ein längerer Lichtbogen erhalten wird, wenn bei verticaler Anordnung der Kohlen sich der positive Pol oben
besindet
, als wenn der negative diese Stelle einnimmt.
Einen sehr erheblichen Einfluß auf die Größe des Voltabogens äußert auch das Material, aus welchem die Elektroden gefertigt werden. Man beobachtet näm- lich, daß, je leichter flüchtig dieses ist, desto leichter auch der Bogen entsteht. Schwer ist er herzustellen zwischen Platinelektroden, weniger schwierig zwischen Elektroden aus leicht flüchtigen Metallen, wie z. B. Zink, am längsten wird er aber bei Anwendung von Kohlen, die mit leicht flüchtigen Salzlösungen getränkt sind. So erhielt
Casselmann
mit 44 Bunsen-Elementen einen 4·5 Millimeter
Fig. 144.
Voltabogen.
langen Bogen, wenn er rohe Kohlenspitzen anwandte, erreichte aber die doppelte Länge, wenn die Kohlen mit Kalilauge getränkt waren.
Dieses Verhalten weist schon darauf hin, daß durch den Bogen eine Ver- flüchtigung der Elektroden bewirkt werden muß. Wird der Bogen in freier Luft erzeugt, so rührt die Abnahme der Elektroden zum Theile von der Verbrennung her; diese ist aber nicht ausreichend für die Größe der Abnahme. Es tritt die Ab- nahme vielmehr auch dann ein, wenn der Bogen in einem mit Stickstoff gefüllten Raume glüht. Man kann überdies das Verhalten der Elektroden wägend ver- folgen; dabei zeigt sich dann, daß die positive Elektrode bedeutend rascher abnimmt als die negative, ja diese sogar häufig an Gewicht zunimmt, wenn der Versuch im luftleeren oder mit Stickstoff gefüllten Raume ausgeführt wurde. Es muß folglich durch den Lichtbogen ein Transport glühender Theilchen von der positiven zur negativen Elektrode bewirkt werden.
Erzeugt man mit Hilfe einer Sammellinse ein Bild des Lichtbogens, wie solches Fig. 145 zeigt, so ersieht man aus demselben, daß die beiden Kohlen kurze Zeit nach Entstehen des Bogens ein voneinander verschiedenes Aussehen gewinnen. Die positive Kohlenelektrode höhlt sich kraterförmig aus und bildet eine kleine Sonne, welche an 65 Procent der ganzen Lichtmenge nach Richtungen ausstrahlt, die der Wölbung des Kraters entsprechen. Die negative Elektrode bleibt nahezu spitz und sendet daher ihre Lichtstrahlen nach allen Richtungen. Auf beiden Kohlen erscheinen mitunter glänzende Kügelchen
g
, die von den mineralischen Verunreinigungen der Kohlen herrühren, daher fehlen, wenn letztere aus reinem Kohlenstoff bestehen.
Da ein Fortführen glühender Theilchen größtentheils nur von der positiven Elektrode aus stattfindet, ist es begreiflich, daß für die Länge des Bogens auch der Hauptsache nach nur die positive Elektrode maßgebend ist. Versuche haben
Fig. 145.
Bild des Voltabogens.
in der That gezeigt, daß der Bogen allerdings leicht vergrößert werden kann, wenn man die po- sitive Elektrode aus leicht zu verflüchtigendem Materiale macht, daß hingegen die Anwendung dieses Materiales auch zur Anfertigung der negativen Elektrode den Bogen kaum merkbar vergrößert. Wird aber die positive Elektrode aus schwer flüch- tigem, die negative aus leicht flüchtigem Materiale gefertigt, so entsteht der Bogen zwischen beiden nahezu ebenso schwierig, als wenn beide Elektroden aus dem schwer flüchtigen Materiale bestünden.
Daß auch von der negativen Elektrode, wenngleich in verhältnißmäßig unbedeutender Menge, Theilchen abgerissen und fortgeschleudert werden, hat
Breda
sowohl durch Anwendung zweier ver- schiedener Metalle sichtbar gemacht, als auch durch Wägungen bewiesen.
Der Voltabogen ist somit ein Strom glühen- der Elektrodentheilchen, die zumeist in der Richtung von der positiven zur negativen Elektrode gehen.
Die außerordentliche Lichtstärke des Lichtbogens und die Verflüchtigung selbst der am schwersten flüchtigen Metalle durch denselben zeigt, daß seine Temperatur eine sehr hohe, vielleicht die höchste ist, die wir zu erzeugen im Stande sind. Nicht nur Metalle, wie Eisen, Zink, Kupfer u. s. w. ver- brennen im Voltabogen mit lebhaftem Glanze, sondern sogar die Kohle wird zum Theil verflüchtigt. Bei Anwendung von Kohlenspitzen im luftleeren Raume fand Deprez den Kohlendampf an der Innen- fläche der Glasglocke krystallinisch condensirt. Kleine Kohlenstücke wurden durch den Lichtbogen aneinandergeschweißt.
Läßt man den Bogen einige Zeit zwischen Kohlenspitzen übergehen und unterbricht dann den Strom, so erscheint die positive Elektrode weißglühend, während die negative Kohle kaum rothglühend ist. Erzeugt man den Bogen zwischen Quecksilber und einem Metalldrahte und bildet letzterer den positiven Pol, so glüht ein größeres Stück desselben lebhaft; dient aber das Quecksilber als positiver Pol, so bleibt der Draht dunkel, während das Quecksilber sich stark erhitzt und ver- dampft. Diese Versuche lehren, daß die Wärmeentwicklung an den beiden Elektroden eine verschieden große ist; die positive Elektrode zeigt nämlich eine bedeutend höhere Temperatur als die negative.
Rosetti
hat bei Anwendung einer Bunsen’schen Batterie von 160 Elementen und einer Duboscq’schen Lampe die Temperatur zwischen beiden Kohlenspitzen zu 2500 bis 3900° C. gefunden. Hierbei hatte die positive Kohle 2400 bis 3900 und die negative 2138 bis 2530° C. Der mit acht bis zehn Bunsen’schen Elementen und einer Lampe von Reynier erzeugte Bogen erreichte an der positiven Kohle eine Temperatur von 2406 bis 2734° C. Wenn trotzdem als ein Vorzug des elektrischen Lichtes vor den übrigen Beleuchtungsarten auch der angegeben wird, daß die übermäßige Erhitzung der Locale vermieden erscheint, so steht dies keineswegs mit den eben gemachten Zahlenangaben im Widerspruche, denn die wärmeausstrahlende Fläche des elektrischen Lichtes ist im Verhältnisse zu der anderer Lichter so klein, daß die Gesammtwärmemenge des ersteren hinter jener der letzteren weit zurückbleibt.
Siemens
fand, daß ein elektrisches Licht von 4000 Kerzen Helligkeit 142·5 Wärmeeinheiten per Minute erzeugt. Will man dieselbe Lichtmenge durch Gasflammen erhalten, so bedarf man 200 Argandbrenner, welche 15.000 Wärmeeinheiten erzeugen. Das elektrische Licht bringt also ungefähr nur 1 Procent der Wärme hervor, welche durch eine gleich helle Gasbeleuchtung hervorgerufen würde.
Mit der Erzeugung hoher Temperaturen ist natürlich auch eine außer- gewöhnlich starke Lichtentwicklung verbunden. Diese ist unter sonst gleichen Bedin- gungen abhängig von der Länge des Bogens und nimmt zu, wenn letzterer von 1 auf 5 Millimeter verlängert wird, von 547 auf 1140 Kerzen Lichtstärke. Wichtig für die praktische Anwendung des elektrischen Lichtes ist die Richtung, in welcher die Lichtstrahlen ausgehen; während bei Anwendung vertical übereinander angeordneter Kohlen die obere zur positiven Elektrode gemacht, der größte Theil des Lichtes von der oberen Kohle ausgeht und wegen der früher erwähnten Krater- bildung nach einer begrenzten Anzahl von Richtungen aber größtentheils nach unten gesendet wird, strahlt der Bogen die Hauptmenge des Lichtes nach oben aus, wenn man die untere Kohle zur positiven Elektrode macht. Ueberhaupt geht bei jeder beliebigen Stellung der beiden Elektroden stets die Hauptmasse des Lichtes in der Richtung von der positiven nach der negativen Elektrode zu aus. Es ist begreiflich, daß dieser Umstand bei der Aufstellung elektrischer Lampen wohl be- achtet werden muß.
Foucault
und
Fizeau
maßen die Lichtstärke und gelangten hierbei zu nachstehendem Resultate: Nimmt man die Lichtintensität der Sonne als Einheit an, so ist jene des elektrischen Lichtes gleich 0·5, des Drummond’schen Kalklichtes = 0·0066 und des Mondes = 0·000003. Diese Zahlen geben nur einen annähernden Begriff von dem Verhältnisse der Lichtstärken der vier benannten Lichtquellen. Auf Genauigkeit können sie umsoweniger Anspruch erheben, als die Methode der Vergleichung keine einwurfsfreie war. Zur Vergleichung der Intensitäten des elek- trischen und des Sonnenlichtes wurden nämlich durch gleich große Oeffnung Strahlenbüschel beider Lichtquellen nach erfolgter Concentrirung durch Sammel- linsen auf eine Daguerre’sche Platte wirken gelassen und dabei beobachteten die beiden Forscher die Zeiten, welche die beiden Strahlenbüschel brauchten, um auf der Platte denselben Eindruck hervorzurufen. Die Zeiten wurden dann umgekehrt proportional den Lichtintensitäten gesetzt. Dies ist aber nur eine Vergleichung der chemisch wirksamen Strahlen, und da das elektrische Licht an diesen relativ reicher ist als das Sonnenlicht, ist die Aufstellung obiger Proportionalität nicht zulässig.
Der relative Reichthum des elektrischen Lichtes an chemisch wirksamen Strahlen, als welche namentlich die violetten gelten, wurde auf spectralanalytischem Wege nachgewiesen. Bekanntlich besteht das Sonnenlicht, welches wir als weißes Licht bezeichnen, aus Lichtstrahlen aller Farben und bewirkt eben nur die Gesammtheit aller dieser Strahlen den Eindruck des weißen Lichtes. Das Auge kann die farbigen Bestandtheile desselben nicht voneinander getrennt sehen, wohl aber kann man irgend einen Lichtstrahl in seine farbigen Bestandtheile auflösen, wenn man ihn durch einen Glaskeil (Prisma) gehen läßt. Dieses zeigt dann durch Ausbreitung der Farben nebeneinander deutlich, welche Lichtstrahlen eine Lichtquelle aussendet und welche nicht. Diese Methode der Untersuchung einer Lichtquelle nennt man eben Spectralanalyse. Bringt man verschiedene Körper in Dampfform zum Glühen und untersucht dann spectralanalytisch die Lichtstrahlen, welche diese Dämpfe aus- senden, so giebt jeder Körper ein anderes für ihn charakteristisches Farbenbild oder Spectrum. Untersucht man in dieser Weise das elektrische Licht, so erhält man das für die chemische Beschaffenheit der Elektroden charakteristische Spectrum und dies ist neuerdings eine Bestätigung dafür, daß der Voltabogen im Wesentlichen eine Glüherscheinung ist.
Bringt man die Elektroden, nachdem sie sich berührt haben, auseinander, so tritt zunächst der Oeffnungsfunke auf. Durch fortwährende Verringerung der sich berührenden Flächen wird, wie oben auseinandergesetzt wurde, der Querschnitt des Schließungsbogens an der Unterbrechungsstelle schließlich so weit verringert, daß die sich noch berührenden Elektrodentheilchen in Gluth gerathen und durch den Strom abgerissen werden. Entfernt man nun die beiden Elektroden ein klein wenig voneinander, so bilden diese mitgerissenen glühenden Elektrodentheilchen eine Brücke zwischen beiden Elektroden, und der Strom kann durch diesen, wenngleich schlechten Leiter immerhin durchgehen. Das Abreißen der Theilchen, einmal durch den Unterbrechungsfunken eingeleitet, dauert dann fort und erhält sich um so leichter, je leichter die Elektrodentheilchen abgerissen werden können oder, mit anderen Worten, man kann die Elektroden, um so weiter voneinander entfernen, ohne den Strom zu unterbrechen, je leichter flüchtig das Materiale der Elektroden ist. Ueberschreitet man jedoch eine gewisse Entfernung, so vermögen die Elektrodentheilchen nicht mehr von der einen bis zur andern Elektrode zu fliegen und der Strom wird unter- brochen; dann erlischt der Bogen und kann erst nach vorhergegangener Berührung beider Elektroden wieder hervorgerufen werden. Wird der Strom durch Oeffnung des Schließungsbogens an einer andern Stelle unterbrochen, so wird der Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden natürlich auch erlöschen und nach wiedererfolgter Schließung erst dann neuerdings wieder hergestellt werden können, wenn man die Elektroden abermals zur Berührung bringt. Eine Ausnahme von diesem Verhalten tritt nur dann ein, wenn die Unterbrechung des Stromes äußerst kurze Zeit dauert, weil dann die Elektroden noch in voller Gluth sind und glühende Theilchen aus- senden.
Le Roux
fand, daß die Zeitdauer, welche hierbei nicht überschritten werden darf, 1/25 einer Secunde beträgt.
Man ersieht überdies auch daraus, daß der Strom nicht aufhört, wenn der Lichtbogen gebildet ist, daß dieser den Strom leiten muß, ja der Widerstand des Lichtbogens scheint überhaupt kein sehr bedeutender zu sein. Die Angaben, welche von verschiedenen Seiten über die Größe des Widerstandes gemacht wurden, weichen sehr beträchtlich voneinander ab; es hat dies seinen Grund in einem Ver- halten des Lichtbogens, das wir nachher noch kennen lernen werden. Siemens ver- anschlagt den Widerstand auf 1 Siemenseinheit, Schellen auf 30 bis 40, Hagenbach fand 4·75, Uppenborn bei gewöhnlichen Lichtern 2 und bei kleinen Bogenlichtern gleich 4 Siemenseinheiten. Versuche, welche Edlund bei verschiedener Länge des Voltabogens anstellte, ergaben nachstehende Resultate:
Für eine Bogenlänge von 2 Millimeter, den Widerstand zu 7·8
„ „ „ „ 1·6 „ „ „ „ 7·6
„ „ „ „ 1·2 „ „ „ „ 7·3
„ „ „ „ 0·8 „ „ „ „ 7·1
„ „ „ „ 0·4 „ „ „ „ 6·9
Diese Versuche zeigen, daß der Widerstand nicht direct von der Länge des Lichtbogens abhängt, daß vielmehr noch eine andere Ursache vorhanden sein muß, welche die bei den Versuchen beobachtete Stromschwächung herbeiführt. Man fand diese Ursache in der Wirkung einer elektromotorischen Kraft, welche im Lichtbogen durch diesen selbst hervorgerufen wird und welche der elektromotorischen Kraft des galvanischen Stromes, der den Lichtbogen bildet, entgegenwirkt. Das Auftreten dieser elektromotorischen Gegenkraft, welche nicht als solche, sondern als Widerstand gemessen wurde, ist eben eine jener Ursachen, welche zur Angabe so sehr voneinander verschiedener Werthe für den Widerstand des Voltabogens führte, wie sie oben mitgetheilt wurden.
Edlund hat das Auftreten der elektromotorischen Gegenkraft direct nach- gewiesen durch Benutzung des bereits erwähnten Umstandes, daß der Lichtbogen nach Unterbrechung des ihn erzeugenden Stromes nicht sofort erlischt. Edlund brachte nämlich an den beiden Kohlen eine Nebenschließung an, in welche eine Bussole eingeschaltet war. Die Nebenschließung wurde dann im selben Momente her- gestellt, in welchem man den den Lichtbogen erzeugenden Strom unterbrach. Kräftige Ausschläge der Magnetnadel verrathen dann den durch den Lichtbogen hervor- gerufenen Gegenstrom.
Die chemischen Wirkungen des galvanischen Stromes.
Schon wiederholt hatten wir im Laufe unserer Betrachtungen Gelegenheit, chemischer Wirkungen der Elektricität zu gedenken. Die Zerlegung gasförmiger Verbindungen in einfache Gase oder umgekehrt die Bildung gasförmiger Verbindungen aus einfachen Gasen, die Ausscheidung von Jod aus seiner Verbindung mit Kalium, ja selbst das Niederschlagen von Kupfer aus der Lösung seines schwefelsauren Salzes — alle diese chemischen Wirkungen ist schon der elektrische Funke einer Elektrisirmaschine im Stande hervorzurufen. Am auffälligsten und kräftigsten treten aber die genannten Erscheinungen hervor, wenn die Elektricität in der Form zur Anwendung gelangt, in welcher sie von galvanischen Batterien (oder später zu beschreibenden elektrischen Maschinen) geliefert wird. Deshalb soll ihnen auch an dieser Stelle größere Auf- merksamkeit geschenkt werden.
Carlisle
tauchte einst (1800) einen Kupferdraht, der von einem Pole seiner Voltasäule ausging, in einen Tropfen Wasser, welcher auf der Schlußplatte des andern Poles sich befand. Im Wassertropfen entwickelten sich Gasbläschen und der Tropfen selbst wurde immer kleiner. Dieser Versuch wurde dann in der Weise wiederholt, daß Carlisle die zwei Messingdrähte, welche von den Polen einer Säule ausgingen, in eine mit Wasser gefüllte und oben verschlossene Röhre führte. Nun entwickelten sich an jenem Drahte, welcher mit dem negativen Pole der Säule in Verbindung stand, Gasbläschen, während das Wasser in der Röhre sank. Am
Urbanitzky
: Elektricität. 16
positiven Poldrahte hingegen zeigte sich keine Gasentwicklung, dafür verlor aber das Messing seinen Glanz, wurde schwarz und zerfiel schließlich. Das Gas, welches sich während dieser Zeit in der Röhre angesammelt hatte, erwies sich bei weiterer Prüfung als reines Wasserstoffgas. Die Untersuchung des schwarz gewordenen und schließlich zerfallenen Drahtes ergab, daß bei diesem die beiden Bestandtheile des Messings, nämlich Kupfer und Zink, sich oxydirt, d. h. mit Sauerstoff verbun- den hatten.
Um nun auch den Sauerstoff gasförmig zu erhalten, wurden Drähte aus Platin, also aus einem Metall benutzt, welches durch den Sauerstoff nicht oxydirt wird. Jetzt entwickelten sich an beiden Drähten Gasblasen. Sie wurden nun ge-
Fig. 146.
Wasserzersetzungs-Apparat.
trennt aufgefangen, indem man über jeden Draht ein Glasrohr stülpte, und dabei zeigte sich, daß an jenem Drahte, an welchem sich Wasserstoff ausschied, doppelt so viel Gas entstand, als an dem, an welchem der Sauerstoff frei wurde. Da nun das Wasser genau aus zwei Volumen Wasser- stoff und einem Volumen Sauerstoff besteht und in eben diesem Verhältnisse die beiden Gase durch den Strom aus dem Wasser ausgeschieden werden, so ergiebt sich daraus, daß der gal- vanische Strom das Wasser in seine beiden Bestandtheile zerlegt. Hierbei erfolgt die Zer- legung jederzeit in der Art, daß sich der Wasser- stoff an dem mit dem negativen Pole in Ver- bindung stehenden Drahtende ausscheidet und der Sauerstoff an dem positiven Drahtende.
Um die Zersetzung des Wassers durch den galvanischen Strom bequem ausführen zu können, bedient man sich verschiedener Apparate. Einer derselben ist in Fig. 146 abgebildet. Das trichter- förmige Glasgefäß
A A
ist unten durch einen Pfropf verschlossen, durch welchen isolirt zwei Drähte geführt sind. Die einen Enden dieser Drähte stehen mit den Klemmen
K K
in Ver- bindung, die anderen Enden tragen die Platin- bleche
p p.
Ueber diese stülpt man die beiden Glasröhren
B B
, welche durch die am Stative
C
befestigten Klemmen in ihrer Lage erhalten werden. Die Röhren sind nach Volum- theilen getheilt und oben mit Glashähnen versehen. Setzt man bei letzteren durch Vermittlung zweier Kautschukstückchen das Glasrohr
a
an, so kann bei geöffneten Hähnen das Wasser leicht in die Röhren gesaugt werden. Da chemisch reines Wasser dem Durchgange des galvanischen Stromes einen so bedeutenden Widerstand ent- gegensetzt, daß man es eigentlich als Nichtleiter zu betrachten hat, versetzt man es zum Behufe der Wasserzersetzung mit Schwefelsäure. Diese, auch in noch so geringer Menge zugemischt, verringert den Widerstand des Wassers gleich ganz erheblich.
Um eine bequeme und übersichtliche Ausdrucksweise zu gewinnen, hat Faraday eine Reihe von Benennungen vorgeschlagen, die auch seither allgemein gebraucht werden. Man nennt jene Drähte, welche den Strom in das Wasser einführen, beziehungsweise aus demselben ableiten, Elektroden, und zwar positive Elektrode oder
Anode
jenen Draht, an welchem sich der Sauerstoff abscheidet, negative Elektrode oder
Kathode
jenen, an welchem sich der Wasserstoff entwickelt, oder allgemein bezeichnet man als Anode jenen Draht, durch welchen der positive Strom in die Flüssigkeit eintritt und als Kathode jenen Draht, durch welchen er die Flüssigkeit verläßt. Den Zersetzungsproceß selbst nennt man
Elektrolyse
und den Körper, welcher zersetzt wird, einen
Elektrolyten
. Die Zersetzungsproducte heißen
Jonen
, und zwar jenes, welches sich an der Kathode ausscheidet, positives Jon oder
Kathion
und das, welches sich an der Anode ausscheidet, negatives Jon oder
Anion
.
Vollkommen reines Wasser zu elektrolysiren, ist äußerst schwierig, weil der galvanische Strom durch dieses kaum hindurchzubringen ist. Einige Tropfen Schwefel- säure genügen jedoch, um diese Schwierigkeit zu beseitigen, immerhin müssen aber zur Wasserzersetzung mindestens zwei Elemente in Verwendung kommen; ein Element kann dieselbe wegen der hierbei auftretenden Polarisation der Elektroden, einer später zu erklärenden Erscheinung, nicht bewirken. Beobachtet man aber diese Um- stände, so gelingt die Zerlegung des Wassers sehr leicht und erfolgt immer in der Weise, daß für je ein Volumen Sauerstoff nahezu genau zwei Volumen Wasserstoff ausgeschieden werden. Der Sauerstoff entwickelt sich an der Anode, bildet daher das negative Jon oder Kathion und der Wasserstoff das Anion.
Die Umstände, welche die Genauigkeit des Volumverhältnisses, in dem die beiden Gase ausgeschieden werden, beeinträchtigen, sind theils im Verhalten des Wassers zu den Gasen, theils im Verhalten der Schwefelsäure während der Elek- trolyse zu suchen. Das Wasser besitzt nämlich ein größeres Absorptionsvermögen für den Sauerstoff als für das Wasserstoffgas; es wird daher mehr Sauerstoff lösen als Wasserstoff und dadurch das genaue Verhältniß der Volumina zueinander stören. Ist das Wasser stark mit Schwefelsäure angesäuert, so erleidet der Sauer- stoff noch eine weitere Verminderung seines Volumens dadurch, daß er zum Theile in eine andere Modification übergeht, die man mit dem Namen Ozon bezeichnet. In dieser Form tritt der Sauerstoff immer auf, wenn durch die Luft hindurch elektrische Entladungen stattfinden. Das Ozon bildet sich daher auch beim Ueber- schlagen von Funken aus dem Conductor einer Elektrisirmaschine oder beim Ent- laden von Kleist’schen Flaschen u. s. w. Elektrisirt man Sauerstoff oder Luft in einer etwa durch Quecksilber abgeschlossenen Röhre, so beobachtet man eine Volums- verminderung des Gases; es tritt, wie man sich auszudrücken pflegt, eine Contraction ein. Der gewöhnliche Sauerstoff geht gewissermaßen in einen concentrirten Zustand über, bei gleichzeitiger Steigerung seiner chemischen Kraft. Sobald daher im Wasser- zersetzungs-Apparate Ozonbildung eintritt, muß auch das Volumen des ausgeschiedenen Sauerstoffes vermindert werden.
Der Sauerstoff kann aber noch eine weitere Verminderung erfahren. Nach Versuchen von Meidinger und Schönbein tritt bei der Elektrolyse des Wassers stets auch eine höhere Oxydationsstufe des Wasserstoffes, nämlich
Wasserstoffsuper- oxyd
Das Wasserstoffsuperoxyd oder Wasserstoffdioxyd ist eine dicke, farblose Flüssigkeit, die wegen ihrer leichten Zersetzbarkeit ein kräftiges Oxydationsmittel bildet und organische Farbstoffe zerstört. Verdünnt mit Wasser, also in wässeriger Lösung, wird sie zum Reinigen alter Oelgemälde, Kupferstiche ꝛc. benutzt; sie dient auch als Schönheitsmittel, um dunkles Haar in blondes zu verwandeln.
auf, sobald sich Ozon bildet. Dies muß daher natürlich eine weitere Ver-
16*
minderung des Sauerstoffes zur Folge haben. Nach Meidinger kann bei sehr hohem Schwefelsäuregehalt der Verlust an Sauerstoff durch Bildung von Wasser- stoffsuperoxyd bis zu 0·6 Procent steigen.
Säuert man jedoch das zur Elektrolyse benutzte Wasser nur schwach an, so findet die Ausscheidung von Sauerstoff und Wasserstoff fast genau im Verhältnisse von 1 zu 2 statt. Vielfältig ausgeführte Experimente haben gezeigt, daß die Menge des zersetzten Wassers, oder was dasselbe ist, die Größe des gesammten Gas- volumens stets mit der Stärke des zur Elektrolyse angewandten Stromes zu- oder abnimmt. Man fand deshalb in der Zersetzung des Wassers durch den galvanischen Strom ein Mittel, dessen Stärke zu messen. Solche elektrolytische Apparate, welche zur Messung von Stromstärken Verwendung finden, nennt man
Voltameter
. Bei diesen hat es natürlich keinen Zweck, die beiden Gase getrennt aufzufangen, es
Fig. 147.
Voltameter.
genügt vielmehr zur Ansamm- lung beider
eine
Röhre. In dieser sammelt sich dann das Knallgas, so heißt nämlich das Gemenge von 1 Volumen Sauer- stoff mit 2 Volumen Wasser- stoff, an und wird gemessen. Ein derartiges Voltameter ist in Fig. 147 abgebildet. Eine Glasflasche mit weitem Halse ist durch einen Kautschukpfropfen oder einen eingeschliffenen Glas- stöpsel verschlossen, durch welchen zwei außen mit Drahtklemmen versehene Drähte führen; diese enden in zwei Platinstreifen als Elektroden. Der Stöpsel ist in der Mitte durchbohrt, um das Gasentbindungsrohr aufzuneh- men. Letzteres mündet dann unter Wasser in die graduirte Meßröhre. Sobald die beiden Klemmschrauben mit den Batteriedrähten in Verbindung gesetzt werden, beginnt die Zersetzung des Wassers in der Flasche und die in Form vieler Bläschen auf- steigenden Gase gelangen durch das Gasentbindungsrohr in die Meßröhre.
Das Wasser ist jedoch nicht der einzige Körper, der durch den galvanischen Strom in seine Bestandtheile zerlegt wird; der Strom zersetzt vielmehr alle flüssigen, geschmolzenen oder gelösten Verbindungen, wenn diese nur überhaupt den Strom leiten. Zunächst können die Oxyde, welche mit dem Wasser bezüglich der Art ihrer Zusammensetzung große Aehnlichkeit haben, in Sauerstoff und den zweiten Bestandtheil zerlegt werden. So haben wir in der Geschichte der Elektricität bereits gehört, daß es
Davy
gelungen sei, auf elektrolytischem Wege Kalium und Natrium aus den betreffenden Oxyden darzustellen.
Davy
erhitzte z. B. Kaliumoxyd in einem Platinlöffel zum Schmelzen, benutzte letzteren als Anode und steckte in das geschmolzene Kaliumoxyd einen Platindraht als Kathode. Es entwickelte sich Sauer- stoff an der Anode und an der Kathode wurde metallisches Kalium ausgeschieden, was aber allerdings sofort verbrannte. Jedoch gelang es Davy, auch Kalium in der Weise zu erhalten, daß er schwach angefeuchtetes Kaliumoxyd zwischen beide Elektroden brachte. In bequemer Weise läßt sich das Kalium aus seinem Oxyde auf elektro- lytischen Wege darstellen nach dem von Seebeck angegebenen Verfahren. Hiernach legt man auf eine als Anode dienende Platinplatte ein Stück festen Kaliumoxydes, höhlt dieses aus und füllt die Höhlung mit Quecksilber; in dieses wird dann ein Platindraht als Kathode eingesenkt. Sobald der Strom geschlossen ist, beginnt die Ausscheidung des Kaliums an der in das Quecksilber getauchten Kathode. Das metallische Kalium löst sich dann in dem Quecksilber auf und bildet mit diesem ein sogenanntes Amalgam. Das Kalium kann dann aus diesem Amalgam durch Destillation abgeschieden werden. In gleicher Weise wird auch das Natrium aus dem Natriumoxyde auf elektrolytischem Wege gewonnen. Ferner lassen sich auf diesem Wege auch die alkalischen Erden, d. h. die Verbindungen des Calciums, Baryums, Strontiums, elektrolysiren und die reinen Metalle aus ihnen abscheiden.
Die Oxyde der schweren Metalle können nur dann durch den galvanischen Strom zerlegt werden, wenn man sie leitend machen kann. Dies gelang z. B. Faraday beim Bleioxyd, indem er dieses zum Schmelzen brachte und dann durch das geschmolzene Bleioxyd den Strom leitete. Dieses zerfiel hierbei in Blei und Sauerstoff; letzterer entwich an der Anode, ersteres schied sich an der Kathode aus.
Einen den Oxyden ganz ähnlichen chemischen Bau besitzen die Haloidverbindungen, d. h. die Chlor-, Jod- und Bromsalze. Daher werden auch diese durch den elektrischen Strom in ihre beiden Be- standtheile zerlegt, sobald sie in flüssiger Form zur Anwendung ge- langen. Auch bei diesen scheidet sich wieder der metallische Bestandtheil an der Kathode, das Chlor, Jod oder Brom an der Anode aus. Da aber die letzteren und namentlich das Chlor die Metalle leicht an- greifen, muß man, um reine Resultate zu erhalten, wenigstens die Anode aus Kohle machen. Kalium, Natrium und Calcium gewinnt man aus ihren Haloidsalzen am besten in der Weise, daß man letztere
Fig. 148.
Elektroden.
in einen Tiegel aus Kohle schmilzt, diesen als Anode benutzt und in das geschmolzene Haloidsalz einen Eisendraht als Kathode einführt. Man zieht dann den Draht von Zeit zu Zeit heraus, um das abgeschiedene Metall abzustreifen.
Für die Darstellung des Magnesiums auf elektrolytischem Wege hat Bunsen nachstehendes Verfahren angegeben. Ein Porzellantiegel wird durch eine nicht ganz bis auf den Boden reichende Scheidewand in zwei Zellen getheilt und mit einem Porzellandeckel versehen, welcher zwei Oeffnungen besitzt; diese sind so angebracht, daß über jede Zelle eine derselben zu stehen kommt. Sie dienen zur Aufnahme der Elektroden, deren Form aus der Fig. 148 zu ersehen ist und deren Material aus Bunsen’scher Kohle besteht. Die mit Einschnitten versehene Elektrode dient als Kathode und die Einschnitte haben eben den Zweck, das metallisch ausgeschiedene Magnesium, welches specifisch leichter ist, als das geschmolzene Chlormagnesium, daher an die Oberfläche steigen und verbrennen würde, aufzusammeln. Man be- nutzt zur Elektrolyse 10 bis 12 hintereinander geschaltele Bunsen’sche Elemente und erhält dann auch größere Partien metallischen Magnesiums.
In ähnlicher Weise lassen sich auch die Chlorverbindungen schwerer Metalle elektrolysiren und auch bei diesen wird wieder das Metall an der Kathode, das Chlor an der Anode ausgeschieden.
Es ist jedoch nicht nöthig, daß man die bisher betrachteten binären, d. h. nur aus zwei Theilen bestehenden Körper stets in den geschmolzenen Zustand über- führt, um sie durch Elektrolyse zu zersetzen; man kann vielmehr auch ihre Lösungen in Wasser hierzu benutzen. Zinnchlorür, Chlorblei, Manganchlorid ꝛc. können in ihren wässerigen Lösungen durch den galvanischen Strom zerlegt werden. Ebenso zerfallen concentrirte Lösungen von Chlor-, Brom- oder Jodwasserstoff in ihre beiden Be- standtheile. Auch aus den wässerigen Lösungen der Metalloxydhydrate kann bei Anwendung bestimmter Vorsichten das Metall abgeschieden werden; aus Kalilauge das Kalium, indem man auf das als Kathode dienende Quecksilber Kalilauge gießt, in welche ein Platindraht als Anode eingeführt wird. Das an der Kathode sich ausscheidende Kalium verbindet sich sofort mit dem Quecksilber zu Kalium- amalgam, aus welchem man das Kalium durch Destillation erhält. Würde man
Fig. 149.
Daniell’scher Zersetzungs-Apparat.
aber blos beliebige Elektroden, z. B. aus Platin, in die Kali- lauge einführen, so würde die Elektrolyse kein metallisches Kalium ergeben. Bei diesem Verfahren wird zwar auch das Kaliumoxyd in Kalium und Sauerstoff so zerlegt, daß sich der Sauerstoff an der Anode, das Kalium an der Kathode ausscheidet, aber das Kalium kommt hier sofort mit Wasser in Berührung, welches es bekannt- lich schon bei gewöhnlicher Tem- peratur zersetzt. Hierbei bildet sich wieder Kaliumoxyd, das sich im Wasser löst, und Wasserstoff, welcher entweicht. Es wird daher, wenn die Elektrolyse in der an- gegebenen Weise ausgeführt wird, an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff ent- weichen, gerade so wie bei der Zersetzung des Wassers. Dieses Resultat ist aber nicht durch die Elektrolyse, son- dern durch eine secundäre Wirkung hervorgebracht worden.
Es giebt sehr viele auch complicirter zusammengesetzte Verbindungen, welche sich in wässeriger Lösung durch den galvanischen Strom zersetzen lassen, ohne daß hierbei das Wasser eine andere Rolle als die des Lösungsmittels spielen würde. Häufig wirken jedoch die durch die Elektrolyse ausgeschiedenen Körper aufeinander ein und können so leicht den eigentlich elektrolytischen Vorgang verbergen. Um dies zu vermeiden, trachtet man, die Producte an der Anode und jene an der Kathode voneinander getrennt zu erhalten. Dieser Zweck wurde durch eine Reihe von Apparaten, construirt von verschiedenen Experimentatoren, zu erreichen gesucht. Wir berschreiben im Nachstehenden zwei dieser Apparate.
Daniell benutzte bei den von ihm ausgeführten Versuchen den in Fig. 149 abgebildeten Apparat. Auf das
U
-förmig gebogene Glasrohr
k
sind die beiden cylindrischen Glasgefäße
a d
und
e h
durch sorgfältig ausgeführte Schliffe luft- und wasserdicht aufgesetzt. Oben werden die Glascylinder durch gut schließende Stöpsel verschlossen, welche mit je einer Röhre zur Ableitung etwa entstehender gasförmiger Producte versehen sind. Die beiden Elektroden bestehen aus Platin- blechen
o
und
p
, von welchen aus Drähte durch seitliche Oeffnungen der Cylinder zu den Quecksilbernäpfchen
s
und
t
führen, in welche die Poldrähte der galvanischen Batterie eingehängt werden.
Beim Gebrauche dieses Apparates wird zunächst das
U
-förmige Rohr mit der zu elektrolysirenden Flüssigkeit gefüllt, dann auf seinen offenen Seiten durch thierische Blasen zugebunden und durch die Schliffe mit den Cylindern vereinigt; schließlich füllt man die Cylinder ebenfalls mit Flüssigkeit. Die Producte, welche durch die Elektrolyse in der Anode und Kathode abgeschieden werden, sind also
Fig. 150.
Wiedemann’s Apparat.
durch jene Flüssigkeitsschichte voneinander getrennt, welche durch das
U
-Rohr und die beiden Membranen eingeschlossen ist. Diese Trennung der Zersetzungsproducte ist jedoch keine ganz vollständige, da einerseits eine Mischung derselben durch Endosmose, andererseits durch eine eigenthümliche Wirkung des elektrischen Stromes, die wir später noch kennen lernen werden, eintritt. Die Endosmose findet bekanntlich statt, wenn zwei verschiedenartige Lösungen durch eine thierische Membran von- einander getrennt sind. Von dieser Erscheinung verschieden ist die Ueberführung von Flüssigkeit durch den galvanischen Strom in der Richtung vom positiven zum negativen Pole.
Die Vermeidung dieser Fehler sucht
Wiedemann
durch den in Fig. 150 abgebildeten Apparat zu erreichen. Auf dem Grundbrette stehen zwei Glascylinder
a
und
a
1
, welche oben durch die Glasplatten
b
und
b
1
verschlossen sind. Jede der Glasplatten ist zweimal durchbohrt; durch die eine Bohrung werden die Drähte
l l
1
eingeführt, welche die Elektroden
c c
1
tragen und durch die zweite Bohrung ragen die Röhren
d d
1
in die Cylinder hinein.
f
ist ein Kautschukstück, welches einerseits die beiden Röhren
d d
1
miteinander verbindet, andererseits an den Hahn
g
be- festigt ist, welcher durch den Träger
h
gehalten wird. Man füllt die beiden Cylinder mit der zu elektrolysirenden Flüssigkeit und saugt dann bei geöffnetem Hahne die letztere durch die beiden Röhren
d d
1
bis
g
, worauf der Hahn ge- schlossen wird. Hierdurch ist die Verbindung zwischen den Flüssigkeiten in den Cylindern
a a
1
hergestellt. Der Strom scheidet dann die Zersetzungsproducte ge- trennt voneinander ab. Ist der Versuch beendigt, so öffnet man den Hahn
g
, wodurch man das Zurückfließen der Flüssigkeit aus dem gabelförmigen Theile der Röhren in die Cylinder bewirkt. Die Zersetzungsproducte können dann getrennt voneinander untersucht werden.
Die Zersetzung der schwefelsauren oder salpetersauren Metalloxyde erfolgt in der Weise, daß an der Kathode das reine Metall niedergeschlagen wird, während an der Anode Sauerstoff entweicht. Das Entweichen von Sauerstoff ist jedoch nur eine secundäre Erscheinung und in Wirklichkeit wird durch den galvanischen Strom das Salz auch hier in die zwei Theile Säure und Metall gespalten. Betrachten wir z. B. das Verhalten des schwefelsauren Kupferoxydes (Kupfer- vitriols) bei der Elektrolyse. Der Kupfervitriol kann als eine Schwefelsäure betrachtet werden, in welcher der Wasserstoff durch Kupfer ersetzt ist. Die Schwefel- säure besteht nämlich aus
2 Wasserstoff + 1 Schwefel + 4 Sauerstoff
und der Kupfervitriol aus
1 Kupfer + 1 Schwefel + 4 Sauerstoff.
Durch die Elektrolyse wird aus dem Kupfervitriol ausgeschieden, an der
Kathode: 1 Kupfer
Anode: 1 Schwefel + 4 Sauerstoff.
Die Verbindung 1 Schwefel + 4 Sauerstoff besteht jedoch nicht für sich, sondern verbindet sich mit Wasser in nachstehender Weise:
1 Schwefel + 4 Sauerstoff mit 2 Wasserstoff + 1 Sauerstoff
ist gleich 2 Wasserstoff + 1 Schwefel + 4 Sauerstoff (d. i. Schwefelsäure) und 1 Sauerstoff, welcher in Form von Gasblasen an der Anode entweicht; daher scheiden sich also bei der Elektrolyse aus an der
Kathode: 1 Kupfer
Anode: 1 Schwefelsäure und 1 Sauerstoff.
Bisher haben wir immer gefunden, daß sich bei der Elektrolyse der Salze das Metall als solches an der Kathode abscheidet; unterwerfen wir nun das schwefelsaure Kalium der Einwirkung des galvanischen Stromes, so erhalten wir scheinbar ein anderes Resultat. In der Flüssigkeit an der Anode finden wir nämlich Schwefelsäure, während sich gleichzeitig Sauerstoff entwickelt, und in der Flüssigkeit bei der Kathode ist Kalilauge entstanden, während sich Wasserstoff ent- wickelt. Die Elektrolyse des schwefelsauren Kaliums scheint also ein abweichendes Resultat zu ergeben. Doch ist auch dieses Verhalten nur ein scheinbares, durch secundäre Processe bedingtes; das schwefelsaure Kalium hat die Zusammensetzung:
2 Kalium + 1 Schwefel + 4 Sauerstoff.
Es zerfällt durch die Elektrolyse in
2 Kalium und 1 Schwefel + 4 Sauerstoff.
Das Kalium scheidet sich an der Kathode aus, findet aber dort Wasser vor und zersetzt sich mit diesem in folgender Weise:
2 Kalium mit 2 Wasserstoff + 1 Sauerstoff
geben
2 Kalium + 1 Sauerstoff, d. i. Kaliumoxyd,
und
2 Wasserstoff, welche gasförmig an der Kathode entweichen.
1 Schwefel + 4 Sauerstoff treffen gleichfalls mit Wasser zusammen und verbinden sich in der früher angegebenen Weise zu
2 Wasserstoff + 1 Schwefel + 4 Sauerstoff = Schwefelsäure, während 1 Sauerstoff an der Anode entweicht.
In ähnlicher Weise geht auch die Zersetzung der übrigen schwefelsauren und salpetersauren Verbindungen vor sich; es würde zu weit führen, an dieser Stelle sie alle einzeln zu betrachten. Welchen Körper man aber auch der Einwirkung des galvanischen Stromes unterwerfen mag, immer erfolgt seine Zersetzung propor- tional der Stromstärke. Wir haben nun noch zu untersuchen, was geschieht, wenn man verschieden zusammengesetzte Körper in einen Stromkreis schaltet.
Faraday
untersuchte diese Verhältnisse unter Anwendung von concentrirten Wasserstoffsäuren, wobei nicht das Wasser, sondern nur die Säuren zersetzt wurden. Es wurde also bei der Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) das Chlor an der Anode, der Wasserstoff an der Kathode ausgeschieden. Die Entwicklung von Chlorgas an der Anode war allerdings nur gering, weil das Chlor in größerer Menge vom Wasser aufgelöst wird. Es zeigte sich aber bei Miteinschaltung eines Volta- meters in den Stromkreis, daß immer für dieselbe Knallgasmenge dasselbe Wasser- stoffvolumen entsteht. Dasselbe Verhalten wurde später auch für gelöste Salze von Daniell, Buff und Andern nachgewiesen. So wird z. B. eine Lösung von Kupfer- vitriol in Kupfer und Schwefelsäure zerlegt. Die näheren Bestandtheile des Kupfervitriols und deren Atomgewichte sind:
1 Kupfer . . . . . . . 63
1 Schwefel . . . . . . 32
4 Sauerstoff . . . . . . 64
Kupfervitriol . . . . . . 159
Die Zusammensetzung des Wassers ist:
2 Wasserstoff . . . . . . 2
1 Sauerstoff . . . . . . 16
Wasser . . . . . . . . 18
Zerlegt man die Kupfervitriollösung durch den galvanischen Strom, so werden in derselben Zeit, in welcher dieser 1 Gramm Knallgas entwickelt, 3·522 Gramm Kupfer abgeschieden. Nach Faraday’s Gesetz muß daher die Pro- portion bestehen:
was auch wirklich der Fall ist. Die Proportionalität zwischen den durch Elektrolyse abgeschiedenen Gewichtsmengen der Jonen und den Atomgewichten besteht auch bei allen übrigen Elektrolyten und sonach lautet das von Faraday aufgestellte, allgemein giltige,
elektrolytische Grundgesetz:
Die durch Elektrolyse abgeschiedene Menge der Jonen eines und desselben Körpers ist proportional der Stromstärke; die Elektrolyse verschiedener Stoffe durch denselben Strom erfolgte proportional den Atomgewichten
.
Dieses Gesetz ist auch für die Praxis von Wichtigkeit, da mit Hilfe des- selben die Menge des Metalles berechnet werden kann, welche ein Strom von bestimmter Stärke in einer gegebenen Zeit aus einer Salzlösung zu fällen im Stande ist. Es ist dazu nur nöthig, die Zusammensetzung der Salzlösung und die Stromstärke, gemessen durch ein Voltameter, also in chemischem Maße zu kennen.
Kehren wir nochmals zu dem früher angeführten Beispiel der Zersetzung des Kupfervitriols durch den galvanischen Strom zurück und verfolgen die dabei eintretenden Vorgänge genauer. Bestehen die beiden in die Lösung eingetauchten Elektroden aus vollkommen gleichen Platinblechen, so werden diese, an und für sich mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht, keinerlei Einwirkung ausüben. Sendet man aber durch ihre Vermittlung einen Strom durch die Flüssigkeit, so wird letztere in ihre Bestandtheile zerlegt, und zwar in der Art, daß sich das Kupfer an der negativen, die Schwefelsäure an der positiven Elektrode ausscheidet. Hierbei überzieht das Kupfer die Kathode, während die Schwefelsäure die Anode unverändert läßt. Nun tauchen aber zwei voneinander verschiedene Metalle, nämlich die verkupferte und die blanke Platinplatte, in die Kupfervitriollösung. Die Be- rührung verschiedener Metalle mit einer Flüssigkeit hat aber, wie wir früher erfahren haben, eine elektromotorische Differenz zur Folge. Es muß deshalb ein Strom auftreten, dessen Richtung durch die Natur der abgeschiedenen Jonen be- stimmt wird. Man hat diese Erscheinung mit dem Namen
Polarisation
bezeichnet, oder man sagt auch, die Elektroden werden polarisirt. Bei allen in dieser Richtung angestellten Versuchen ergab sich die Richtung des Polarisationsstromes als ent- gegengesetzt jener des polarisirenden, d. h. des anfänglich durch die Lösung ge- sandten Stromes. Der Polarisationsstrom ist also ein Gegenstrom und muß daher den polarisirenden Strom schwächen.
Die Polarisation tritt nicht blos dann ein, wenn an einer der Elektroden ein Metall abgeschieden wird, sondern auch schon bei der gewöhnlichen Wasser- zersetzung. Bei dieser wird an der Kathode Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff ausgeschieden; die beiden Gase überziehen die Platinelektroden und machen sie elektromotorisch wirksam. Unter sonst gleichen Umständen wird der Polarisations- strom desto stärker werden, je vollständiger die Platinbleche von den Gasen über- zogen sind. Er wird deshalb vom Beginne der Elektrolyse an so lange zunehmen, bis die Elektroden vollständig überzogen sind und dann eine constante Stärke beibehalten, da die weitere Gasentwicklung keinen Einfluß mehr ausüben kann; ebenso lange wird auch die Stromstärke der Batterie (des polarisirenden Stromes) abnehmen. Ist die elektromotorische Kraft des polarisirenden Stromes geringer als jene des Polarisationsstromes, so kann dieser natürlich nie sein Maximum erreichen, weil dann ein Strom in entgegengesetzter Richtung als der polarisirende Strom fließen müßte, und dieser dann die Polarisation selbst aufheben würde.
Wir haben früher bei Besprechung der Gesetze des galvanischen Stromes für die Stromstärke den Ausdruck gefunden:
Aus obiger Auseinandersetzung ersehen wir aber sofort, daß dieser Ausdruck nur insolange richtig sein kann, als keine Flüssigkeiten in den Stromkreis ein- geschaltet sind; ist letzteres der Fall, so muß hingegen der Ausdruck für die Strom- stärke folgendermaßen lauten:
Der Nachweis für das Auftreten von Polarisationsströmen wird in ein- fachster Weise auf die Art geführt, daß man unter Mitwirkung eines Commu- tators ein Voltameter und eine Bussole in den Stromkreis einer Batterie ein- schaltet. Man stellt dann den Commutator zunächst so, daß der Batteriestrom Bussole und Voltameter durchfließt; hierdurch werden die beiden Elektroden des Voltameters polarisirt. Hierauf bringt man den Commutator in die zweite Stellung, wodurch die Batterie aus dem die Bussole und das Voltameter enthaltenden Strom- kreise ausgeschaltet wird und ersieht dann aus dem Ausschlage der Magnetnadel, daß nun abermals ein Strom (der Polarisationsstrom) vorhanden ist, und daß dieser Strom die entgegengesetzte Richtung besitzt wie der polarisirende oder Batteriestrom.
Die erste Beobachtung eines Polarisationsstromes dürfte wohl wahrschein- lich von
Ritter
(1803) herrühren. Die Erscheinung wurde später eingehender studirt und führte schließlich zur Construction der polarisirten oder
Secundär- elemente
, deren praktisch verwerthbare Form man mit dem, allerdings nicht sehr treffenden, Namen
Accumulator
bezeichnet hat. In ein solches Element wird der Strom einer Batterie eingeleitet und dadurch die Polarisation hervorgerufen — das Element wird
geladen
. Wird nun das geladene Element geschlossen, so circulirt durch den Schließungsbogen der Polarisationsstrom. Da aber jeder Strom bei seinem Durchgange durch die Flüssigkeit diese zersetzt, so muß auch dieser Polari- sationsstrom die Flüssigkeit zersetzen. Der Polarisationsstrom hat aber die ent- gegengesetzte Richtung wie der Ladungsstrom, muß also auch die Zersetzungsproducte an entgegengesetzten Elektroden ausscheiden. Es wird dort der Wasserstoff enwickelt werden, wo früher Sauerstoff auftrat und umgekehrt. Somit wird die Ursache des Polarisationsstromes nach und nach beseitigt, die elektromotorische Kraft des geladenen Elementes nimmt ab und mit ihr auch die Stärke des Polarisations- stromes. Dieselbe wird gleich Null, wenn durch die zersetzende Wirkung des Polarisationsstromes selbst der Wasserstoff an der einen und der Sauerstoff an der andern Elektrode aufgezehrt sind; das Secundärelement ist dann
entladen
, d. h. es befindet sich wieder in dem ursprünglichen Zustande.
Es ist selbstverständlich, daß man die Secundärelemente auch zu Batterien verbinden kann, in derselben Weise wie die galvanischen Elemente. Man erhält dann von solchen Batterien eine gewisse Zeit hindurch Ströme von besonderer Stärke. Hierüber, sowie auch über praktisch verwendbare Formen wird im zweiten Theile dieses Werkes berichtet werden.
Die Erklärung der Vorgänge bei der Elektrolyse
wurde zwar von verschiedener Seite versucht, jedoch konnte man hierbei nie über mehr oder minder befriedigende Hypothesen hinauskommen, was bei dem Umstande, daß uns das Wesen der Elektricität selbst unbekannt ist, nicht wundern darf.
Grotthuß
erklärte die Elektrolyse (1805) in nachstehender Weise: Die Bestandtheile der Elektrolyten sind entgegengesetzt elektrisch, also ist z. B. beim Wasser der Sauerstoff negativ, der Wasserstoff positiv elektrisch. Im natürlichen Zustande nehmen die Wasser- moleküle alle möglichen Lagen ein. Nun werden in dasselbe die beiden Elektroden eingesenkt und der Strom durchgesandt. Sobald die Elektricitäten an den Elektroden hinlängliche Dichtigkeit erreicht haben, machen sich ihre Anziehungs-, beziehungsweise Abstoßungskräfte in der Weise geltend, daß sie alle Wassermoleküle mit dem positiven Wasserstoff gegen die negative Elektrode, mit dem negativen Sauerstoff gegen die positive Elektrode richten. Die positive Elektrode übt also auf alle (negativ elektrischen) Sauerstofftheilchen eine anziehende, auf alle (positiv elektrischen) Wasserstofftheilchen eine abstoßende Wirkung aus. Umgekehrt verhält sich die Wirkung der negativen Elektrode. Beide Elektroden wirken aber dahin, die Sauer- stofftheilchen von den Wasserstofftheilchen zu trennen. Es wird dies zunächst an den Elektroden selbst gelingen, da hier die Kräfte am stärksten wirken. Der Sauer- stoff der der positiven Elektrode zunächst liegenden Moleküle wird also von der Anode angezogen und festgehalten, der Wasserstoff aber gegen die negative Elektrode hin abgestoßen. Er verbindet sich mit dem Sauerstoffe der zunächst gelegenen Wasser- moleküle, aus welchen dann der früher darin gewesene Wasserstoff verdrängt wird; der in der zweiten Molekülreihe verdrängte Wasserstoff gelangt dann zur dritten Molekülreihe und verbindet sich in dieser mit dem Sauerstoff abermals zu Wasser. Dieser Proceß setzt sich durch sämmtliche zwischen beiden Elektroden befindlichen Wassermoleküle fort, bis endlich an der der Kathode zunächst liegenden Schichte der Wasserstoff keinen Sauerstoff mehr findet, mit dem er sich zu Wasser verbinden könnte. Das Ergebniß des ganzen Processes ist daher, daß Sauerstoff an der positiven und Wasserstoff an der negativen Elektrode ausgeschieden wird, während zwischen beiden Elektroden das Wasser unzersetzt bleibt.
Nach Beendigung dieses Processes sind die Wassermoleküle mit ihren Wasser- stofftheilchen gegen die positive und mit ihren Sauerstofftheilchen gegen die negative Elektrode gerichtet, nehmen also eine Lage an, welche der den Anziehungs- und Abstoßungskräften beider Elektroden entsprechenden entgegengesetzt ist. Diese Kräfte werden daher eine abermalige Drehung der Wassermoleküle bewirken und nun spielt sich der vorhin geschilderte Vorgang neuerdings ab. Nachstehende schematische Dar- stellung, in welcher
O
Sauerstoff und
H
2
Wasserstoff bedeutet, zeigt die aufeinander- folgenden Vorgänge übersichtlich.
In der Reihe 1 sind die Wassermoleküle gerichtet, in der Reihe 2 an der Anode Sauerstoff, an der Kathode Wasserstoff abgeschieden und die übrigen Wasser- stoff- und Sauerstofftheilchen zu neuen Wassermolekülen vereinigt, in der Reihe 3 die Wassermoleküle neuerdings gerichtet und in 4 abermals zerlegt.
Diese Erklärung der Elektrolyse befindet sich allerdings in Uebereinstimmung mit der Thatsache, daß nur an den beiden Elektroden Jonen abgeschieden werden, und läßt auch erkennen, in welchem Verhältnisse Anion und Kathion zueinander stehen, bleibt aber doch die Aufhellung gewisser Umstände, auf die hier einzugehen nicht der Ort ist, schuldig. Aus diesem Grunde neigt man sich gegenwärtig mehr der von
Clausius
aufgestellten Hypothese zu. Auch Clausius nimmt einen elektri- schen Zustand der Moleküle jedes Elektrolyten an, schreibt aber dem galvanischen Strome weder die richtende noch die zersetzende Kraft zu. Er erinnert daran, daß man sich den flüssigen Aggregatzustand überhaupt als einen solchen vorstellt, in welchem nicht nur die Moleküle, sondern auch die diese zusammensetzenden Atome in steter Bewegung, im steten Austausche untereinander begriffen sind. Die Atome der Flüssigkeitsmoleküle halten sich nur mit geringer Kraft zusammen und die Moleküle sind in einem fortwährenden Bildungs- und Zersetzungsprocesse begriffen. Die Wirkung des galvanischen Stromes besteht hiernach darin, daß diese unregel- mäßigen Bewegungen der Atome geregelt, die positiven Jonen von der negativen Elektrode und die negativen Jonen von der positiven Elektrode angezogen und dadurch aus der Flüssigkeit ausgeschieden werden.
Es erübrigt uns noch, einiger Wirkungen des galvanischen Stromes von minderer Bedeutung zu gedenken, bevor wir diesen Abschnitt abschließen. Wenn man in eine enge Röhre, in welche zwei Platindrähte eingeschmolzen sind, etwas Flüssigkeit bringt und die Röhre ein klein wenig neigt, während ein galvanischer Strom durch die Flüssigkeit geht, so wird diese, wenn der positive Strom auf- wärts fließt, von letzterem in der Regel in derselben Richtung bewegt, also etwas gehoben. Dabei ist die Steighöhe proportional der Stromstärke und dem Quer- schnitte der Röhre. Diese durch den Strom bewirkte Flüssigkeitsbewegung wird jedoch kaum sichtbar, wenn die Flüssigkeit ein guter Leiter ist, also z. B. die Lösung eines Salzes.
Eine ähnliche Erscheinung, die
elektrische Endosmose
, zeigt sich auch, wenn bei der Elektrolyse poröse Scheidewände benutzt werden, wie dies im Apparate von
Daniell
der Fall ist. Es tritt dann eine Bewegung der Flüssigkeit von der Anode durch die poröse Scheidewand zur Kathode ein. Diese Erscheinung fällt mit der vorhin geschilderten zusammen, wenn man die poröse Scheidewand als lauter enge aneinander liegende capillare Röhren auffaßt.
Im Gegensatze zu diesen Erscheinungen, die wahrscheinlich doch mehr elektri- scher Natur sein dürften, übt jedoch der galvanische Strom auch rein
mechanische Wirkungen
aus. Kupferdrähte, welche lange Zeit als Stromleiter in Verwendung gestanden, werden brüchig. Dufour leitete durch einen Kupferdraht 19 Tage lang den Strom eines Bunsen’schen Elementes; der Draht riß dann schon bei einer Belastung von 5·34 Kilogramm, während er vorher erst bei einer Belastung von 6·29 Kilogramm riß. Eisendraht ergab jedoch das entgegengesetzte Resultat.
Edlund
fand, daß ein Draht beim Durchfließen eines galvanischen Stromes länger wird, als er vermöge der dadurch bewirkten Erwärmung werden sollte. Wird der Strom unterbrochen, so nimmt der Draht nach und nach wieder seine ursprüngliche Länge an. Das Tönen von Eisenstäben beim Oeffnen und Schließen eines durch sie gesandten Stroines ist wohl auch einer mechanischen Wirkung zuzuschreiben; allerdings dürfte aber bei der zuletzt erwähnten Erscheinung auch der Umstand von Einfluß sein, daß das Tönen nur bei den magnetischen Metallen eintritt.
Die Wirkungen des galvanischen Stromes außerhalb des Schließungsbogens.
Verhalten galvanischer Ströme gegeneinander; Elektrodynamik.
Werfen wir nochmals einen Blick auf die Geschichte der Elektricität und des Magnetismus zurück, so finden wir dort die Angabe, daß es
Oersted
gelang, die Einwirkung galvanischer Ströme auf eine Magnetnadel zu entdecken. Nicht nur Oersted, sondern überhaupt die Physiker seiner Zeit suchten, veranlaßt durch die vielen gegenseitigen Beziehungen zwischen den elektrischen und magnetischen Kräften, einen thatsächlichen Zusammenhang zwischen Elektricität und Magnetismus her-
Fig. 151.
Amp
è
re’sches Gestell.
Fig. 152.
Amp
è
re’sches Gehänge.
zustellen. Auch
Amp
è
re
war bestrebt, diesen aufzufinden; wirken galvanischer Strom und Magnetnadel aufeinander ein, so muß auch der Erdmagnetismus auf einen beweglichen, vom Strome durchflossenen Leiter eine Wirkung ausüben. Diese Ge- dankenfolge führte Amp
è
re schließlich zu der Ueberzeugung, daß auch galvanische Ströme aufeinander nicht ohne Einfluß bleiben können. Wie wir wissen, gelang es ihm auch, diese Ueberzeugung endlich durch das Experiment als richtig zu erweisen.
Um die Einwirkung galvaṅischer Ströme aufeinander untersuchen zu können, construirte Amp
è
re einen Apparat, der nach seinem Erfinder das
Amp
è
re’sche Gestelle
genannt wird. Eine gegenwärtig häufig angewandte Form dieses Ap- parates ist in Fig. 151 abgebildet. Von den beiden Drahtklemmen + und — führen Metallstreifen zunächst zu dem Stromwender
D
und von hier einerseits zu den Klemmen der Säule
B
, andererseits zur Säule
T.
Die Säule
B
trägt zwei concentrische Rinnen zur Aufnahme von Quecksilber. Ueber diese ragt der Stab
c
empor, der an seinem oberen Ende ein kleines Schälchen oder eine Vertiefung. gleichfalls zur Aufnahme von Quecksilber bestimmt, besitzt. Eine Klemmschraube der Säule
B
steht mit dem Quecksilber der inneren, die andere mit dem der äußeren Rinne in leitender Verbindung.
Wird an diesem Gestelle ein Drahtring derart aufgehängt, daß er mit einer an ihm befestigten Stahlspitze im Schälchen des Stabes
c
aufruht, während seine Enden
x
und
y
in je eine Quecksilberrinne tauchen, so kann durch den Ring ein Strom geleitet werden; der Ring selbst kann sich hierbei um die Stahlspitze im Kreise herum drehen. Mit einem derartigen leichtbeweglichen Apparate können dann die dynamischen Erscheinungen beobachtet werden. Kreist ein Strom durch den Drahtring, so wird dieser meistens in Bewegung versetzt in der Art, daß der Ring immer ein und dieselbe bestimmte Lage einzunehmen strebt; er stellt sich nämlich mit seiner Ebene senkrecht auf den magnetischen Meridian, so daß jene Seite des Stromkreises, in welcher der Strom aufsteigt, nach Westen, die des absteigenden Stromes nach Osten gewandt ist.
Die Wirkung des Erd- magnetismus — denn eine solche ist das Einstellen eines vom galvanischen Strome durchflossenen leichtbeweg- lichen Leiters — kommt sicherer zur Geltung, wenn man an Stelle eines einfachen einen mehrfachen Leiterkreis, in welchem die einzelnen Windungen zueinander parallel sind, anwendet. Ein derartiges Amp
è
re- sches Gehänge ist in Fig. 152 ab- gebildet.
Da wir aber die Wirkungen zweier stromdurchflossener Leiter auf- einander kennen lernen wollen, könnte die richtende Kraft des Erd- magnetismus die Reinheit der Ver- suche trüben. Man beseitigt diese
Fig. 153.
Amp
è
re’sches Gestelle.
Schwierigkeit durch Anwendung
astatischer Gehänge
, wie ein solches in Fig. 153 abgebildet ist. Hierbei ist der Draht zweimal in Form eines Rechteckes gebogen in der Weise, daß der Strom das eine Rechteck in entgegengesetzter Richtung durchlaufen muß als das andere. Der Erdmagnetismus wirkt nun auf beide in starrer Verbindung miteinander stehende Rechtecke gleich kräftig ein, sucht aber das eine nach der einen, das andere nach der entgegengesetzten Richtung zu drehen; folglich müssen sich die beiden gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Kräfte in ihrer Wirkung auf das Gehänge gerade so neutralisiren, wie wir dies bei den astatischen Magnetnadeln erfuhren. Das Gehänge taucht mit seinen beiden Drahtenden, welche mit Spitzen versehen sind, in die Quecksilbernäpfchen
a
und
b
des Gestelles. Die Stromzuführung erfolgt durch die Quecksilbernäpfchen
A B
und die mit diesen leitend verbundenen Träger; den Stromlauf zeigen die Pfeile an. Nähert man diesem astatischen Gehänge einen in Form eines Rechteckes gebogenen gleichfalls stromdurchflossenen Draht derart, daß die verticalen Drahttheile zu- einander parallel sind, so ziehen sich die beiden Ströme an, wenn sie gleichgerichtet sind (wie in der Figur), oder sie stoßen sich ab, wenn sie eine entgegengesetzte Richtung besitzen. Die Anziehung, beziehungsweise Abstoßung zeigt sich dann durch Drehung des astatischen Gehänges zu dem Drahtrechtecke hin oder von diesem weg.
Die Anziehung, welche parallele Ströme aufeinander ausüben, kann auch durch den von
Roget
angegebenen Stromunterbrecher gezeigt werden. Eine schlaffe Spiralfeder
F
(Fig. 154) ist an dem Arme
A
des Trägers
T
mit einem Ende befestigt; das andere Ende taucht mit seiner Spitze in das Quecksilber des Ge-
Fig. 154.
Roget’s Interruptor.
Fig. 155.
Kreuzende Ströme.
fäßes
G.
Die Klemmschrauben
K
1
und
K
2
sind mit dem Träger
T
einerseits und dem Quecksilber andererseits leitend verbunden. Schaltet man diese Vorrichtung in einen Stromkreis ein, so geht der Strom von
K
1
durch
T
1
über
A
zur Spirale
F
, durchläuft diese, gelangt dann in das Quecksilber, von wo aus er zur Klemme
K
2
fließt und den Apparat verläßt. Hierbei bilden die einzelnen Windungen der Spirale lauter parallele Stromkreise, in welchen die Ströme in gleicher Richtung verlaufen, weshalb sich die Drahtwindungen anziehen, d. h. die Spirale sich zu- sammenziehen muß. Dadurch wird aber das freie Ende der Spirale gehoben, kommt außer Berührung mit dem Quecksilber und unterbricht den Strom; im selben Momente hört auch die Anziehungskraft zwischen den einzelnen Windungen zu wirken auf, die Spirale geht wieder auseinander, taucht mit ihrem unteren Ende abermals in das Quecksilber und stellt den Stromkreis her u. s. w.
Aber nicht nur parallele, auch gekreuzte Ströme, also solche, die nicht in einer Ebene liegen, wie dies Fig. 155 veranschaulicht, üben Einfluß aufeinander aus. Das bewegliche astatische Gehänge ist auf der Säule
B
(vergl. auch Fig. 151) aufgehängt, der kreuzende Stromkreis auf dem Träger
E
befestigt. Die Zuleitung des Stromes zu dem letzterwähnten Stromkreise erfolgt durch den Träger
E
, auf welchen eine mit Klemmschraube versehene Röhre aufgesetzt ist, während die Rückleitung durch einen in der Röhre isolirt eingesetzten Stab erfolgt. Das Stück
x y
des astatischen Gehänges besteht aus isolirendem Materiale. Der Verlauf der Ströme in beiden Stromkreisen ist durch die Pfeile ersichtlich gemacht. Ist die Richtung der Ströme derart, daß beide von der Kreuzungstelle (dem Scheitel des Winkels) wegfließen, wie dies die Figur darstellt, oder daß beide Ströme gegen den Scheitel des Winkels hinfließen, so ziehen sie sich an; sie suchen sich in der Weise parallel zu stellen, daß in beiden Stromkreisen die Rich- tung des Stromes dieselbe ist. Fließt jedoch in einem Drahte der Strom zum Scheitel des Winkels, im zweiten Kreise von diesem weg oder umgekehrt, so stoßen sich die beiden Strom- kreise ab.
Die Zusammenfassung der bisher betrachteten Einwirkungen zweier Ströme aufeinander er- giebt also nachstehendes Gesetz:
Parallele gleich ge- richtete Ströme ziehen ein- ander an, parallele entgegengesetzt gerichtete Ströme stoßen einander
Fig. 156.
Fig. 157.
Abstoßung hintereinander liegender Stromtheile.
ab; gekreuzte Ströme ziehen einander an, wenn sie beide zum Kreu- zungspunkte hin oder von diesem weglaufen, sie stoßen sich ab, wenn der eine hin- und der andere wegfließt
.
Ströme, von welchen der eine gegen den Scheitel des Winkels fließt (
A B
, Fig. 156), während der andere
C D
von ihm wegfließt, stoßen sich ab; der Winkel kann hierbei eine beliebige Größe haben. Lassen wir ihn immer stumpfer werden, so geht er schließlich in einen Winkel von 180 Grad über, d. h. die Schenkel bilden eine gerade Linie
A' B' D.
Wir haben dann einen Leiter, in welchem der Strom von
A'
nach
D
fließt, und somit ergiebt sich die interessante Folgerung, daß sich auch die aufeinanderfolgenden Theile eines und desselben Stromes abstoßen müssen. In der That läßt sich dieses Verhalten experimentell nachweisen. In Fig. 157 bildet
C
eine hölzerne durch eine Scheidewand in zwei Theile getheilte Wanne, die mit Quecksilber gefüllt ist. Die Klemmen
B B
stehen mit dem Quecksilber je einer Abtheilung in Verbindung und dienen zur Stromzuführung. Auf dem Queck-
Urbanitzky
: Elektricität. 17
silber schwimmt der Drahtbügel
F.
Der Strom tritt bei
B
in das Quecksilber der einen Abtheilung ein, geht durch den Bügel zum Quecksilber der zweiten Ab- theilung und verläßt die Wanne durch die zweite Klemmschraube. Bei
D
und
E
stoßen die Leiter, nämlich das Quecksilber und je ein Schenkel des Bügels, zu- sammen. Sobald der Strom circulirt, wird die Abstoßung in der Art sichtbar, daß sich der Bügel in der Richtung von den Klemmschrauben weg bewegt.
Die Einwirkung zweier sich kreuzender Ströme kann auch zur Hervorrufung einer continuirlichen Bewegung benutzt werden. Die Drähte
S
und
A B
(Fig. 158) werden von Strömen durchflossen, deren Richtungen durch Pfeile bezeichnet sind. Untersuchen wir, welche Wirkung das Stück
A C
auf
S
ausüben muß, so bemerken wir, daß die Ströme in
A C
und
S
gegeneinander laufen; somit wird
A C
den Leiter
S
anziehen, und zwar in der Richtung
o c.
Betrachten wir die Strom- richtungen in
S
und
C B
, so beobachten wir, daß der Strom in
S
gegen
o,
der Strom in
C B
von
o
wegfließt; die beiden Ströme müssen sich daher abstoßen, und zwar in der Richtung
o b.
Ist daher der Leiter
S
verschiebbar, so wird das
Fig. 158.
Begrenzter und unbegrenzter Strom.
Fig. 159.
Rotations-Apparat.
Resultat der Einwirkungen von
A C
und
C B
auf
S
die Verschiebung von
S
in der Richtung der Resultirenden
o R
sein. Ist nun der Draht
A B
kreisförmig gebogen, so wird der Leiter
S
gegen die Stromrichtung im kreisförmigen Leiter rotiren müssen, sobald
S
um eine Axe, die durch den Mittelpunkt des Kreises geht, drehbar ist; unter dieser Bedingung üben nämlich in jeder Stellung von
S
ein vorhergehendes (
A C
) und ein nachfolgendes Stromelement (
C B
) die früher erörterte Einwirkung aus.
Auf diesem Principe beruhend, ist der in Fig. 159 dargestellte Rotations- Apparat construirt worden. Der Träger
T
besitzt an seinem oberen Ende ein Schälchen zur Aufnahme von Quecksilber, in welches der Leiter
L L
, mittelst einer Spitze leicht drehbar eingehängt wird. Das untere Ende des Trägers ist durch einen Metallstreifen mit der Klemmschraube
k
verbunden. Die freien Enden von
L L
, tauchen in Quecksilber, welches sich in der kreisförmigen Rinne
R
befindet. Um diese herum ist umsponnener Kupferdraht in mehreren Lagen gewunden und mit den Klemmschrauben
K
und
K
1
verbunden; von der Klemme
k
1
führt ein Blech- streifen in das Quecksilber. Verbindet man die Klemmen
k k
1
mit den Polen einer Batterie, so geht der Strom von der Klemme
k
durch
T
in das Quecksilber- näpfchen, fließt durch
L
und
L
1
in die Quecksilberrinne und von dieser durch die Klemme
k
1
zur Batterie zurück. Läßt man dann durch die um die Rinne gelegten Kupferdrähte einen Strom in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung fließen, so muß nach der vorhergehenden Betrachtung der Leiter
L L
1
derart rotiren, daß
L
1
aus der Zeichenfläche heraus,
L
hinter die Zeichenfläche zurücktritt.
Eine durch Anziehung und Abstoßung paralleler Ströme bewirkte Rotation tritt bei der in Fig. 160 dargestellten Anordnung ein. Hierbei ist der äußere Stromkreis unbeweglich befestigt; der innere schwebt auf einer Spitze, welche in das am oberen Ende des Trägers angebrachte Quecksilbernäpfchen taucht. Die freien Enden des inneren Stromkreises tauchen bei
H
in Quecksilber, welches sich in der dort befestigten Quecksilberrinne befindet. Diese Rinne ist jedoch durch eine Scheide- wand in zwei Hälften getheilt. Die Draht- enden des inneren Kreises sind so gestellt, daß immer das eine Ende sich in der einen Hälfte befindet, wenn das andere in die zweite Hälfte taucht. Sendet man durch beide Ringe Ströme in der Richtung, welche die beigesetzten Pfeile anzeigen, so müssen sich beide Stromkreise anziehen, da beide von Strömen gleicher Richtung durchflossen wer- den. Sind sie sich durch die Anziehung so nahe als möglich gekommen, was offenbar dann der Fall sein wird, wenn die beiden Ringebenen in eine Ebene zusammenfallen, so schleifen die Drahtenden über die Scheidewand in der Quecksilberrinne; hierdurch wird aber die Stromrichtung im inneren Stromkreise umgekehrt, und nun müssen sich die beiden Stromkreise abstoßen, d. h. der innere Ring setzt seine Drehung fort, bis seine rechte Seite auf die linke Seite des äußeren Ringes gekommen ist. Nun würde, weil sich jetzt abermals parallele Ströme gleicher Richtung
Fig. 160.
Rotation paralleler Ströme.
gegenüberstehen, Ruhe eintreten, wenn nicht im selben Momente durch Ueberschleifen der Drahtenden über die Scheidewand die Stromrichtung im inneren Stromkreise abermals umgekehrt würde. Somit muß der innere Drahtring sich beständig drehen (Fig. 160).
Weber
hat das Verhalten zweier elektrischer Ströme gegeneinander mit Hilfe des
Elektrodynamometers
messend verfolgt und ist dabei zu dem Gesetze gelangt,
daß die Anziehung und Abstoßung der Ströme proportional dem Producte der beiden Stromintensitäten und dem Producte der auf- einander wirkenden Stromlängen und umgekehrt proportional dem Quadrate der Entfernung erfolgt
.
Das Elektrodynamometer besteht im Wesentlichen aus zwei Drahtrollen, deren eine feststeht, indes die andere an zwei Leitungsdrähten hängt, sich also um diese drehen kann. Zur genauen Bestimmung der Ablenkung der beweglichen Spule bedient man sich einer Spiegelablesung, wie wir solche schon wiederholt kennen gelernt haben.
17*
Die beiden Drahtrollen haben, wenn sie von Strömen gleicher Richtung durch- flossen werden, das Bestreben, sich parallel zu stellen. (Aehnlich wie in Fig. 160.) Diese Construction eines Meßinstrumentes hat zwei Vortheile, die namentlich für die Praxis von Bedeutung sind. Erstens ist das Drehungsmoment, welches auf die bewegliche Spule ausgeübt wird, proportional dem Quadrate der Stromintensität, also einem Ausdrucke, dem auch das Arbeitsäquivalent des Stromes proportional ist; das will anders ausgedrückt sagen: Zwei Ströme können Arbeiten erzeugen, deren Größen sich wie die Quadrate der Stromstärken verhalten. Die Bedeutung dieses Verhaltens für die Praxis ist wohl einleuchtend. Zweitens sind die Angaben eines Elektrodynamometers unabhängig von der Stromrichtung; wir meinen so: Geht durch die beiden Spiralen ein Strom von bestimmter Stärke und Richtung, so wird die bewegliche Spule eine bestimmte Drehung ausführen; wechselt man
Fig. 161.
Fig. 162.
Lichtbogen-Pferdestärkemesser.
nun die Richtung des beide Spulen durchlaufenden Stromes, so behält die beweg- liche Spule ihre Ablenkung unverändert bei, da letztere nur eine Function der Stromstärke, aber nicht der Stromrichtung ist. War nämlich zuerst die Strom- richtung in den beiden Spulen zueinander parallel, so muß sie es auch nach der Umkehr des Stromes sein, weil dieser in beiden Spulen seine Richtung gewech- selt hat.
Wir werden später sehen, daß in der Praxis nicht selten auch Ströme zur Verwendung kommen, deren Richtung fortwährend wechselt. Zur Messung solcher Ströme erweist sich daher das Elektrodynamometer sehr vortheilhaft; dies veran- laßte auch mehrfach zur Construction solcher Meßinstrumente.
Eines dieser Instrumente ist der
Lichtbogen-Pferdestärkemesser
(arc- horse-power-measurer),
ein
von Ayrton
und
Perry
zu Messungen angewandtes Instrument. Es ist in Fig. 161 schematisch gezeichnet und in Fig. 162 in perspec- tivischer Ansicht dargestellt. Die feststehende Spirale
B
besteht aus einem Kabel von 10 Litzen, die mittelst des Pachytropen
A
(wie auf Seite 223 und in Fig. 135) neben- oder hintereinander geschaltet werden können.
C
ist die bewegliche Spule und
S
eine Spiralfeder zum Zurückziehen der Spule in ihre Ruhelage. Die beweg- liche Spule
C
besitzt einen Widerstand von 400 Ohms, und wird in eine Neben- schließung zwischen den Polklemmen der Lampe oder überhaupt zu dem zu messenden Theile einer Stromleitung eingeschaltet. Der Strom, welcher diese Spule durchkreist, muß somit der Potentialdifferenz jener Punkte proportional sein, an welchen der Nebenschluß angebracht wird. Durch die feststehende Spule läßt man hingegen den Hauptstrom gehen. Somit ist nach dem früher angegebenen Gesetze die Ablenkung proportional der Potentialdifferenz, mal der Stromstärke im Lichtbogen oder überhaupt in dem eingeschalteten Theile der Stromleitung. Das Instru- ment gestattet vermöge seiner Einrich- tung die im Lichtbogen aufgewandte Stromarbeit direct in Pferdestärken zu messen.
Das von der Firma
Siemens
und
Halske
zur Messung starker Ströme construirte Dynamometer ist in Fig. 163 abgebildet. Der beweg- liche Stromkreis
W W
besteht nur aus einer Windung starken Drahtes, während die feststehende Spule
A A
zwei Windungsgruppen zu 5 und 50 Windungen besitzt. Der beweglichen Spule wird der Strom mit Hilfe zweier Quecksilbernäpfchen, in welche die Enden der Spule tauchen, zugeführt. Sie ist unter Vermittlung der Spiral- feder
F
aufgehängt und trägt den nach oben gerichteten Zeiger
Z,
welcher auf der Kreistheilung
T
spielt. Die Draht- enden der festen Spule sind mit den Klemmschrauben 1, 2 und 3 und den Quecksilbernäpfchen so verbunden, daß man den Strom sowohl durch die wenigen Windungen der feststehenden
Fig. 163.
Tynamometer von Siemens.
und durch die bewegliche Spule leiten kann, als auch durch die vielen Windungen der festen und durch die bewegliche Spule. Es ermöglicht das die Anpassung des Instrumentes an verschieden starke Ströme. Da der bewegliche Stromkreis nur eine Windung, der feststehende viele enthält, ist die Wirkung des Erdmagnetismus auf die Stellung der beweglichen Spule fast gleich Null. Es hat daher die Stellung des Instrumentes auf dessen Angaben keinen Einfluß.
Die Ablenkung des beweglichen Stromkreises wird durch die Torsion der Feder, welche man dieser mit Hilfe des oben angebrachten Knopfes ertheilt, com- pensirt; die Größe des Winkels, um welchen man die Feder drehen muß, bildet dann ein Maß für das Quadrat der Stromstärke. Zur Messung nach den gebräuch- lichen Einheiten wird das Instrument geaicht, indem man z. B. in den Strom- kreis gleichzeitig ein Kupfervoltameter einschaltet und aus der abgeschiedenen Kupfer- menge die Stromstärke in Amp
è
res berechnet. Da die Bewegung der Spule pro- portional dem Quadrate der Stromstärke erfolgt, so giebt die Quadratwurzel aus der Anzeige des Dynamometers ebenfalls die Stromstärke an. Das Verhältniß dieser zur Stromstärke, welche durch das Voltameter bestimmt wurde, bildet dann den Reductionsfactor, d. h. jene Zahl, durch welche man die Angaben des Dyna- mometers auf Amp
è
res reducirt. Man nennt diese Zahl auch die Constante des Apparates, weil sie, einmal bestimmt, zur Umrechnung sämmtlicher Anzeigen des Instrumentes dienen kann.
Wir hatten bereits wiederholt Gelegenheit, auf eine Wirkung der Erde hin- zuweisen, welche sich in der Weise äußert, daß durch sie stromdurchflossenen und freibeweglichen Leitern eine bestimmte Stellung im Raume ertheilt wird. Ein um
Fig. 164.
Wirkung des Erdstromes.
eine verticale Axe drehbarer Kreisstrom stellt sich mit seiner Ebene senkrecht auf den magnetischen Meridian, also senkrecht auf die Richtung der Declinationsnadel. (Seite 255). Bei Dynamometern, deren bewegliche Spule aus vielen Drahtwindungen gebildet ist, die also eine sehr kräftige Einwirkung durch die Erde erfahren, ist es daher bei Strommessungen geboten, auf diesen Umstand in der Art Rücksicht zu nehmen, daß man die Spule mit ihrer Ebene senkrecht auf den magnetischen Me- ridian stellt. Der Einfluß der Erde auf die Stellung stromumflossener Ebenen läßt sich durch die Annahme elektrischer Strömungen in der Erde erklären, welche so verlaufen, daß ihre resultirende Wirkung einem von Ost nach West fließenden Strome gleichkommt. Die Beziehungen, welche zwischen elektrischen Strömen und dem Magnetismus bestehen, reichen dann auch, wie wir später sehen werden, zur Erklärung der erdmagnetischen Wirkungen aus.
Betrachten wir zunächst mit Hilfe der Fig. 164 die Wirkung der
Erd- ströme
auf stromumflossene verticale Ebenen.
a b c d
stellt den um eine verticale Axe drehbaren verticalen Stromkreis,
W O
die Resultirende der sämmtlichen Erd- ströme dar, die wir kurzweg den Erdstrom nennen wollen. Da jeder derartige Stromkreis im Verhältnisse zum Erdstromkreise verschwindend klein ist, kann der Unterschied der Entfernungen der Ströme
a b
und
d c
von
O W
nicht in Betracht kommen. Ferner sind die Ströme in
a b
und
d c
gleich stark und entgegengesetzt gerichtet: folglich ist die Wirkung des Erdstromes auf die horizontalen Ströme
a b
und
c d
gleich Null. Anders verhält es sich aber mit den beiden verticalen Strömen
a d
und
b c.
Diese beiden stehen zu dem Erdstrome in derselben Be- ziehung wie der „begrenzte“ Strom
S
zu dem „unbegrenzten“ Strome
A B
in Fig. 158, Seite 258. Der Kreuzungspunkt für die Ströme in
b c
und in
O W
liegt bei
F.
Der Strom
c b
fließt
zum
Kreuzungspunkte, der Strom
G F
vom
Kreuzungspunkte weg, folglich stoßen sich die beiden Ströme in der Richtung
G b
ab. Die Ströme
c b
und
F O
fließen beide zum Kreuzungspunkte
F
, ziehen sich daher in der Richtung
b O
an; diese beiden Kräfte setzen sich zu der Resultiren- den
R
1
zusammen, welche den Leiter
c b
in der Richtung
b R
1
zu bewegen sucht. Die Ströme in
a d
und
O W
haben ihren Kreuzungspunkt in
E.
Da die Ströme
a d
und
E W
vom Kreuzungspunkte wegfließen, ziehen sie sich in der Richtung
a W
an, und weil der Strom
a d
vom Kreuzungspunkte wegfließt, der Strom
G E
aber zu ihm hinfließt, so stoßen diese beiden sich in der Richtung
G a
ab. Die aus diesen Kräften Resultirende
R
sucht daher den Leiter
a d
in der Richtung
a R
zu bewegen.
Der Stromkreis
a b c d
kann sich aber nur um die verticale Axe
G H
drehen, nicht aber seitlich verschieben, und die Resultirenden
R
und
R
1
suchen ihn nach verschiedenen Richtungen zu verschieben, d. h. um
G H
zu drehen. Eine Drehung des Stromkreises muß daher, einen einzigen Fall ausgenommen, stets erfolgen. Dieser Fall ist aber offenbar jene Stellung des Stromkreises, in welcher der aufsteigende Strom westlich und der absteigende Strom östlich von der Axe
G H
verläuft, weil nur in dieser Stellung von
a b c d
die beiden Kräfte in gleicher Stärke wirken, und die Richtungen beider Kräfte zwar entgegengesetzte, aber in eine und dieselbe Linie fallende sind. Da sich also ein verticaler, um eine verticale Axe beweglicher Stromkreis immer senkrecht auf den magnetischen Meridian, und zwar so stellt, daß sich der aufsteigende Strom im Westen, der absteigende im Osten befindet, so ist dieses Verhalten gerade so, als ob ein Erdstrom in der magnetischen Ost-Westrichtung kreisen würde.
Wir haben nun noch die Lage des Erdstromes, diesen gewissermaßen als resultirenden Strom sämmtlicher Strömungen auf der Erde gedacht, zu bestimmen. Wir werden diese finden, wenn wir einen Stromkreis vollkommen frei beweglich aufhängen, oder weil uns bereits die Wirkung auf einen um eine verticale Axe drehbaren Stromkreis bekannt ist, wenn wir ihm freie Beweglichkeit um eine horizontale Axe ermöglichen. Der von Amp
è
re zu diesem Experimente angegebene Apparat ist in Fig. 165 abgebildet. Er besteht aus der Drahtfigur
a b c d e f g
, welche um die horizontale Axe
f g
drehbar ist. Das schwarz gezeichnete Stück
a f
und das ebenso gezeichnete Stück an der Kreuzungsstelle der Drähte
c d
und
f g
bestehen aus einem isolirenden Materiale. Die Stromzuleitung erfolgt durch die Träger
T T
1
und die mit diesen in Verbindung stehenden Quecksilbernäpfchen. Die Holzraute
h r
dient nur zur Versteifung des Drahträhmchens. Die einzelnen Theile des letzteren sind in Bezug auf ihr Gewicht derart angeordnet, daß der Schwer- punkt in die Axe
f g
fällt, somit die ganze Drahtfigur in jeder Lage sich im Gleichgewichte befindet.
Der Apparat wird so aufgestellt, daß die Axe
f g
auf den magnetischen Meridian senkrecht steht. Läßt man dann durch Einhängen der Batteriedrähte in die Quecksilbernäpfchen einen Strom in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung
T
1
a b c d e f g T
durch den Drahtrahmen fließen, so stellt sich dieser mit seiner Ebene senkrecht auf die Richtung der Inclinationsnadel. Hierbei nimmt jene Seite des Rahmens die tiefere Lage ein, in welcher der Strom von Ost nach West fließt (also in der Figur
c b
). Letzteres hat darin seinen Grund, daß bei der Auf- stellung des Apparates mit der Axe senkrecht auf den magnetischen Meridian die Seiten
c b
und
d e
in die Richtung Ost-West kommen; die Ströme in diesen beiden Seiten verlaufen daher parallel zum Erdstrome. Es gelten somit die Gesetze für parallele Ströme, und da der Erdstrom von Ost nach West fließt, muß auch die Seite
c b
, in welcher der Batteriestrom gleichfalls diese Richtung besitzt, angezogen, die Seite
d e
mit entgegengesetzt gerichtetem Strome abgestoßen
Fig. 165.
Wirkung des Erdstromes.
werden. Die Ströme in
b e
und
c d
kommen, da sie entgegengesetzt gerichtet sind und der Rahmen sich nur um die Axe
f g
drehen kann, nicht zur Geltung.
Aus der Stellung des Rahmens senkrecht zur Inclinationsnadel folgt, daß der Erdstrom, von unseren Breiten aus gerechnet, südlich verlaufen muß. Soll dieser Erdstrom wirklich vorhanden sein, so muß von diesem als unbegrenzten Strome auch jene Wirkung auf begrenzte Ströme ausgeübt werden, welche wir bereits kennen lernten (Seite 258, Fig. 158 und 159). In der That rotirt der Leiter
L L
1
in Fig. 159 auch dann, wenn man um die Quecksilberrinne keinen Strom leitet. Die Rotation wird dann aber durch Einwirkung des Erdstromes auf den horizontalen Leitertheil und nicht auf die verticalen Ströme hervorgebracht. Die Wirkung auf den horizontalen Theil wird aus der schematischen Zeichnung Fig. 166 klar werden.
a b
stellt den horizontalen, um
o
drehbaren Theil des Stromkreises,
A B
den Erdstrom dar. In dieser Stellung gilt für den von
o
nach
b
fließenden Strom die Betrachtung, die für
S
in Fig. 158 angestellt wurde. Somit muß sich
o b
gegen
A
bewegen. Dies kann jedoch vermöge der Anordnung des Apparates nur durch Drehung von
a b
um
o
erfolgen, wodurch
a b
in die Lage
a
1
b
1
kommt. In dieser Lage ist
a
1
b
1
parallel zu
A B;
in
o b
1
ist die Stromrichtung jener von
A B
entgegengesetzt, also muß
o b
1
abgestoßen werden. Die Stromrichtung in
o a
1
ist gleich jener in
A B
, folglich muß
o a
1
angezogen werden. Das Resultat dieser beiden Wirkungen ist die Drehung von
b
1
a
1
wieder in die Stellung
a b
, in welcher der Leiter nach der früheren Betrachtung aber- mals nicht verharren kann. Der Leiter
a b
muß daher durch den Erdstrom in beständige Rotation um
o
versetzt werden.
Auf die verticalen Ströme in
L L
1
(Fig. 159) kann der Erdstrom nicht wirken, da er in Bezug auf die kleine Drahtfigur in gerader Linie fließt. Er würde daher
L
und
L
1
, da in beiden der Strom gleiche Richtung hat, nach einer und derselben Seite zu verschieben trachten; diesem Impuls kann aber der Leiter ver- möge seiner Aufhängung auf der Säule
T
nicht nachgeben und somit kann der Erdstrom nur auf die horizontalen Stromtheile einwirken.
Man hat namentlich in jüngster Zeit der Beobachtung und dem Studium der Erdströme erhöhte Aufmerksamkeit zu Theil werden lassen. Es ist keineswegs ausschließ- lich das wissenschaftliche Interesse, welches dazu anregt, sondern es muß auch dem praktischen Elektrotechniker daran gelegen sein, genaue Kenntniß dieser Naturerscheinung und ihrer Gesetze zu erlangen. Den Erdströmen sind nämlich nicht blos die Störungen der erdmagnetischen Wirkungen zuzuschreiben, son- dern sie sind häufig auch die Ursache größerer oder kleinerer, länger oder kürzer andauernder Störungen im Betriebe der Telegraphen- Apparate. In richtiger Erkenntniß und
Fig. 166.
Wirkung des Erdstromes.
Würdigung dieser Umstände hat daher namentlich der Berliner elektrotechnische Ver- ein wiederholt eingehende Studien veranlaßt; diese sind auch in der That schon von Erfolgen gekrönt worden. Wenngleich das vorliegende Material noch viel zu gering ist, allgemein giltige Gesetze aufzustellen, so ist man doch immerhin bereits jetzt im Stande, gewisse Beziehungen zwischen den Erdstromschwankungen und anderen kosmischen Erscheinungen zu erkennen.
Starke Schwankungen der Erdströme, häufiges Auftreten der Polarlichter, Störungen der erdmagnetischen Wirkungen und die Vorgänge auf der Sonnen- oberfläche stehen in inniger Beziehung zueinander. Weiß man diese auch noch nicht in feste Regeln zu fassen, so kann man doch schon annähernd die Zeiten angeben, zu welchen besonders mächtige Erdströme zu gewärtigen sind. Als solche ergaben sich die beiläufig alle eilf Jahre periodisch wiederkehrenden Phasen auf der Sonnen- oberfläche. Daß zwischen den Störungen der erdmagnetischen Kräfte sowohl in Bezug auf ihre Richtung als auch auf ihre Intensität und den Schwankungen der Erd- ströme ein ganz bestimmter Zusammenhang besteht, erhellt aus den schon seit einer Reihe von Jahren auf der Sternwarte zu Greenwich regelmäßig angestellten Be- obachtungen. Es unterliegt auch keinem Zweifel, daß die Störungen, welche an den erdmagnetischen Instrumenten und jene, welche an den Galvanometern der Telegraphenleitungen beobachtet werden, derselben Ursache zuzuschreiben sind, daß der Unterschied nur in der geringeren oder größeren Stärke liegt.
Um der Art, auf welche die Erdströme entstehen, näher zu kommen, muß man auf die elektrischen Vorgänge auf der Erde und in ihrer Atmosphäre eingehen. Die elektrischen Zustände in den oberen Schichten der Luft einerseits und der Erde andererseits gleichen sich in den verschiedenen Breiten in verschiedener Weise aus. In den Polargegenden übernehmen jene Glühlichtsäulen, welche wir mit dem Namen Nordlicht bezeichnen, die Vermittlerrolle, während in den Aequatorialgegenden der Ausgleich fast ausschließlich durch Gewitter stattfindet. Auch in den mittleren Breiten spielen letztere die Hauptrolle; unter besonderen kosmischen Verhältnissen ist jedoch auch Nordlicht zu beobachten. Den unmittelbaren Einfluß, welchen diese Aus- gleichungen auf die Erdströme ausüben, werden wir bald kennen lernen. Zunächst haben wir den Zusammenhang zwischen den Vorgängen auf der Sonne und den elektrischen Erscheinungen auf der Erde zu betrachten.
Professor
Förster
giebt hierüber in einem im Berliner elektrotechnischen Ver- eine gehaltenen Vortrage nachstehende Aufschlüsse: Es ist durch die zahlreichen und immer genauer gewordenen magnetischen Beobachtungen der letzten drei bis vier Jahrzehnte erwiesen, daß der jedesmalige Grad der Flecken- und Fackelbildung
Die Sonnenflecke sind unregelmäßige dunkle Stellen auf der Sonnenoberfläche, die von einem minder dunkeln Saum umgeben sind; oft sehr klein, übertreffen sie manchmal auch vielfach die Größe der ganzen Erdoberfläche. Sie erscheinen einzeln oder häufiger in Gruppen, dauern je nach ihrer Größe verschieden lange Zeit an. In größerer Menge treten sie in Perioden von 111/9 Jahren auf. In der Nähe der Flecken zeigen sich auch besonders helle Stellen von vorübergehender Dauer; diese nennt man Fackeln. Spectralanalytische Unter- suchungen führten zu der Annahme, daß die Sonne aus einer feurig flüssigen Masse bestehe, die von einer Hülle glühender Gase und Dämpfe umgeben sei. Hiernach hätte man sich das Entstehen der Sonnenflecke durch locale Abkühlungsprocesse, die Fackeln als das Hervorbrechen in höchster Gluth befindlicher Massen vorzustellen.
auf der Sonnenoberfläche und die entsprechende Häufigkeit und Ausdehnung der Entwicklung von Säulen und Wolken glühender Gase in der Umgebung des Sonnenkörpers mit gewissen Schwankungen der Richtung und der Intensität der erdmagnetischen Kräfte in einem engen Zusammenhange steht. Nicht nur die in dem letzten halben Jahrhundert ungefähr alle eilf Jahre wiederkehrende ungewöhnliche Steigerung der Flecken- und Fackelbildung spiegelt sich in der Steigerung dieser erdmagnetischen Erscheinungen genau wieder, sondern auch alle plötzlicheren und schneller verlaufenden Veränderungen der betreffenden Zustände des Sonnenkörpers finden ihr Abbild in gewissen erdmagnetischen Erscheinungen. Es ist ebenso erwiesen, daß, wenngleich in denjenigen beiden Polarzonen, in denen die häufigsten Polarlicht- Erscheinungen vorkommen, die
eilfjährige
Sonnenfleckperiode keinen sehr deut- lichen Einfluß auf die Häufigkeit jener elektrischen Phänomene zu haben scheint, doch auch in diesen Zonen eine
jährliche
Periodicität der Polarlichter besteht, welche nach ihrer Besonderheit unverkennbar auf andere Einflüsse der Sonne als ihre bloßen Licht- und Wärmestrahlungen hinweist. Sodann ist aber die Häufigkeit des Auftretens von Polarlichtern außerhalb jener die Magnetpole umgebenden Zonen in dem allerdeutlichsten Zusammenhange mit der eilfjährigen Sonnenfleckperiode. Palarlichter, welche von beiden Polen aus sich bis nahe an den Aequator erstrecken und Glühlichtsäulen zum Beispiele noch über dem nördlichen Indien bilden, kommen ausschließlich in denjenigen Jahren vor, in welchen sich auch die Oberfläche und die Umgebung des Sonnenkörpers in ungewöhnlicher Erregung zu befinden scheinen.
Eine Nordlichtstörung von großer Intensität trat zum Beispiele in der Zeit vom 11. bis 14. August 1880 ein. Der Leitung der deutschen Telegraphen-Ver- waltung ist es zu verdanken, daß hierüber ein weite Gebiete umfassender Bericht bekannt gemacht wurde. Auf die Einzelheiten desselben einzugehen, würde jedoch zu weit führen, weshalb nur die Hauptresultate namhaft gemacht werden sollen. Im Allgemeinen, heißt es in dem angezogenen Berichte, ergiebt sich aus den gesam- melten Notizen, daß die Störungen sich in der Form fremder Ströme, sogenannter Erdströme, in den ober- und unterirdischen Leitungen zeigten, von verschiedener, zu- und abnehmender Intensität, von verschiedener Dauer und, was vielleicht das Be- deutendste ist, weil es auf ein Auf- und Abwallen schließen läßt, von häufig wechselnder Richtung. Die Reduction der verschiedenen Zeitangaben auf denselben Meridian läßt die Gleichzeitigkeit der Störungen an verschiedenen Orten nur ganz im Allgemeinen annehmen; nur um die Berliner Mittagsstunde am 12. August scheint ein ziemlich weit und gleichmäßig verbreitetes Maximum in den Erscheinungen stattgefunden zu haben, während andere Phasen und Perioden der Störungen nur local begrenzt aufgetreten sind. Es ist verschiedentlich festgestellt worden, daß die Störungen in einzelnen Ländern die in der Richtung von Osten nach Westen geführten Leitungen, in anderen die sich von Norden nach Süden erstreckenden vor- zugsweise betroffen haben, und daß die langen zur Verbindung entfernt voneinander liegender Orte dienenden Leitungen mehr zu leiden hatten, als diejenigen, bei welchen die Erdplatten einander näherstanden. Sind die beobachteten fremden Ströme als die Ausgleichung zwischen verschiedenen elektrischen Zuständen in der Erde mittelst der Erdplatten und der vorhandenen Telegraphenleitungen anzusehen, dann geht hieraus hervor, daß derartige Verschiedenheiten nur in größeren Entfernungen in dem Maße hervortreten, um wirkungsvolle Erscheinungen zu geben.
Aus den vom geheimen Oberpostrath
Ludewig
gemachten Zusammenstellungen und ähnlichen Beobachtungen aus den Jahren 1859 und 1871 ergiebt sich, daß derartige Störungen sich nur in längeren Zeiträumen in gleicher Stärke zu wieder- holen scheinen. Ein gewisser regelmäßiger Turnus in der Wiederkehr derselben läßt sich jedoch vorläufig noch nicht mit Sicherheit angeben, da hierzu noch ein zu wenig erhebliches Material vorliegt. Hingegen besitzt doch schon die genauere Um- grenzung des geographischen Verbreitungsgebietes und die Erfahrung einen gewissen Werth, daß sich beispielsweise in Italien, Oesterreich und zum Theile in der Schweiz ziemlich inmitten des großen allgemeinen Störungsbezirkes ein von Störungen ver- schontes, nicht unbeträchtliches neutrales Gebiet befunden hat.
Die Erdströme können mitunter eine sehr beträchtliche Intensität erreichen. Dies wurde zum Beispiele an der Leitung Gothenburg-Nystad beobachtet, welche beiläufig zu drei Viertel ihrer Länge aus Landleitung und einem Viertel aus Kabel besteht. Die Leitung zeigte sich während der Hauptstörungsperiode (1880) in Nystad bald positiv, bald negativ geladen und erzeugte an den Apparaten einen Ausschlag, welcher den durch einen galvanischen Strom von 200 Leclanch
é
-Elementen hervorgebrachten Ausschlag überstieg. Wurde die Leitung abwechselnd mit der Erdklemmschraube ver- bunden und wieder von derselben getrennt, dann wurden
stark leuchtende Funken
beobachtet und der Leitungsdraht wurde hierbei in der Weise erhitzt, daß die umgelegte Guttapercha anfing zu schmelzen.
Nach allen diesen Beobachtungen und nach den Aufzeichnungen und Erörte- rungen des schwedischen Physikers
Wijkander
kann man kaum mehr darüber im Zweifel sein, daß locale über kleinere Gebiete sich ausdehnende Schwankungen des Erdstromes Influencirungen und Entladungen bei localen Gewittern ihr Auftreten verdanken. Mit ebenso großer Wahrscheinlichkeit kann man aber auch behaupten, daß die über größere Flächen der Erde verbreiteten elektrischen Spannungen und Ausgleichungen, welche in den Polarlichtern hervortreten, unter Umständen noch mächtigeren und weiter verbreiteten elektrischen Ab- und Zuströmungen, wie sie besonders in den längeren Telegraphenleitungen beobachtet werden können, den Ursprung geben.
Ueber die Einflüsse eines Gewitters auf die Erdströme erstattete
Fröhlich
im Berliner elektrotechnischen Vereine Bericht. Zu den Versuchen stand die mittlere Ader des Kabels zur Verfügung, welches Berlin und Dresden verbindet. Das Gewitter entlud sich über und in der Nähe von Berlin. Die Schwankungen des Erdstromes wurden durch einen Registrirapparat in Form einer Curve dargestellt. Der Verlauf dieser während des Gewitters aufgenommenen Erdstromcurve zeigt im Vergleiche mit einer früher erhaltenen keine wesentlichen Verschiedenheiten; auf- fallend sind jedoch die durch den Apparat markirten zahlreichen und sehr kräftigen Inductionsschläge, an welchen sich die Entwicklung des Gewitters verfolgen läßt. Diese Inductionsschläge fallen offenbar mit atmosphärischen Entladungen zusammen; denn bei einer Anzahl derselben hat der den Apparat überwachende Beamte zugleich
Fig. 167.
Solenoid.
einen Blitz beobachtet. Das Hauptergebniß dieser Beobachtung scheint darin zu liegen, daß während des Gewitters der Erdstrom seinen Charakter und seine Stärke nicht wesentlich verändert und daß sich der ganze Einfluß des Gewitters in In- ductionsschlägen äußert, welche von atmosphärischen Entladungen herrühren.
Kehren wir nochmals zur Einwirkung des Erdmagnetismus auf freibeweg- liche stromumflossene Ebenen zurück. Wir haben gehört, daß diese unter der Ein- wirkung jener Kraft immer in eine und dieselbe Stellung geführt und darin fest- gehalten werden. Diese Erscheinung ist um so leichter herbeizuführen, wenn man an Stelle einer Windung einen aus mehreren zueinander parallelen Windungen hergestellten Stromkreis anwendet. Giebt man hierbei diesem Stromkreise die in Fig. 167 dargestellte oder eine ähnliche Form, so nennt man ihn schlechtweg ein
Solenoid
. Amp
è
re verstand unter einem Solenoide allerdings die Aufeinander- schichtung vieler unendlich kleiner Kreisströme derselben Richtung und in der Art, daß ihre Ebenen sämmtlich auf der ihre Mittelpunkte verbindenden Linie senkrecht stehen; da aber dies praktisch nicht ausführbar und auch das Verhalten eines Stromkreises von der in der Figur dargestellten Form nur ein quantitativ ver- schiedenes ist, kann die Bezeichnung Solenoid auch hierfür beibehalten werden.
Die in Fig. 167 dargestellte Form kann in der That als System paralleler Kreisströme aufgefaßt werden; jede Windung ist nahezu ein voller Kreis und durch ein kleines Verbindungsstück mit dem nächsten Kreis verbunden. Die Längen dieser Verbindungsstücke zwischen sämmtlichen Kreisen summirt, geben offenbar die Länge des geraden Drahtes
A B.
In welcher Weise der Strom in diesem Leitersysteme circulirt, ist in der Figur durch Pfeile angedeutet. Hieraus ist auch zu ersehen, daß der Strom im geraden Drahte
A B
in entgegengesetzter Richtung verlauft wie in den Drahttheilen, die als Verbindungsstücke zwischen den aufeinanderfolgenden Stromkreisen gedacht werden. Die Wirkungen dieser Ströme müssen sich daher nach außen hin aufheben und somit kommen wirklich nur die Kreisströme in Betracht.
Hängt man ein derartiges Solenoid oder, wie man es mitunter auch nennt, einen
elektrodynamischen Cylinder
so auf, daß er sich um eine verticale Axe drehen kann (z. B. durch Einhängen in die Quecksilbernäpfchen des Amp
è
re’schen Gestelles), so stellt sich das Solenoid mit seiner Längsrichtung parallel zur De- clinationsnadel. Ein Solenoid ersetzt also gleichsam einen Magnetstab, indem es jenes Ende gegen Süden wendet, auf welchem der Kreisstrom in der Richtung der Bewegung eines Uhrzeigers fließt, während auf dem gegen Norden gerichteten Ende der Strom sich gegen die Uhrzeigerbewegung bewegt. Man spricht daher auch von Polen eines Solenoides und bezeichnet das gegen Süden gewandte Ende als Südpol, das gegen Norden gerichtete mit dem Namen Nordpol.
Wird die Drehungsaxe eines Solenoides in gleicher Weise angeordnet, wie die des Stromkreises in Fig. 165, so stellt sich das Solenoid mit seiner Längs- richtung parallel zur Inclinationsnadel. Leitet man über oder unter einem Sole- noide, welches parallel zur Declinationsnadel schwebt, einen gerade verlaufenden Strom, so wird das Solenoid in gleicher Weise abgelenkt wie die Magnetnadel. Die entgegengesetzten Pole zweier Solenoide ziehen sich an, die gleichnamigen stoßen sich ab. Man ersieht aus diesem Verhalten, daß durch Solenoide dieselben Wir- kungen erzielt werden können, welche man durch Magnete hervorruft. Ja selbst einfache Stromkreise zeigen ein ganz gleiches Verhalten; sie sind eben auch Sole- noide, aber Solenoide von sehr geringer Länge. Umgekehrt kann jedoch auch das Verhalten der Solenoide durch jene Gesetze erklärt werden, welche die Einwirkung zweier Ströme aufeinander ausdrücken. Diese auffällige Uebereinstimmung in den Wirkungen, welche durch Magnete oder Solenoide hervorgebracht werden, führte zu
Amp
è
re’s Theorie des Magnetismus.
Solenoide wirken aufeinander, jedoch nicht nur in derselben Art, sondern auch nach demselben Gesetze. Auch bei ihnen ist die Wirkung dem Producte der Intensitäten direct und dem Quadrate der Entfernung umgekehrt proportional. Solenoid und Magnet wirken auch gegen- seitig aufeinander geradeso, als ob zwei Magnete oder zwei Solenoide zur Ver- wendung gekommen wären. Alle diese Erscheinungen veranlaßten daher Amp
è
re, die früher aufgestellte Hypothese von der Existenz zweier magnetischer Fluida auf- zugeben und im Magnetismus nichts Anderes als den Parallelismus elektrischer Ströme zu erblicken (1826). Natürlich konnte hierbei ein Magnetstab oder eine Magnetnadel nicht einfach als ein Solenoid betrachtet merden; dies würde schon die Erklärung jener Erscheinung unmöglich machen, welche wir bei der Theilung eines Magnetes in mehrere oder viele Stücke kennen gelernt haben. Wie wir bereits wissen, ist jedes dieser Stücke wieder ein vollkommener Magnet und besitzt einen Nord- und einen Südpol. Dies veranlaßte uns auch zu der Annahme kleiner oder Molecularmagnete, die dann in ihrer Gesammtheit den Magnetstab bilden. Schon damals dachten wir uns das Magnetisiren eines Körpers in der Weise, daß hier- durch die Molecularmagnete, welche vorher in allen möglichen Lagen sich befanden, alle gleichgerichtet, d. h. mit ihren Südpolen nach der einen und mit ihren Nord- polen nach der entgegengesetzten Seite gerichtet werden. Jetzt können wir diese Vor- stellung von der Constitution der Magnete dahin erweitern, daß diese Molecular- magnete ihren Magnetismus elektrischen Strömen zu verdanken haben, welche sie umkreisen, daß also jeder Elementarmagnet als ein Solenoid aufzufassen ist. Sind daher in einem Körper diese Molecularmagnete oder Solenoide in allen möglichen Stellungen zueinander angeordnet, dann ist der Körper unmagnetisch, weil die nach den verschiedensten Richtungen laufenden Ströme sich in ihren Wirkungen nach außen gegenseitig aufheben; sind jedoch die gleichnamigen Pole sämmtlicher Sole- noide oder Molecularmagnete je nach der einen oder der entgegengesetzten Seite gekehrt, dann ist der Körper ein Magnet, weil sich die einzelnen Elementarströme in ihren Wirkungen nach außen gegenseitig unterstützen und verstärken.
Mit Zugrundelegung der Amp
è
re’schen Theorie lassen sich nun alle magne- tischen Erscheinungen in einfacher Weise erklären. Es ist begreiflich, daß ein Magnet, in noch so kleine Stücke zerbrochen, immer wieder vollkommene Magnete liefert und nicht gewöhnliche Stahlstücke, weil selbst noch die kleinsten Stücke, die man durch Zerbrechen erhalten kann, aus vielen Molecularmagneten zusammengesetzt sind, und letztere immer noch gleichgerichtet bleiben. Es muß auch jeder Theilmagnet an jener Seite seinen Nordpol, beziehungsweise Südpol besitzen, der vor der Theilung des ursprünglichen Magnetes dem ersten oder zweiten der genannten Pole zugewandt war, weil durch die Theilung die Richtung der Ströme in den Molecularmagneten keine Aenderung erfuhr. Auch die Erscheinung, daß z. B. bei einem cylindrischen Magnetstabe nicht nur an den beiden Endflächen, sondern auch an den Cylinder- flächen wirksamer Magnetismus vorhanden ist, läßt sich ungezwungen erklären. Der Magnetstab besteht aus einem Bündel von Solenoiden, die alle mit ihren gleichnamigen Polen nach der einen, beziehungsweise andern Endfläche gerichtet sind. Es kommen also nebeneinander die gleichnamigen Pole der Solenoide zu stehen; diese stoßen sich aber gegenseitig ab. Es können folglich die Solenoide nicht in vollkommen parallelen Lagen nebeneinander verlaufen, sondern sie müssen vielmehr gegen die Pole zu divergiren. Sie werden also in ähnlichen Lagen sich befinden wie die Stäbe eines in seiner Mitte fest zusammengeschnürten Bündels, nämlich in der Mitte, also der Indifferenzzone des Magnetes parallel nebenein- ander liegen und von hier aus gegen die beiden Enden oder Pole zu sich immer weiter voneinander entfernen. Würde man nun aus einem solchen Bündel von Stäben einen Cylinder schneiden in der Art, daß dessen Durchmesser gleich ist dem Durchmesser an der Stelle der Zusammenschnürung, so ist klar, daß die Enden der einzelnen Stäbe nicht mehr alle auf die Ebenen des Cylinders zu liegen kommen können, sondern zum Theile auf dessen Mantelfläche fallen müssen. Ebenso müssen auch die Pole der Solenoide in einem Magnete zum Theil auf dessen Mantelfläche fallen, daher zeigt der Magnet auch in der Richtung gegen die Indifferenzzone zu noch freien Magnetismus.
Wir haben bisher noch nicht in Betracht gezogen, welche Richtung die molecularen Kreisströme an dem einen oder dem andern der beiden Magnetpole haben müssen, oder umgekehrt diese angegeben und dann untersucht, ob sich die magnetischen Erscheinungen übereinstimmend hiermit erklären lassen. Nach der Am- p
è
re’schen Theorie kreist am Südende jedes Solenoides ein Strom in der Rich- tung der Uhrzeigerbewegung, am Nordpole hingegen in entgegengesetzter Richtung. Hierbei wird die Richtung immer in der Weise bestimmt, daß man sich den frag- lichen Pol
gegen den Beschauer gekehrt denkt
. Daß die Stromrichtung am Nordpole eines Solenoides die entgegengesetzte sein muß als am Südpole, ergiebt sich schon daraus, daß ein Strom das Solenoid vom Anfange bis zum Ende durch alle Spiralwindungen hindurch continuirlich und ohne umzukehren durch- lauft. Betrachtet man daher eine solche Spirale einmal von der einen und dann von der entgegengesetzten Stirnseite, so muß offenbar das Rechts und Links ver- tauscht werden, also die im ersten Falle von rechts nach links gerichtete Bewegung im zweiten Falle von links nach rechts gerichtet sein. Der Zeiger einer Uhr bewegt sich im unteren Theile seiner Bahn bekanntlich von rechts nach links; denken wir uns nun das Gehäuse sammt dem Werke durchsichtig und betrachten den Zeiger von der Rückseite aus durch diese hindurch, so wird sich der Zeiger offenbar von links nach rechts bewegen. Ebenso verhält es sich bei dem Solenoide in Fig. 168. Ist dessen ebene Fläche bei
S
dem Beschauer zugewandt, befindet also dieser sich in
S
, so kreist auf dieser Fläche der Strom in der Bewegungsrichtung des Uhr- zeigers; das Solenoid hat an dieser Seite seinen Südpol. Befindet sich hingegen der Beschauer bei
N
, so kreist der Strom auf der dort Letzterem zugewandten Ebene gegen die Richtung der Uhrzeigerbewegung; dort befindet sich der Nordpol des Solenoides.
Diese an und für sich einfachen Verhältnisse wurden absichtlich so aus- führlich betont, weil es nur zu häufig vorkommt, daß sie, als selbstverständ- lich vorausgesetzt, zu wenig beachtet und dann bei complicirteren Anwen- dungen nicht hinlänglich sicher gehand- habt werden. Nach dieser Abschweifung wollen wir unsere bereits begonnenen Betrachtungen wieder fortsetzen.
Die Declinationsnadel stellt sich gleichwie auch ein Solenoid (in ähn-
Fig. 168.
Solenoid.
licher Aufhängung) mit dem Südpole gegen Süden. Folglich fließt an der Westseite dieses Poles der Strom von unten nach oben und an der Ostseite umgekehrt. Da wir jeden Magnetismus, also auch den Erdmagnetismus durch elektrische Ströme erklären, wird der Erdstrom es sein, welcher die angegebene Stellung des Magnetes oder Solenoides bewirkt. Der Erdstrom umfließt, wie wir bereits wissen, die Erde von Ost nach West. Dieselbe Richtung besitzt der Strom am Südpole des Magnetes an seiner unteren, die entgegengesetzte an seiner oberen Seite. Da die Differenz der Entfernungen dieser beiden Ströme von dem Erdstrome nicht in Betracht kommt, muß die Wirkung des Erdstromes sich also nur auf die verticalen Stromtheile, den im Westen auf- und im Osten absteigenden Strom beschränken. Somit haben wir es mit der Wirkung eines unbegrenzten (des Erdstromes) auf begrenzte Ströme (auf der Ost- und Westseite des Südpoles am Magnete) zu thun. Daß diese aber zu einer west-östlichen Stellung der Stromkreise oder, was dasselbe besagt, zu einer nord-südlichen des Magnetes führen muß, erhellt aus den auf Seite 262 angestellten Betrachtungen. Die Stellung der Inclinationsnadel, diese als Solenoid aufgefaßt, ergiebt sich aus den auf Seite 264 gegebenen Auseinandersetzungen; man hat sich nur an Stelle des einfachen Stromkreises in Fig. 165 ein Solenoid zu denken.
Auch die Anziehung ungleichnamiger und die Abstoßung gleichnamiger Magnet- pole findet durch die Amp
è
re’sche Theorie in der Wirkung zweier Ströme auf- einander ihre Erklärung. Die Magnete
S N
und
S
1
N
1
(Fig. 169
A
) kehren ihre entgegengesetzten Pole einander zu; folglich stießt der Strom am Nordpole
N
, diesen gegen den Beschauer gewandt, gegen die Uhrzeigerbewegung, am Südpole
S
1
in der Uhrzeigerbewegung. Die Solenoidströme in
S N
und
S
1
N
1
sind einander parallel und gleichgerichtet, müssen daher einander anziehen. In Fig. 169
B
stehen sich zwei Nordpole gegenüber; es fließt daher auf jedem dieser Pole der Solenoid- strom gegen die Uhrzeigerbewegung. Die Ströme in
S N
und
S
1
N
1
sind einander parallel, aber entgegengesetzt gerichtet, müssen sich daher abstoßen. Somit sind auch die magnetischen Anziehungs- und Abstoßungserscheinungen auf Anziehungs- und Abstoßungserscheinungen zwischen gleich- und ungleichgerichteten Strömen zurück- geführt.
Wechselwirkungen zwischen galvanischen Strömen und Magneten.
Wir haben bereits erfahren, daß ein über oder unter einer Magnetnadel vorüber geleiteter Strom die Nadel ablenkt. Die Richtung, nach welcher die Ablenkung erfolgt, giebt uns die Amp
è
re’sche Schwimmerregel. Nach dieser hat man sich eine menschliche Figur in der Richtung des Stromes derart schwimmend zu denken, daß sie ihr Gesicht der Nadel zukehrt. Dann erfolgt die Ablenkung der Nadel in
Fig. 169
A.
Fig. 169
B.
Wechselwirkungen zwischen Solenoiden.
der Weise, daß der Nordpol in der Richtung der linken Hand abgestoßen wird. In Fig. 170 ist aus einem Metallstreifen ein Stromkreis gebildet, der in der Richtung
A B C D E
vom positiven Strome durchflossen wird und der mit einer Ebene parallel zum magnetischen Meridian gestellt wurde.
N S
und
n s
sind kleine, um verticale Axen bewegliche Magnete. Der Magnet
N S
muß bei dieser Anord- nung nach der Schwimmerregel durch den Strom in die Lage
N
1
S
1
gebracht werden. Um die Ablenkungsrichtung für den Magnet
n s
zu bekommen, hat man sich die menschliche Figur mit dem Rücken auf dem Metallstreifen
D E
so liegend zu denken, daß der Kopf gegen
E
, die Füße gegen
D
gerichtet sind. Der linke Arm wird dann nach der linken Seite der Zeichnung zeigen, also muß die Nadel die Stellung
n
1
s
1
annehmen.
Die Ablenkungsrichtung der Nadel läßt sich aber auch in der Weise bestimmen, daß man sich die Magnete durch Solenoide substituirt denkt. Das System paral- leler Ströme im Solenoide wird dann durch den Stromkreis
A B C D E
gerichtet. Letzterer wird ersteres sich parallel zu stellen suchen, und zwar derart parallel, daß die Ströme im Solenoide gleiche Richtung haben mit jenem im Metallbügel. Dies ist aber dann der Fall, wie aus den bei
N
und
S
1
, beziehungsweise
n
und
s
1
, ein- gezeichneten Richtungen der Solenoidströme ersichtlich, wenn die Magnete die punktirt gezeichneten Stellungen einnehmen. In diesen Stellungen kreisen, die Ab- bildung von der rechten Seite betrachtet, sämmtliche Ströme in der Uhrzeiger- richtung.
Die Wirkung des Stromes
B C
auf das Solenoid
N S
setzt sich zusammen aus der Wirkung von
B C
auf die verticalen und aus der Wirkung auf die horizontalen Stromtheile des Solenoides. Die erste Wirkung wird erklärt durch das wiederholt besprochene Verhalten begrenzter Ströme (die verticalen Strom- theile gegen einen unbegrenzten Strom
(B C).
Bei der zweiten Wirkung haben wir das Verhalten des Stromes
B C
sowohl gegen die unteren als auch gegen die oberen horizontalen Stromtheile des Solenoides in Betracht zu ziehen. Hier heben sich die Wirkungen dieser beiden (oberen und unteren) entgegen- gesetzten Stromtheile in Betracht zu dem Strome
B C
nicht mehr gegenseitig auf, wie dies bei diesen Stromtheilen in Bezug auf den Erdstrom der Fall ist, denn hier ist der Unterschied in den Entfernungen beider Stromtheile vom Strome
B C
nicht mehr zu vernachlässigen. Die Magnete oder Solenoide müssen sich daher mit ihren Stromkreisen in der Art parallel zu dem Strom- kreise
A B C D E
stellen, daß jene horizontalen Stromtheile, welche dem Stromkreise
A B C D
näher liegen, gleiche Richtung haben mit dem Strome im Metallbügel. In Fig. 170 muß sich daher der Magnet
N S
so stellen, daß der
obere
horizontale Stromtheil in der Richtung von
B
nach
C
(der Stromrichtung des Bügels) fließt, weil die obere Fläche des Magnetes dem Bügel näher liegt als die untere. Aus
Fig. 170.
Ablenkung der Magnetnadel durch den Strom.
denselben Gründen muß beim Magnete
n s
der untere horizontale Stromtheil in der Richtung von
D
nach
C
fließen.
Würden wir oberhalb
B C
einen Magnet anbringen (was der Deutlichkeit halber in der Figur nicht ausgeführt wurde), so würde sich der Magnet gleichfalls zu
N
1
S
1
parallel stellen, aber ober
S
1
würde der Nordpol zu stehen kommen, da nur in diesem Falle der untere (d. h. näher an
B C
gelegene) horizontale Stromtheil gleiche Richtung mit dem Strome in
B C
hätte. Dieselbe Drehung ergiebt auch die Schwimmerregel. Nach dieser müßte die menschliche Figur in der- selben Richtung schwimmen wie die gezeichnete, aber sie müßte, um den Magnet zu sehen, am Rücken liegen. Daraus ist zu ersehen, daß die linke Hand in die Richtung nach
S
1
zeigen, also der Nordpol gleichfalls ober
S
1
kommen muß.
Urbanitzky
: Elektricität. 18
Gleichwie der Strom auf einen Magnet einwirkt, übt auch umgekehrt der Magnet Einfluß auf stromdurchflossene Leiter und kann diese bei passender Anord- nung in continuirliche Rotation versetzen. Eine derartige Anordnung zeigt schema- tisch Fig. 171. Der Leiter
S S
1
, in dessen verticalen Theilen der Strom von oben nach unten fließt, rotirt um den Nordpol
N
des Magnetes in der Richtung der Uhrzeigerbewegung (angedeutet durch den gefiederten Pfeil). Wieso diese Rotation zu Stande kommt, bedarf eigentlich keiner weiteren Erklärung; es ist eben wieder die Wirkung eines unbegrenzten Stromes
(A B)
auf einen begrenzten
(S)
, durch welche das Drehpaar
R R
1
zu Stande kommt. In Bezug auf die Wirkung von
A B
auf
S
vergleiche man, um einzusehen, wieso die Resultirende
R
zu Stande
Fig. 171.
Wirkung eines Magnetpoles auf einen beweglichen Strom.
Fig. 172.
Rotation eines Stromes um einen Magnet.
kommt, die Fig. 171 mit Fig. 158 auf Seite 258. In beiden Figuren sind analoge Theile mit gleichen Buchstaben bezeichnet.
Die praktische Ausführung des Apparates ist in Fig. 172 dargestellt. In der Mitte eines mit Stellschrauben behufs Horizontalstellung versehenen Dreifußes ist der Metallstab
T
befestigt. Diesen umgiebt ein Bündel paralleler mit ihren Nordpolen nach oben gerichteter Magnetstäbe
N S.
Der Träger
T
ist oben mit einem Quecksilbernäpfchen versehen, in welchem sich mittelst Spitze der Stromkreis
a b c d
drehen kann. Der horizontale Theil
a b
desselben ist nicht geschlossen, sondern endet in zwei Spitzen, die in eine mit Quecksilber gefüllte Rinne tauchen. Der Strom wird durch die Klemmschraube
k
eingeleitet, steigt durch
T
nach oben, fließt durch
d a
und
c b
in das Quecksilber und von diesem durch das Gestelle zur Klemmschraube
k
1
. Die Rotation des Leiters erfolgt nach der in der schematischen Figur (171) angegebenen Weise durch Einwirkung des Nordpoles auf die beiden absteigenden Stromäste. Allerdings muß auch der Südpol
S
auf diese einwirken, aber da dieser bedeutend weiter entfernt ist als der Nordpol, so kommt nur die Wirkung des letzteren zur Geltung. Man erhält dasselbe Resultat, wenn man an Stelle des Magnetbündels
N S
das Solenoid
N
1
S
1
in den Rota- tions-Apparat einsetzt.
Man kann aber auch den Strom unbeweglich machen und Magnete so an- ordnen, daß diese sich drehen können. Es ist einleuchtend, daß hierbei der eigent- liche Vorgang nicht geändert wird, denn Strom und Magnet stoßen sich bei bestimmten Stellungen zueinander
gegenseitig
ab und es giebt dann natürlich immer jener von beiden der Abstoßungskraft nach (oder bewegt sich), welcher eben beweglich ist. Ein derartiger Rotations-Apparat, in welchem Magnete durch einen Strom zur Rotation gebracht werden, ist in Fig. 173 abgebildet.
a
ist ein mit einem Quecksilberschälchen versehener Träger, der mit der Klemmschraube
p
in leitender Verbindung steht. Die Magnete
n s
und
n' s'
sind durch ein horizontales Querstück mit- einander verbunden und hängen an dem Stabe
b
, der unten mit einer Spitze in das früher erwähnte Quecksilbernäpfchen taucht, oben selbst wieder ein solches Näpfchen besitzt, in welches die Schraube
S
hineinragt. Vom horizontalen Ver- bindungsstücke beider Magnete geht ein Draht aus, der bis in das Quecksilber reicht, welches sich in der Rinne
r
befindet. Diese steht in leitender Verbindung mit dem Träger
T
und der Klemmschraube
p
1
. Der positive Strom tritt bei
p
in den Apparat, geht durch
a
, dann in das Quecksilber bei
r
und von
Fig. 173.
Rotation von Magneten.
hier durch
T
zur zweiten Klemme
p
1
. Die Magnete drehen sich um die Axe
a b
in der durch den gefiederten Pfeil angedeuteten Richtung.
Obwohl noch durch verschiedene andere Anordnung bei gegenseitiger Einwirkung von stromdurchflossenen Leitern und Magneten Bewegungen oder auch Rotationen erhalten werden können, wollen wir uns doch mit obigen Beispielen begnügen und nun unsere Aufmerksamkeit dem
Elektromagnetismus
zuwenden. Die Entdeckung desselben schreibt man gewöhnlich
Seebeck
zu, doch liegen hier- über keine bestimmten Angaben vor. Hingegen wurde von
Arago
(1820) eine Erscheinung beobachtet, die elektromagnetischen Wirkungen zuzuschreiben ist. Arago sah nämlich, daß Eisenfeilspäne, welche in der Nähe eines Kupferdrahtes lagen, diesen röhrenförmig umhüllten, sobald durch den Draht ein galvanischer Strom gesandt wurde. Der stromdurchflossene Kupferdraht wirkte jedoch nicht in der Art, daß er einzelne Eisenfeilspäne anzog, sondern er brachte dieselben nur in eine bestimmte Lage. Die so gerichteten Feilspäne zogen sich einander an und um-
18*
hüllten dann den Kupferdraht, so daß man diese Hülle aus Feilspänen mit dem Kupferdrahte aufheben konnte; in der Längsrichtung ließ sich jedoch die Hülle dem Drahte entlang leicht verschieben. Der Strom im Kupferdrahte hatte eben jeden Feilspan in einen Magnet verwandelt und diese kleinen Magnetchen zogen sich mit ihren entgegengesetzten Polen an, während sie gleichzeitig durch den Strom in eine bestimmte Stellung, nämlich mit ihrer Längsaxe senkrecht auf die Strom- richtung gebracht wurden. Die ganze Erscheinung verschwand jedesmal, sobald der Strom im Kupferdrahte unterbrochen wurde. Arago fand auch, daß Eisennadeln magnetisch wurden, wenn man sie in eine Glasröhre gab, um welche ein Strom in einem spiralig um die Röhre gewundenen Draht circulirte; der Magnetismus verschwand, sobald der Strom in der Spirale unterbrochen wurde, er blieb aber auch noch nach dem Aufhören des Stromes, wenn an Stelle der Eisennadeln solche aus Stahl zur Verwendung kamen.
Der Vorgang bei diesen Erscheinungen war, wenn wir die Amp
è
re’sche Theorie annehmen, der, daß der elektrische Strom im Kupferdrahte die Mole- cularströme im Eisen alle gleichrichtete. Diese Auslegung der Erzeugung von Magneten rührt jedoch nicht mehr von Amp
è
re her, denn dieser nahm an, daß durch die Einwirkung des elektrischen Stromes im Kupferdrahte erst im Eisen die Molecularströme selbst
erregt
und nicht nur die bereits vorhandenen gleich
ge- richtet
werden; letztere Annahme dürfte wahrscheinlich zuerst von
Weber
gemacht worden sein.
Die magnetisirende Kraft des Stromes kommt in auffälliger Weise zur Geltung, wenn man den stromdurchflossenen Leitungsdraht in Spiralform um einen Eisenstab herumführt. Es ist dies auch aus der Theorie leicht einzusehen. Durch Anwendung einer Drahtspirale oder eines Solenoides kann nämlich der Strom auf den zu magnetisirenden Körper in Form vieler enge nebeneinander- liegender und nahezu geschlossener Kreisströme einwirken. Die Wirkung besteht, wie wir wissen, in der Parallel- und Gleichrichtung der Molecularströme, ist also gerade so wie die Wirkung eines Kreisstromes auf einen zweiten. Der Eisen- stab behält hierbei so lange seinen Magnetismus, als der magnetisirende Strom dauert. Will man die Lage der Magnetpole bestimmen, so hat man sich nach der Schwimmerregel die menschliche Figur in der Weise mit dem positiven Strome schwimmend vorzustellen, daß sie ihr Gesicht dem Stabe zugewandt hat; der Nord- pol befindet sich dann linker, der Südpol rechter Hand. Dies stimmt auch damit überein, daß am Nordpole der magnetisirende Strom gegen die Uhrzeiger- bewegung am Südpole im Sinne dieser Bewegung kreist. Wird die Richtung des magnetisirenden Stromes umgekehrt, so werden natürlich auch die Pole des Eisenstabes verwechselt. Besteht der Stab aus Schmiedeeisen, so verschwindet mit dem Aufhören des Stromes auch der ganze Magnetismus; es wurde also nur temporärer Magnetismus erzeugt. Diese Magnete sind es auch, welche man vorwiegend als Elektromagnete bezeichnet. Besteht hingegen der Stab aus Stahl, so verschwindet nach dem Unterbrechen des Stromes der Magnetismus nur zum Theile, der Stab bleibt magnetisch und heißt daher ein permanenter Magnet. Stahlstäbe erhalten also durch die Einwirkung galvanischer Ströme sowohl tem- porären als auch permanenten (oder remanenten) Magnetismus.
Da man mit Hilfe des elektrischen Stromes in sehr bequemer Weise Magnete von großer Kraft erzeugen kann, wird dieses Verfahren an Stelle jener mit Zuhilfenahme von Stahlmagneten, welche wir in der Lehre vom Magnetismus kennen gelernt haben, jetzt gewöhnlich angewendet. Man verfährt hierbei in der von
Elias
angegebenen Weise. Man wickelt aus übersponnenem Kupferdrahte einen kurzen und dicken Hohlcylinder, in dessen Innerem man den zu magneti- sirenden Stahlstab einigemale hin und her bewegt, während ein kräftiger Strom die Drahtspirale durchfließt; dann hält man den Stahlstab in der Mitte des Cylinders fest und unterbricht den Strom. Hufeisenmagnete lassen sich allerdings besser durch Streichen an kräftigen Elektromagneten erzeugen. Als Stromquelle für den magnetisirenden Strom hat man eine großplattige Batterie anzuwenden, um einen kleinen inneren Widerstand zu erhalten, gleichwie auch der Widerstand der Magnetisirungsspirale ein geringer ist.
Halten wir uns die Entstehungsweise des Magnetismus in einem Stabe vor Augen, so ist leicht einzusehen, daß die Magnetisirung eine stärkere wird, wenn die Zahl der stromdurchflossenen Drahtwindungen eine größere wird; es ist auch begreiflich, daß die Stärke des Magnetisirungsstromes Einfluß ausüben muß. In der That gelangten auch
Jacobi
und
Lenz
auf experimentellem Wege zur Aufstellung des Gesetzes:
Das elektromagnetische Moment, das in einem und demselben Stabe erregt wird, ist direct proportional der Anzahl der Windungen und der Stromstärke
; es ist unabhängig von der Weite der Windungen.
Dieses Verhalten der Magnetisirungsspirale gab auch die Veranlassung dazu, das Product aus der Anzahl der Drahtwindungen und der Stromstärke als
magnetisirende Kraft
der Spirale zu bezeichnen. Sehr eingehende Versuche, welche
von Müller
angestellt wurden, ließen erkennen, daß das obige Gesetz nur so lange gilt, als die Durchmesser der Stäbe nicht zu klein werden. Ferner kann auch das magnetische Moment eines Stabes nicht fort und fort beliebig gesteigert werden durch Erhöhung der magnetisirenden Kraft; der Magnetismus eines bestimmten Stabes erreicht vielmehr bei Anwendung einer gewissen magne- tisirenden Kraft ein
Maximum
, über welches hinaus keine weitere Steigerung mehr möglich ist. Bei sehr dünnen Stäben wächst auch das magnetische Moment rascher als die magnetisirende Kraft. In Bezug auf den Einfluß der Stabdicke wurde von
Dub
angegeben, daß der Elektromagnetismus eines Stabes der Quadratwurzel des Durchmessers proportional sei. Müller hält dies nur so lange für richtig, als der Magnetismus der Stromstärke proportional gesetzt werden kann. Ist dies aber nicht der Fall, dann verhalten sich die magnetischen Momente wie die Quadratwurzeln aus den dritten Potenzen der Stabdurchmesser.
Natürlich ist auch die Länge eines Stabes von Einfluß auf das Maximum des Magnetismus, welchen ein Stab erhalten kann; er nimmt zu, wenn die Länge zunimmt. Die Beschaffenheit der Eisensorte, aus welcher der Stab gebildet ist, macht sich namentlich in dem Verhältnisse zwischen temporärem und remanentem Magnetis- mus geltend. Weiches (kohlenstoffarmes) Eisen wird stark temporär magnetisch und beinahe gar nicht remanent, während man Stahlstäben (kohlenstoffreichem Eisen) sehr kräftigen remanenten Magnetismus ertheilen kann. Der remanente Magnetismus nimmt im Allgemeinen mit dem Kohlenstoffgehalte des Eisens zu.
Da das Magnetischwerden eines Eisenstabes in der Gleichrichtung der Molecularströme besteht, müssen wir das Verschwinden des Magnetismus als ein Rückkehren der Molecularströme in ihre früheren Lagen auffassen. Beim weichen Eisen erfolgen diese Bewegungen sehr leicht, und da kann es auch vorkommen, daß beim Rückschnellen in die ursprüngliche Lage sogar gewissermaßen ein Hinüber- schwingen über dieselbe eintritt, d. h. daß das Eisenstück
umgekehrten
rema- nenten Magnetismus zeigt. Diese Erscheinung wurde namentlich bei plötzlicher Unterbrechung des magnetisirenden Stromes von A. v.
Waltenhofen
beobachtet.
Aus dieser Erklärung des Magnetisirens und Entmagnetisirens ist auch leicht einzusehen, warum der remanente Magnetismus mit der Zeit abnimmt; die Mole- cularströme kehren eben langsam, nach und nach wieder in ihre ursprünglichen Stellungen zurück. Wird eine Eisenmasse in rascher Folge abwechselnd magnetisirt und entmagnetisirt oder alternirend in dem einen und in dem entgegengesetzten Sinne magnetisirt, so müssen die Bewegungen der Molecularströme sehr rasch erfolgen; dies bildet dann die Ursache, warum derartige Eisenstücke sich erwärmen; eine Erscheinung, die sich bei den elektrischen Maschinen oft in sehr unliebsamer Weise geltend macht.
Die Elektromagnete finden in der Elektrotechnik eine ebenso vielfältige als mannigfache Verwendung; dementsprechend sind auch die Formen, welche man ihnen giebt, verschieden, je nach dem Zwecke, dem sie dienen sollen. Sehr häufig handelt es sich um eine kräftige Anziehung des Ankers, was, wie wir aus der Lehre vom Magnetismus wissen, namentlich durch Hufeisenmagnete erreicht wird. Fig. 174 stellt einen derartigen Hufeisen-Elektromagnet dar. Zwei cylindrische Eisenstücke
Fig. 174.
Fig. 175.
Elektromagnet.
sind auf einer Eisenlamelle parallel zueinander befestigt und mit je einer Draht- spule versehen. Die Richtungen der Drahtwindungen auf den beiden Spulen sind einander entgegengesetzt, so daß also Nord- und Südpol nebeneinander zu stehen kommen. Um mit geringen Drahtmengen starke Wirkungen zu erzielen, bewickelt
Thomson
die Eisenkerne in konischer Form (Fig. 175).
Comacho
umwindet einen dünnen Eisenstab mit Draht, schiebt ein Eisenrohr darüber, umwindet dieses abermals mit Draht, schiebt neuerdings einen Eisencylinder darüber u. s. w. Ein derartiger Magnet soll vier- bis fünfmal stärker sein als ein gewöhnlicher.
Fig. 176 stellt einen sogenannten Glockenmagnet dar, eine Form des Mag- netes, welche ihr von
Romershausen
gegeben wurde. Der Eisenkern ist wie bei den gewöhnlichen Magneten mit Drahtwindungen umgeben, aber über diese ist ein Eisencylinder geschoben, der mit der Grundplatte in Verbindung steht. Die Draht- spiralen wirken nach innen auf den Eisenkern entgegengesetzt magnetisirend wie nach außen auf den Eisencylinder, so daß gewissermaßen die beiden Hälften eines stab- förmigen Magnetes ineinander gestülpt erscheinen. Es kommen dadurch die beiden Pole, der eine am oberen Ende des Cylinders, der andere am oberen Ende des Eisenkernes, in eine Ebene und sehr nahe aneinander zu liegen. Dieser Magnet ist daher im Stande, einen Anker mit bedeutend größerer Kraft festzuhalten wie ein gewöhnlicher Elektromagnet.
Bei der praktischen Verwendung von Elektromagneten verlangt man von diesen häufig, daß sie im Stande sind, beim Unterbrechen des sie erregenden Stromes den Magnetismus rasch und möglichst vollständig zu verlieren. In diesem Falle verfertigt man den Eisenkern nicht aus einem Stücke, sondern setzt ihn aus Eisen- drähten, die man in ein Bündel vereinigt, zusammen und sorgt dafür, daß die einzelnen Drähte untereinander magnetisch isolirt sind. Ein solches Drahtbündel erlangt jedoch eine geringere magnetische Kraft wie ein massiver Kern, der den- selben Durchmesser besitzt wie das Bündel.
Wir wollen noch einiger Erscheinungen gedenken, welche beim Magnetisiren von Eisenstäben eintreten.
Page
machte im Jahre 1838 die Beobachtung, daß beim Magnetisiren eines Eisenstabes mittelst einer stromdurchflossenen Spirale ersterer zum Tönen gebracht wird, und
Marrian
wies nach, daß dieser Ton mit dem Longitudinaltone
Man erhält den Longitudinalton des Stabes durch Reiben desselben in der Längsrichtung.
des Stabes übereinstimmt. Zehn Jahre später unterwarf
Wert- heim
diese Erscheinung einem eingehenden Studium. In den Stromkreis, welchen er zur Magnetisirung anwandte, schaltete er einen automatischen Stromunterbrecher ein und fand hierbei, daß die Tonhöhe von der Zahl der Unterbrechungen unab- hängig ist; ebenso unabhängig fand er sie von der Dicke des Eisenstabes.
Johann Philipp Reis
ließ die Stromunterbrechungen durch die Schwin- gungen eines Tones selbst bewirken; er erhielt hierbei von dem Eisenstabe einen Ton, dessen Höhe gleich jener des den Strom unterbrechenden Tones war. Hierauf gründete er sein Telephon und zeigte es bereits im Jahre 1861 im physikalischen Vereine zu Frank- furt vor.
Poggendorff
erhielt ein besonders starkes
galvanisches Tönen
, wenn er über die vertical stehende Magnetisirungsspirale einen der Länge nach aufgeschlitzten Cylinder aus Eisenblech schob, dessen Ränder sich berührten.
Schon Wertheim hatte beobachtet, daß ein Eisenstab durch Magnetisirung
verlängert
wird. Später (1874) stellte Alfred
Mayer
Untersuchungen hierüber an. Er beobachtete sowohl an
Fig. 176.
Glockenmagnet.
Eisen- wie auch an Stahlstäben eine bei der ersten Magnetisirung plötzlich ein- tretende Verlängerung; während jedoch nach der Unterbrechung des Magnetisirungs- stromes der Eisenstab seine ursprüngliche Länge nach und nach nahezu wieder annahm, trat beim Stahlstabe eine abermalige Verlängerung ein. Wiederholte Magnetisirungen bewirken beim Eisenstabe neuerliche Verlängerungen, beim Stahl- stabe aber Verkürzungen. Das jedesmalige Unterbrechen des Stromes hat bei beiden Stäben die Umkehrung der zuletzt angegebenen Wirkungen zur Folge. Immer- hin ist die Verkürzung bei Stromunterbrechung nicht so groß, wie die durch Schließung des Stromes bewirkte Verlängerung; somit erscheinen die Längen beider Stäbe dauernd, wenn auch äußerst geringfügig vergrößert.
Diamagnetismus.
Es wurde bereits (Seite 38) erwähnt, daß bei An- wendung sehr starker Magnete diese nicht nur auf Eisen, sondern beinahe auf alle Körper einwirken; die magnetisirende Wirkung des galvanischen Stromes giebt uns nun ein Mittel an die Hand, derartige kräftige Magnete herzustellen. Wir nannten jene Körper
paramagnetisch
, welche von beiden Polen eines Magnetes angezogen werden, hingegen
diamagnetisch
diejenigen, welche beide Pole zurückstoßen.
Faraday
wies nach (1845), daß fast alle Körper sich in die eine oder die andere Gruppe einreihen lassen. Allerdings hatte man schon ziemlich lange vorher andere Substanzen wie das Eisen auf ihr magnetisches Verhalten untersucht, schrieb aber, wenn sich eine Einwirkung zeigte, diese dem Eisengehalte der Körper zu. Selbst die Beobachtungen
Brugmann
’s (1778) fanden keine weitere Beachtung. Brugmann untersuchte verschiedene Körper, welche er in einem Papierschiffchen oder auf Wasser oder Quecksilber schwimmend zwischen die Pole eines Magnetes brachte. Die meisten wurden allerdings von den Polen seines kräftigen Magnetes angezogen, aber immerhin zeigten sich einige ganz indifferent, während sich metallisches Wis-
Fig. 177.
Elektromagnet.
muth ganz unzweideutig von beiden Polen abwandte.
Um verläßliche Resultate zu erhalten, hat man im Allgemeinen sehr kräftige Magnete zu verwenden. Wüllner giebt an, daß Magnete, deren Eisenkerne je 400 Millimeter lang sind und dabei eine Dicke von 25 Millimeter besitzen, ausreichen. Um die Wirkung des Magnetes auf den zu untersuchenden Körper zu concentriren, d. h. diesen in ein möglichst kräftiges magnetisches Feld zu bringen, werden die geraden Endflächen der Elektromagnetschen- keln mit zweckmäßig geformten An- sätzen aus weichem Eisen, so- genannten Halbankern, versehen. Die zu untersuchenden Körper selbst müssen, da die Wirkung meist eine sehr schwache ist, möglichst leicht beweglich angebracht werden. Dies wird erreicht, indem man sie an ungedrehten Seiden- oder Cocon- fäden aufhängt.
Fig. 177 zeigt einen zu der- artigen magnetischen Untersuchungen geeigneten Apparat. Auf dem eisernen Querstücke
P
sind die beiden Magnet- schenkel
N
und
S
vertical befestigt. Sie tragen auf ihren oberen Endflächen Auf- sätze aus weichem Eisen, in welchen sich die zugespitzten Eisencylinder
e e
1
verschieben, beziehungsweise durch die Schrauben
s s
1
in bestimmter Lage feststellen lassen. Das verticale oben mit Klemmschraube versehene Rohr
R
dient zur Aufnahme eines ver- stellbaren Tischchens zum Auflegen der zu untersuchenden Körper, der Träger
T
gestattet, Körper frei beweglich aufzuhängen. Der Apparat wird, um die Einwir- kung eines Luftzuges auf den aufgehängten Körper auszuschließen, häufig noch mit einem Glaskasten versehen. Man befestigt zu diesem Ende nahe an den Polflächen eine hölzerne Platte in der Weise, daß die Pole durch dieselbe hindurchragen und setzt darauf den Glaskasten. Die Halbanker und der zu untersuchende Körper sind somit vollkommen geschützt. Die Aufhängevorrichtung wird dann in der Weise umgestaltet, daß man auf die obere in der Mitte durchbohrte Glasfläche eine Glasröhre auf- setzt und diese oben mit einer Stellschraube zum Heben und Senken des an ihr befestigten und durch die Röhre herabhängenden Fadens versieht.
Bringt man zwischen die Polspitzen dieses Apparates leicht bewegliche kleine Stäbchen, so unterliegen sie einer kräftigen magnetischen Einwirkung. Ein Eisen- stäbchen, welches bekanntlich von beiden Magnetpolen angezogen wird, stellt sich mit seiner Längsrichtung so, daß diese mit der Verbindungslinie beider Polspitzen zusammenfällt. Faraday bezeichnete diese Lage als
axiale
. Läßt man jedoch ein Stäbchen aus Wismuth zwischen die Pole hängen, so wird dieses von beiden abgestoßen und dreht sich stets auf dem kürzesten Wege in eine Lage, bei welcher seine Längsrichtung senkrecht steht auf die Verbindungslinie der Magnetpole; es stellt sich
äquatorial
.
Die Abstoßung des Wismuths durch den Magnet kann auch direct gezeigt werden, indem man das Stäbchen äquatorial aufhängt, jedoch näher an dem einen als dem andern Pole; dann wird sich, sobald der Magnet in Thätigkeit gesetzt ist, das Stäbchen von dem ihm näher gelegenen Pole etwas wegbewegen. Wismuth in Form einer Kugel oder eines Würfels kann sich natürlich nicht äquatorial stellen, bleibt daher, wenn es sich genau in der Mitte der Verbindungslinie beider Magnetpole befindet, ruhig hängen. Hängt man es jedoch seitlich von dieser Ver- bindungslinie auf, so wird es von beiden Polen gleich stark abgestoßen. Es ver- hält sich also gerade entgegengesetzt wie Eisen.
Bei in ähnlicher Weise durchgeführten Untersuchungen fand Faraday para- magnetisch oder magnetisch:
Eisen, Nickel, Kobalt, Platin, Mangan, Chrom u. s. w.
Diamagnetismus hingegen bei:
Wismuth, Antimon, Zink, Zinn, Cadmium, Quecksilber, Blei, Silber, Kupfer, Gold, Arsen, Uran u. s. w., dann bei: Phosphor, Schwefel, Jod.
Auch die Oxyde und Salze wurden auf ihr magnetisches Verhalten unter- sucht und fanden sich hierbei jene des Eisens, Nickels und Kobalts alle para- magnetisch mit alleiniger Ausnahme von gelbem Blutlaugensalz (Ferrocyankalium), welches Diamagnetismus erkennen läßt.
Faraday dehnte seine Untersuchungen auch auf Flüssigkeiten aus und füllte sie zu diesem Zwecke in Röhrchen aus sehr dünnem Glase, deren magnetisches Verhalten vorher untersucht wurde.
Plücker
gestaltete die Halbanker auf der oberen Seite flach und legte darauf Glimmerplatten oder Uhrgläser zur Aufnahme der Flüssigkeiten. Es bildeten sich bei den paramagnetischen Flüssigkeiten zwei Berge, über je einem Magnetpole einer (Fig. 178), bei diamagnetischen entstand jedoch nur ein Berg in der Mitte zwischen beiden Polen (Fig. 179). Hierbei ergab sich das Wasser ziemlich stark diamagnetisch, hingegen sind concentrirte Lösungen mag- netischer Verbindungen auch wieder magnetisch.
Auffallend ist die Erscheinung, daß das Verhalten der Körper durch Ver- änderung des sie umgebenden Mediums verändert wird. Magnetische Körper, von noch stärker magnetischen umgeben, zeigen sich diamagnetisch und ebenso diamagne- tische Körper, von stärker diamagnetischen eingehüllt, paramagnetisch. Eine dia- magnetische Flüssigkeit wurde z. B. in eine Glasröhre eingeschlossen und zwischen die beiden Magnetpole gebracht; sie stellte sich natürlich äquatorial. Dann brachte man in das magnetische Feld ein mit Wasser gefülltes Gefäß derart, daß das Röhrchen mit der Flüssigkeit ganz unter Wasser kam; jetzt stellte sich das Röhr- chen axial.
Auch Gase und Dämpfe wurden auf ihr magnetisches Verhalten untersucht. Faraday ließ zwischen beiden Magnetpolen Gassäulen, welchen ein klein wenig Salzsäure beigemischt war, aufsteigen und brachte oberhalb der Pole sowohl in axialer als auch in äquatorialer Richtung Auffangröhren an; es wurde auch dafür Sorge getragen, daß diese Röhren Ammoniakgas enthielten. Trafen dann die mit der zu untersuchenden Gassäule aufsteigenden Salzsäurespuren mit dem Ammoniak zusammen, so entstand der bekannte weiße Dampf von Salmiak. Wurde dieser in einer äquatorial aufgestellten Fangröhre sichtbar, so wurde das zu untersuchende Gas jedenfalls in äquatorialer Richtung abgelenkt, war also diamagnetisch. Das Auftreten des Salmiakdampfes in einer axial aufgestellten Röhre zeigte hingegen Paramagnetismus an. Gase wurden auch in der Weise untersucht, daß man Seifenblasen oder dünne Glasballons mit ihnen füllte. In der Luft zeigten sich die meisten Gase diamagnetisch, Sauerstoff hingegen paramagnetisch. Sauerstoff, in einer dünnen Glaskugel eingeschlossen, wird stark angezogen, Wasserstoff (gleichfalls stark) abgestoßen.
Auch auf die meisten Flammen macht sich eine magnetische Einwirkung geltend, wenn man sie zwischen den beiden Polen eines kräftigen Magnetes brennen läßt. Bringt man z. B. eine brennende Stearinkerze derart in das magnetische Feld,
Fig. 178.
Fig. 179.
Magnetisches Verhalten von Flüssigkeiten.
daß ihr Docht in die Verbindungslinie beider Magnetpole fällt, so nimmt die Flamme eine sichelförmige Gestalt an und stellt sich mit ihrer Ebene äquatorial.
Setzt man einen Eisenstab der Einwirkung eines Magnetes aus, so wird er angezogen. Wir haben uns diese Erscheinung in der Weise erklärt, daß der Magnet in der ihm zunächst liegenden Stelle des Eisenstabes entgegengesetzten Magnetismus erzeugt; die entgegengesetzten Magnetismen im Eisen und im Magnet führen dann zur Anziehung. Der Wismuthstab wird jedoch von beiden Polen eines Magnetes zurückgestoßen, zeigt also ein dem Eisenstabe entgegengesetztes Verhalten, folglich können wir dieses auch durch den entgegengesetzten Vorgang erklären. Nähert man einen Wismuthstab oder überhaupt einen diamagnetischen Körper dem Pole eines Magnetes, so erregt letzterer in ersterem
gleichnamigen
Magnetismus und diese Einwirkung muß natürlich zur Abstoßung führen. Daß in der That im Wismuth- stäbchen eine
diamagnetische Polarität
, d. h. Magnetismus in der angegebenen Vertheilung erregt wird, ist durch mannigfache Versuche nachgewiesen worden.
Weber
construirte ein eigenes Instrument, das
Diamagnetometer
, und maß mit dessen Hilfe sogar auch das magnetische Moment des Wismuths; er fand es 1 ½ Millionen Mal kleiner als das eines Eisenstückes von gleicher Masse. Durch das Erregen polarer Zustände auch in diamagnetischen Körpern erklärt sich das magnetische Verhalten in verschiedenen Medien. Ist z. B. das Medium diamagnetisch und auch der zu prüfende Körper diamagnetisch, so werden jedem Magnetpole gegenüber sowohl im Medium als auch im Körper gleiche Polaritäten hervorgerufen. Die Magnetpole suchen daher beide abzustoßen und äquatorial zu stellen; außerdem sucht aber auch das Medium entsprechend seiner Polarität den Körper abzustoßen und der Körper müßte sich in Bezug auf die Polvertheilung im Medium zu diesem äquatorial, d. h. in Bezug auf den Magnet axial stellen. Der Körper würde dann in diesem diamagnetischen Medium paramagnetisch erscheinen, obwohl er zu den diamagnetischen zählt. Ob dies eintritt oder nicht, hängt aber selbstverständlich nur von der Größe der magnetischen Kräfte ab, die im Medium und im Körper geweckt werden. Zeigen Körper und Medium gleichen Magnetismus und ist das Medium stärker para- oder diamagnetisch als der Körper, so zeigt sich der Körper in diesem Medium entgegengesetzt magnetisch als in einem Medium, welches schwächer para- oder diamagnetisch ist wie der Körper.
Kugeln aus magnetischen Körpern können zwischen den Polen eines Magnetes keine bestimmte Lage einnehmen, da sie eben nach allen Richtungen hin regelmäßig gestaltet sind und ihre Masse gleichmäßig vertheilt haben. Dreht man jedoch aus
Fig. 180.
Elektromagnet nach Ruhmkorff.
gewissen Krystallen Kugeln, so stellen sie sich mit ihrer optischen Axe axial oder
äqatorial
. Faraday, welcher diese Erscheinung einer Eigenthümlichkeit der betref- fenden Krystalle zuschreibt, nennt sie
Magnetkrystallkraft
.
Der Magnetismus zeigt auch noch eine andere interessante Beziehung zur Optik;
Faraday
entdeckte (1847) nämlich, daß ein kräftiger Magnet im Stande ist, die Polarisationsebene durchsichtiger Medien zu drehen.
Die Drehung der Posarisationsebene
Nach der gegenwärtig allgemein angenommenen Theorie besteht das Wesen des Lichtes in transversalen Schwingungen eines Alles durchdringenden, unwägbaren Mediums, des sogenannten Aethers. In einem gewöhnlichen Lichtstrahle schwingt also der Aether in allen möglichen auf die Fortpflanzungsrichtung des Strahles senkrechten Richtungen. Nun giebt es gewisse Mittel, durch welche es gelingt, einen Lichtstrahl derart in zwei Lichtstrahlen zu zer- legen, daß in jedem derselben die Schwingungen nur nach
einer
Richtung hin stattfinden und daß die Schwingungsrichtung in dem einen dieser Strahlen senkrecht ist auf die Schwin- gungsrichtung im zweiten Strahle. Derartiges Licht nennt man
polarisirtes Licht
und sagt, die beiden Lichtstrahlen sind durch die in Rede stehende Operation in zwei senkrecht
kann bequem mit dem in Fig. 180 abgebildeten Appa- rate gezeigt werden. Diese Anordnung des Apparates rührt von Ruhmkorff her. Die Elektromagnetschenkel
N S
sind hierbei horizontal und mit ihren beiden Polen einander gegenübergestellt. Die Eisenkerne der Magnetschenkel sind der Länge nach durchbohrt. Die eiserne Grundplatte, welche die beiden Kerne verbindet, setzt sich aus drei Stücken zusammen. Auf dem horizontalen Stücke
H
derselben lassen sich
aufeinander polarisirte Lichtstrahlen zerlegt. Polarisirtes Licht kann z. B. in der Art erhalten werden, daß man einen gewöhnlichen Lichtstrahl durch einen Wasserspiegel, eine Glastafel, einen Spiegel ꝛc. reflectiren läßt; Licht wird auch polarisirt, wenn man es durch gewisse Krystalle, z. B. Turmalin, in bestimmter Richtung gehen läßt. Man wendet an dessen Stelle auch häufig einen eigenthümlich präparirten Doppelspathkrystall, das sogenante Nicol’sche Prisma, an. Läßt man auf ein derartiges Prisma einen gewöhnlichen Lichtstrahl auffallen, so kommt nur einer der polarisirten Lichtstrahlen auf der entgegengesetzten Seite heraus. In diesem Licht- strahle erfolgen die Aetherschwingungen nach der obigen Erklärung nur in einer Ebene. Diese Ebene oder, wie andere annehmen, die darauf senkrechte Ebene nennt man die
Polarisa- tionsebene
. (Ob man die eine oder die andere Ebene als Polarisationsebene annimmt, bleibt bei consequenter Durchführung gleichgiltig.) Trifft nun ein derartig polarisirter Lichtstrahl auf einen zweiten Nicol, so wird er je nach der Stellung des letzteren ganz, theilweise oder gar nicht durchgelassen. Er wird ganz durchgelassen, wenn der zweite Nicol so steht, daß er einen unpolarisirten Lichtstrahl in derselben Ebene polarisiren würde, wie der erste Nicol es gethan hat. Man sagt dann, die beiden Nicols stehen parallel. Je weiter sie von dieser Lage gegeneinander abweichen, desto weniger Licht wird durch- gelassen. Stehen sie endlich so, daß der zweite Nicol in Ebenen polarisiren würde, welche senkrecht stehen auf jenen, in welchen der erste polarisirt hat, so geht durch den zweiten Nicol gar kein Licht durch; die beiden Nicols sind gekreuzt. Man wird daher, durch beide Nicols gegen eine Lichtquelle blickend, einen helles Gesichtsfeld haben, wenn sie parallel stehen, ein dunkles, wenn sie gekreuzte sind. Nehmen sie Zwischenstellungen ein, so hat man dem entspre- chend Gesichtsfelder verschiedener Helligkeiten. Man kann sich die Vorgänge durch nachstehendes Bild klar machen: Eine Blechscheibe ist mit lauter parallelen Schlitzen versehen; auf dieselbe fallen Stahlnadeln in allen möglichen Lagen zu den Schlitzen (der unpolarisirte Lichtstrahl). Diejenigen Nadeln, welche parallel zu den Schlitzen auffallen und auf solche treffen, gehen durch die Scheibe. Letztere wird also nur von lauter unter sich parallelen Nadeln durchdrungen werden (der in einer bestimmten Ebene polarisirte Lichtrahl). Fallen diese Nadeln nun auf ein zweites Blech, welches mit ebensolchen Schlitzen in gleicher Vertheilung angeordnet ist, so werden die Nadeln auch durch dieses Blech gehen, wenn die Schlitze desselben parallel zu jenen des ersten Bleches stehen. (parallele Nicols, der Lichtstrahl geht durch, helles Gesichtsfeld). Stehen die Schlitze des zweiten Bleches senkrecht auf jene des ersten, so geht gar keine Nadel durch, weil sich alle quer über der Schlitze legen (gekreuzte Nicols, dunkles Gesichtsfeld). Bei schiefer Stellung der Schlitze beider Bleche gegeneinander wird ein Theil der Nadeln auch durch das zweite Blech gehen (theilweises Durchlassen des Lichtstrahles, verschieden helles Gesichtsfeld). Man nennt jenen Nicol, durch welchen das gewöhnliche Licht in polarisirtes verwandelt wird, den Polariseur, den zweiten Nicol, durch welchen man den polarisirten Lichtstrahl betrachtet, Analyseur. Sind Polariseur und Analyseur gekreuzt, so erscheint, wie bereits erwähnt, das Gesichtsfeld dunkel. Bringt man nun zwischen Polariseur und Analyseur gewisse Körper, z. B. eine Zuckerlösung, so wird das vorhin dunkle Gesichtsfeld mehr oder weniger aufgehellt. Die Zuckerlösung besitzt eben die Eigenschaft, die Polarisationsebene zu drehen. (Die durch das erste Sieb gegangenen Nadeln fallen nicht mehr quer auf die Schlitze des zweiten Siebes
anf
, sondern schief; es wird daher ein Theil der Nadeln auch durch das zweite Sieb gehen.) Will man nun abermals ein dunkles Gesichtsfeld erhalten, so muß man den Analyseur drehen (das zweite Sieb in eine Lage bringen, daß die Schlitze abermals zu den auffallenden Nadeln senkrecht stehen.) Die Größe dieser Drehung wird an der Kreistheilung, welche der Analyseur besitzt, abgelesen. Die Polarisationsebene hat also beim Durchgange des Lichtes durch die Zuckerlösung eine Drehung im Kreise erlitten; man nennt dies die
Circular
- oder
Kreispolarisation
. Die Drehung des Analyseurs, durch welche nach Einschaltung des circular polarisirenden Körpers die Dunkelheit wieder hergestellt wird, muß nach rechts oder links (in der Uhrzeiger- oder gegen die Uhrzeigerbewegung) erfolgen, je nachdem der Körper ein rechts- oder linksdrehender ist.
die beiden rechtwinkelig gebogenen Eisen
E E
1
verschieben, wodurch die beiden Pole in verschiedene Entfernung voneinander gebracht werden können. Der Com- mutator
C
gestattet durch Umkehrung des Stromes die Pole zu wechseln.
Will man die Drehung der Polarisationsebene beobachten, so steckt man in die Bohrung des Eisenkernes bei
n
den polarisirenden Nicol und in die Bohrung bei
n
1
den analysirenden, mit einer Kreistheilung ausgerüsteten Nicol. Auf das Tischchen
t
wird der die Polarisationsebene drehende Körper und vor dem Nicol
n
die Lichtquelle
L
gebracht; dann werden die beiden Nicols so gestellt, daß das Gesichtsfeld dunkel ist. Wird nun der den Elektromagnet erregende Strom ge- schlossen, so erscheint das Gesichtsfeld abermals aufgehellt. Aus der Größe der Drehung des Analyseurs zur Wiederherstellung der Dunkelheit ersieht man dann die Größe der Drehung der Polarisationsebene durch den Magnet. Die Größe der Drehung ist nach
Wiedemann
proportional der Stromstärke und der Länge der Flüssigkeitssäule. Man fand auch, daß optisch inactive Körper durch den Elektro- magnetismus circular polarisirend werden, und daß sie dann die Polarisations- ebene in der Richtung der Amp
è
re’schen Ströme drehen.
4.
Die Induction
.
Arten der Induction.
Man unterscheidet zwei Hauptarten der Erregung elektrischer Ströme durch Induction; die eine erfolgt durch Magnete, die andere durch elektrische Ströme selbst. Bevor wir uns jedoch hiermit befassen, wollen wir erst
die Einwirkung stromdurchflossener Spiralen auf Eisenstäbe
kennen lernen. Umgiebt man einen Eisenstab mit einem spiralig gewundenen Draht und läßt durch diesen einen elek- trischen Strom circuliren, so wird der Eisenstab ein Magnet, d. h. die kreis- förmigen Molecularströme im Stabe werden den Strömen in der Spirale gleich- gerichtet. Dies tritt jedoch nicht nur dann ein, wenn der Eisenstab sich im Innern des Solenoids befindet, sondern auch bei Annäherung des Stabes an die Spirale. In Fig. 181 stellt
A
ein Solenoid dar, welches der Strom in der Richtung der Pfeile durchfließt, und
N S
einen Eisenstab. Da die Ströme im Solenoide auf dessen vorderer Seite von unten nach oben gerichtet sind, müssen auch die Mole- cularströme im Stabe diese Richtung erhalten. Es wird daher bei
N
ein Nord- und bei
S
ein Südpol entstehen müssen. Nun wissen wir aber, daß sich parallele und gleichgerichtete Ströme anziehen, folglich müssen auch das Solenoid und der Eisenstab sich anziehen. Es wird sich daher, wenn das Solenoid feststeht und der Eisenstab beweglich ist, letzterer gegen ersteres bewegen. Je näher der Stab dem Solenoide kommt, desto mehr Kreisströme machen ihre Wirkung auf ihn geltend; es muß daher auch der Magnetismus, vorausgesetzt, daß der Sättigungspunkt noch nicht erreicht ist, fortwährend zunehmen. Die Stärke des im Stabe erregten Magnetismus wird ferner auch von der Stromstärke und der Zahl der Windungen im Solenoide abhängen. Gleichzeitig mit der Zunahme des Magnetismus durch Annäherung des Stabes an die Spirale nimmt aber auch die Entfernung beider voneinander ab. Die Kraft, mit welcher der Eisenstab von der Spirale an- und in diese hineingezogen wird, kann daher nicht einfach der Stromstärke proportional sein.
Dub
und
Hankel
haben auch in der That nachgewiesen, daß diese Kraft dem Quadrate der Stromstärke proportional ist.
Aus Obigem ist zu ersehen, daß die Bewegung des Eisenkernes in Folge der auf ihn ausgeübten Anziehungskraft des Solenoides eine ungleichförmige ist. Sie wird zunächst bei Annäherung an das Solenoid beschleunigt, nimmt dann wieder ab und endlich kommt der Stab in Ruhe, indem er eine bestimmte Stellung ein- nimmt. Diese hat er offenbar dann erreicht, wenn Mitte des Stabes und Mitte des Solenoides zusammenfallen, wie in Fig. 182. Denn, da das Solenoid sich wie ein Magnet verhält, der bei
n
seinen Nord-, bei
s
seinen Südpol hat, so kann man die ganze Bewegungserscheinung auch als Folge der Einwirkung zweier Magnete aufeinander auffassen. Bei diesem ziehen sich aber die ungleichnamigen Pole an, während sich die gleichnamigen abstoßen; Gleichgewicht wird dann ein- treten, wenn sich die Anziehungs- und Abstoßungskräfte das Gleichgewicht halten. In der Stellung Fig. 181 wird jedenfalls der Nordmagnetismus im Stabe bei
N
viel kräftiger sein als der Südmagnetismus bei
S
, weil
S
viel weiter von der Spirale entfernt ist; folglich muß die Anziehung zwischen
N
und
s
die Abstoßung zwischen
s
und
S
überwiegen, also der Stab sich gegen die Spirale bewegen. Das Ueberwiegen des Nordmagnetismus im Stabe über dessen Südmagnetismus muß aber so lange andauern, als das Nordende von dem Solenoide kräftiger beeinflußt wird als das Südende, also ersteres dem Solenoide näher steht. Die Kräfte
Fig. 181.
Fig. 182.
Wirkung eines Solenoides auf einen Eisenkern.
werden sich daher erst dann das Gleichgewicht halten, wenn Nord- und Südende des Stabes sich in gleichen Entfernungen von dem Nord- und Südende des Solenoides befinden, d. h. wenn die Mitte des Stabes mit der Mitte des Sole- noides zusammenfällt.
Die Kraft, mit welcher ein Eisenkern in ein Solenoid hineingezogen wird, kann bei entsprechender Anordnung eine sehr bedeutende sein; ein vertical gestelltes Solenoid ist im Stande, den Eisenstab frei schwebend zu erhalten. Versuche hier- über verdanken wir A. v.
Waltenhofen
; aus diesen ergab sich namentlich die Härte des Stahl- oder Eisenstabes als einflußreich. Waltenhofen fand, daß im Solenoide dann der geringste Stromaufwand nöthig ist, wenn der Stab aus möglichst weichem Eisen gebildet ist; auch stellte er durch Versuche fest, daß verhältnißmäßig dünn- wandige weite Eisenröhren kräftiger angezogen werden, als gleich lange, massive Stäbe von gleichem Gewichte.
Letzteres gilt jedoch nur innerhalb gewisser Grenzen. Ist nämlich der Stab sehr dünn oder der Strom sehr stark, so erfährt das ganze Verhalten eine Verände- rung. Die Ursache hiervon ist darin zu suchen, daß bei jeder Art Erregung von Magnetismus die Magnetisirung bis zu einer bestimmten Tiefe in den Stahl- oder Eisenkörper eindringt. Bei einer dünnwandigen Eisenröhre wird daher die magne- tische Sättigung rascher eintreten als bei einem massiven Stabe. Folglich muß auch die Eisenröhre kräftiger vom Solenoide angezogen werden als ein massiver Stab. Erlangt jedoch der magnetisirende Strom eine bedeutende Stärke oder ist der Eisenstab verhältnißmäßig dünn, so wird auch dieser vom Magnetismus rasch durchdrungen. Dann wird der Eisenstab kräftiger magnetisirt, weil er vermöge der dickeren Eisenschichte mehr Magnetismus anzunehmen vermag als die dünnwandige Eisenröhre, die bald bei ihrem magnetischen Sättigungspunkte angelangt ist. Hier- mit erklärt sich also, daß bei bedeutender Stromstärke die Anziehungskraft eines Solenoides auf einen massiven Eisenkern eine größere ist als auf eine dünnwan- dige Röhre.
Dieses Verhalten läßt sich in einfacher Weise mit Hilfe der Inductionswage nachweisen. An den beiden Enden eines Wagebalkens sind die beiden Eisenkerne, der massive und der hohle, aufgehängt. Unter jedem dieser Eisenkerne befindet sich eine Drahtspirale; letztere sind untereinander vollkommen gleich und werden von einem und demselben Strome durchflossen. So lange der Strom schwach ist, werden die beiden Kerne gleich stark angezogen und die Wage befindet sich im Gleichgewichte, oder der hohle Kern wird stärker angezogen und die Wage neigt sich nach dieser Seite. Ob das erste oder zweite Ver- halten eintritt, hängt von dem Verhältnisse der Stromstärke zur Wanddicke des hohlen Kernes ab. Wird jedoch der Strom bedeutend verstärkt, so findet zwischen dem massiven Kerne und der dazu gehörigen Spirale eine kräftigere Anziehung statt, als zwischen dem hohlen Kerne und seiner Spirale; die Wage neigt sich daher auf Seite des massiven Kernes nach abwärts.
Von der Anziehungskraft, welche ein Solenoid auf einen Eisenkern ausübt, wird in der Elektrotechnik häufig Anwendung gemacht. Hierbei tritt nicht selten der Umstand störend auf, daß diese Kraft eine mit der Stellung des Eisenkernes zum Solenoide stets sich ver- ändernde ist. Man dachte daher daran, eine derartige
Fig. 183.
K
ř
i
ž
ik’s Eisenkerne.
Anordnung zu treffen, daß eine gleichmäßige Wirkung erzielt wird. Wie gesagt wurde, hängt die Größe der Anziehungskraft bei gleichbleibender Stromstärke auch von der Zahl der Windungen des Solenoides und von der Vertheilung der Eisenmasse des Kernes ab. Dies giebt Mittel an die Hand, die Gleichförmigkeit der Anziehung zu erreichen. Man ordnet entweder die Solenoidwindungen derart an, daß sie in größter Zahl auf den Eisenkern wirken, wenn dieser vermöge seiner Stellung zum Solenoide von diesem am schwächsten angezogen wird, oder man vertheilt die Massen im Eisenkerne so, daß bei geringster Anziehungskraft des Solenoides die größte Eisenmasse unter Einwirkung des Stromes kommt.
Im ersten Falle wird die ungünstige Stellung durch eine größere Anzahl von wirksamen Kreisströmen compensirt und im zweiten Falle tritt bei ungünstiger Stellung eine größere magnetische Masse in Action; in beiden Fällen wird eine gleichförmige Bewegung des Eisenkernes erzielt.
Den ersten Weg schlug
Gaiffe
ein, indem er das Solenoid nicht cylindrisch, sondern konisch aufbaute; den zweiten Weg zeigte Fr.
K
ř
i
ž
ik
durch Anwendung von Eisenkernen, wie sie in Fig. 183 dargestellt sind. Durch diese Anordnung erreicht man eine gleichförmige Bewegung des Stabes für einen Weg, der nahezu der halben Stablänge gleichkommt. Wir werden im zweiten Theile dieses Werkes noch Gelegenheit haben, den praktischen Werth der konischen Spule und des koni- schen Eisenkernes näher kennen zu lernen und wollen jetzt unsere Aufmerksamkeit der Induction zuwenden.
Man unterscheidet der Hauptsache nach zweierlei Arten der Induction, nämlich
die elektrische
und
die Magneto-Induction;
die erstere nennt man auch
Volta- Induction
oder
Induction
schlechtweg.
Die elektrische Induction wurde von
Faraday
(1831) in folgender Weise entdeckt: Faraday wand einen langen Kupferdraht spiralförmig um einen großen, hölzernen Cylinder; zwischen die Windungen dieses Drahtes, jedoch von ihnen isolirt, wurde ein zweiter Draht in gleicher Weise aufgewunden. Die Enden des ersten Drahtes standen mit den Polen einer kräftigen Batterie, jene des zweiten Drahtes mit einem Galvanometer in Verbindung. So oft nun der Strom im ersten, nennen wir ihn den primären Draht, geschlossen oder geöffnet wurde, entstand im zweiten oder secundären Drahte gleichfalls ein Strom, der durch den Ausschlag der Galvanometernadel sein Auftreten kundgab. Hierbei schlug die Nadel beim Schließen der primären Spirale nach der entgegengesetzten Seite aus wie beim Unterbrechen derselben. Faraday begnügte sich jedoch mit dieser Anzeige eines In- ductionsstromes nicht, sondern wies ihn auch durch andere Wirkungen nach. Der Inductionsstrom, welcher beim Schließen des primären Stromkreises oder beim Oeffnen desselben entstand, wurde in einem spiralig gewundenen Drahte um Stahl- nadeln geführt; diese wurden dann magnetisch und die Lage der Magnetpole war die entgegengesetzte, wenn der Schließungsstrom zur Magnetisirung verwendet wurde, als wenn man sich des Oeffnungsstromes hierzu bediente. Diese Versuche lehren, daß in einem Leiter Inductionsströme entstehen, wenn in einem benachbarten Leiter ein Strom geschlossen oder unterbrochen wird, und daß die Richtung dieser Ströme einander entgegengesetzt ist.
Inductionsströme entstehen aber auch dann, wenn man einen stromdurch- flossenen Leiter einem zweiten Leiter nähert oder von ihm entfernt. In Fig. 184 bedeutet
P
die primäre, stromdurchflossene Spule,
S
die secundäre oder Inductions- spule,
E
das stromliefernde Element und
G
ein Galvanometer, mit welchem die secundäre Spirale verbunden ist. So oft die Spule
P
in die Spule
S
eingetaucht oder aus ihr herausgezogen wird, zeigt das Galvanometer einen Strom in der Inductionsspirale an. Die Richtung der Inductionsströme ist bei den entgegen- gesetzten Bewegungen der inducirenden Spule
P
ebenfalls eine entgegengesetzte. Der Inductionsstrom, welcher beim Eintauchen, also gegenseitigem Annähern der Spule
P
an
S
entsteht, hat eine entgegengesetzte Richtung wie der inducirende Batteriestrom, der beim Entfernen der Spule
P
von
S
entstehende Inductionsstrom ist dem inducirenden Strome gleichgerichtet.
Es giebt also folgende vier Arten elektrischer Induction: 1. Ein Inductions- strom entsteht in einem Leiter, wenn man in der Nähe des letzteren einen Strom schließt; die Richtung des Inductionsstromes ist jener des inducirenden entgegengesetzt. 2. Ein gleich gerichteter Inductionsstrom entsteht, wenn man einen Strom unterbricht. 3. Werden ein Strom und ein Leiter einander genähert, so entsteht im letzteren ein Inductionsstrom entgegengesetzter Richtung, und 4. werden diese beiden voneinander entfernt, so entsteht im Leiter ein Strom gleicher Richtung. Die erregenden Ströme nennt man inducirende oder Hauptströme, die erregten Inductions- oder Nebenströme.
Wie schon wiederholt gezeigt, kann man sich stets ein Solenoid durch einen Magnet ersetzt denken. Es lag daher die Vermuthung nahe, daß auch der Magne- tismus im Stande sein müsse, in ähnlicher Weise Inductionsströme hervorzurufen, wie dies von galvanischen Strömen gezeigt wurde. Faraday stellte die diesbezüg- lichen Versuche zunächst in nachstehender Weise an. Ein Eisenring wurde zur Hälfte mit einem Leitungsdrahte nach Art der Elektromagnete umwickelt; die beiden Drahtenden führten zu den Polen einer galvanischen Batterie. Die Enden eines zweiten Drahtes, der in gleicher Weise um die gegenüberliegende Ringhälfte ge- wunden wurde, standen mit einem Galvanometer in Verbindung. Sobald bei dieser Vorrichtung der Batteriestrom geschlossen wurde, mußte der Eisenring natür- lich in einen Elektromagnet verwandelt werden, dessen Magnetismus mit dem Unterbrechen des Stromes wieder verschwand. Es zeigte sich nun, daß
sowohl
bei jeder Erregung als auch bei jedem Verschwinden des Magnetismus in der zweiten mit dem Galvanometer verbundenen Spirale ein Inductionsstrom auftrat. Ueber-
Fig. 184.
Elektro-Induction.
dies waren die in dieser Weise erhaltenen Inductionsströme viel kräftiger als jene, welche durch galvanische Ströme inducirt wurden.
Magnetelektrische Inductionsströme können auch bei Anwendung gewöhnlicher Elektromagnete erhalten werden. Man versieht zu diesem Behufe den Anker mit einer Inductionsspirale. In gleicher Weise können auch permanente Magnete benutzt werden. Setzt man den Anker auf, so wird dieser bekanntlich in einen Magnet verwandelt, und reißt man ihn ab, so verliert er wieder seinen Magnetis- mus. Im ersten sowie auch im zweiten Falle treten dann in der Inductionsspirale Ströme auf.
Die Richtung der Magneto-Inductionsströme ist analog jener der Volta-In- ductionsströme. Der entstehende Magnetismus erregt einen Inductionsstrom, dessen Richtung jener der Molecularströme im Magnete entgegengesetzt ist, der vergehende Magnetismus bewirkt Inductionsströme von derselben Richtung, wie sie die Mole- cularströme besitzen.
Gleichwie das Bewegen eines Stromes gegen oder von einem Leiter In- ductionsströme in diesem hervorruft, können auch durch Annähern oder Entfernen
Urbanitzky
: Elektricität. 19
eines Magnetes Ströme in einem Leiter inducirt werden. Sind der Leiter und der Magnet gegeneinander in Bewegung, so entsteht im ersteren ein Strom von entgegengesetzter Richtung jener der Molecularströme, bewegen sich beide vonein- ander, so resultirt ein Inductionsstrom gleicher Richtung.
Somit unterscheiden wir bei der Magneto-Induction ebenso wie bei der Volta- Induction vier Arten derselben: 1. Entstehender Magnetismus inducirt in einem benachbarten Leiter Ströme von entgegengesetzter Richtung, als jene ist, welche die Elementarströme des Magnetes besitzen. 2. Vergehender Magnetismus inducirt den Molecularströmen gleichgerichtete Inductionsströme. 3. Bewegen sich ein Magnet und ein Leiter gegeneinander, so entsteht im letzteren ein den Elementarströmen ent- gegengesetzt gerichteter Inductionsstrom. 4. Entfernen sich Magnet und Leiter von- einander, so entsteht ein Inductionsstrom, der dieselbe Richtung besitzt, wie die Molecularströme.
Die magnetelektrischen Erscheinungen, welche wir mit Hilfe der Amp
è
re’schen Theorie erklärt haben, können jedoch auch noch in einer andern Weise erläutert werden, nämlich durch die
magnetischen Kraftlinien
. Diesen von
Faraday
eingeführten Begriff lernten wir bereits an einer früheren Stelle (Seite 90) kennen. Auch die Darstellung und Fixirung dieser Kraftlinien oder magnetischen Curven wurde bereits in den Abbildungen Fig. 14 (Seite 38) und 20 (Seite 44) vor- geführt. Es ist diesen Abbildungen auch die Erklärung beigegeben, warum sich die Eisenfeilspäne oder kleinen Magnetchen in solche Curven anordnen; dem wollen wir jetzt nur noch einige Angaben beifügen, die für die Magneto-Induction von Wichtigkeit sind. Diese selbst ist aber, wie wohl jetzt schon vorgreifend erwähnt werden darf, die Grundlage sämmtlicher elektrischer Maschinen.
In Fig. 20 (Seite 44), wo die einander zugewandten Flächen der Magnet- pole Ebenen sind, verlaufen die Kraftlinien zwischen diesen beiden fast ganz parallel und geradlinig. Dieses Verhalten erfährt jedoch eine wesentliche Veränderung, wenn zwischen beide Pole Eisenmassen gebracht werden. Die hierbei auftretenden Erschei- nungen wurden in jüngster Zeit namentlich von dem Wiener Physiker J.
Stefan
einem eingehenden Studium unterworfen. Die Fig. 185 und 186 (nach Zeich- nungen von A. Br
é
guet) mögen uns das Verständniß der über diese Versuche veröffentlichten Abhandlungen erleichtern.
A
und
B
stellen die Magnetpole dar, zwischen welche die Eisenmasse, eine Röhre aus Schmiedeisen, gebracht wird. Die Kraftlinien wurden mit Zuhilfenahme von Eisenfeilspänen sichtbar gemacht, und danach die Zeichnung angefertigt. Der erste Blick auf die Figur läßt schon die Aenderung erkennen, welche der Eisenkörper im Verlaufe der Kraftlinien hervor- gebracht hat. Diese gehen nicht mehr nahezu geradlinig von Polfläche zu Polfläche und über diesen sind sie auch nicht mehr bogenförmig gewölbt; die Figur gewährt vielmehr den Anblick, als ob zwei der Abbildungen von Seite 44 nebeneinander sich befänden. Während bei Fig. 20 in dem Raume zwischen beiden Polflächen die Kraftlinien sehr dicht nebeneinander verlaufen, ist dieser Raum, soweit er von der Eisenröhre begrenzt wird, ganz leer. Hier zeigen sich gar keine Kraftlinien; man bezeichnet diese Wirkung als
magnetische Schirmwirkung des Eisens
, weil das Eisen wie ein Schirm das Eindringen von Kraftlinien in den von ihm ein- geschlossenen Raum verhindert.
Besitzt der in ein magnetisches Feld gebrachte Eisenkörper die Form einer sehr kurzen Röhre, ist er also mehr ringförmig gestaltet, so kommt die Schirm- wirkung nicht so vollkommen zur Geltung. Die Kraftlinien dringen vielmehr in den vom Eisenringe umschlossenen Raum zum Theile ein, indem sie die Ränder des Ringes übersetzen und sich dann gegen die Innenseite des Ringes zurückkrümmen. Die magnetischen Kraftlinien gewinnen dann die in Fig. 186 dargestellten Formen.
Die Schirmwirkung des Eisencylinders, heißt es in der früher erwähnten Abhandlung von Stefan, läßt sich auch durch Inductionsversuche darlegen, mit einem Drahte, welcher in einigen Windungen um die Wand des Cylinders herum geführt ist, so daß von jeder Windung ein Theil in der inneren Höhlung, der andere aber außerhalb des Cylinders liegt. Bewegt man diese Windungen längs der Peripherie des ruhenden Eisencylinders, so erhält man einen Inductionsstrom, dessen Richtung und Intensität von der anfänglichen Stellung und der Endlage der Windungen abhängig ist. Bei einer Bewegung aus der äquatorialen in die axiale Lage geht der außerhalb des Cylinders liegende Theil jeder Windung durch ein Feld, in welchem die Kraftlinien condensirt sind; der andere Theil der Windung aber geht durch ein Feld von sehr geringer Intensität. Da die eine Hälfte der Windungen mehr Kraftlinien schneidet als die andere, so entsteht in denselben ein
Fig. 185.
Fig. 186.
Magnetische Kraftlinien.
Strom, dessen Intensität durch die Differenz der geschnittenen Kraftlinien be- stimmt ist.
Man erhält denselben Strom, wenn man mit den Windungen zugleich den Eisencylinder bewegt, so daß er sich um seine Axe dreht, wie dies bei der
Gramme- schen Maschine
der Fall ist. Durch die Drehung des Eisencylinders um seine Axe wird die Vertheilung der Kraftlinien im Felde nicht geändert, insoweit wenigstens, als von den Störungen, welche der remanente Magnetismus des Eisens verur- sacht, abgesehen wird. Es ist dies leicht begreiflich, da die Eisenmassen um die Axe des Cylinders herum vollkommen gleichmäßig vertheilt sind. Es läßt sich überdies auch noch experimentell zeigen, indem man den Eisencylinder in Rotation versetzt, während man die Drahtwindungen festhält. Es zeigt sich dann nämlich, daß kein Strom oder nur ein sehr schwacher, den Veränderungen des remanenten Magne- tismus entsprechender Strom auftritt.
Schon dieses eine Beispiel der Gramme’schen Maschine zeigt uns, daß es für die Construction von elektrischen Maschinen wichtig ist, die Vertheilung und den Verlauf der magnetischen Kraftlinien zu kennen. Von der Zahl der Linien und von dem Winkel, unter welchem sie von dem bewegten Leiter durchschnitten werden, hängt die Intensität des daraus resultirenden Inductionsstromes ab. Es
19*
verlohnt sich daher wohl der Mühe, sich über die Beschaffenheit des magnetischen Feldes durch Herstellung der magnetischen Curven Rechenschaft zu geben.
Den Arten der Induction, welche wir bisher kennen lernten, sind noch einige andere, wenngleich von minderer Bedeutung, anzureihen; ferner muß auch bemerkt werden, daß nicht nur dann Ströme in benachbarten Leitern inducirt werden, wenn ein Strom geschlossen oder unterbrochen, Magnetismus erregt oder zum Verschwinden gebracht wird, sondern auch dann, wenn sich die Stärke des Stromes oder Magnetismus ändert. Da ein Strom inducirend auf benachbarte Leiter wirkt, kann es auch nicht Wunder nehmen, wenn der Strom in seinem eigenen Kreise Inductionswirkungen hervorruft; die einzelnen Theile eines Stromkreises liegen ja, namentlich wenn er die Form einer Spirale bildet, nahe aneinander. Diese durch Oeffnen und Schließen des Stromes im eigenen Stromkreise inducirten Ströme nennt man nach Faraday
Extraströme, Extracurrents
oder
Gegenströme.
Sie wurden zuerst von
Jenkin
und
Masson
beobachtet und dann von Faraday genauer studirt.
Wir haben bereits erfahren, daß ein Funke sichtbar wird, wenn man den Schließungsbogen einer Batterie unterbricht; es ist dies der sogenannte Oeffnungs-
Fig. 187.
Der Extrastrom.
funke. Er ist jedoch auch bei Anwendung kräftiger Batterien ziemlich schwach, wenn der Schließungsbogen aus kurzen, dicken Drähten besteht, er wird jedoch trotz der damit verbundenen Schwächung des Stromes (durch den größeren Widerstand) bedeutend verstärkt, sobald der Schließungsbogen eine größere Länge gewinnt oder gar eine Spirale in denselben eingeschaltet ist. Die Ursache dieser Erscheinung liegt eben darin, daß bei der Unterbrechung des Stromes in seinem eigenen Strom- kreise ein Extrastrom inducirt wird, der
dieselbe Rich- tung
besitzt wie der primäre Strom, also diesen ver- stärken und einen kräftigen Funken erzeugen muß. Die Wirkung kann noch weiter erhöht werden, wenn man in die Spirale, welche in den Schließungsbogen geschaltet ist, einen Eisenkern oder ein Bündel von Eisendrähten steckt. Diese werden durch den primären Strom magnetisch und verlieren beim Unterbrechen desselben ihren Magnetismus; das Verschwinden des Magnetismus unterstützt dann die Inductionswirkung.
Das Auftreten der Extraströme kann in verschiedener Weise gezeigt werden. Man schaltet z. B. in den Stromkreis einer Batterie eine Spirale und eine Unter- brechungsvorrichtung und verbindet die Spirale überdies noch leitend mit den zwei Metallhandhaben
c c
Fig. 187. So lange der Stromkreis geschlossen ist, circulirt der Batteriestrom in der Spirale; wird er nun unterbrochen, während eine Person eine der Handhaben in je einer Hand hält, so verspürt sie eine heftige Erschütte- rung, herrührend von dem in der Spirale inducirten Extrastrome, der durch den menschlichen Leib hindurch sich ausgleicht.
Das Auftreten des Extrastromes kann auch durch zweckmäßige Einschaltung eines Galvanometers nachgewiesen werden. In Fig. 188 führen Leitungsdrähte von der Batterie
B
zu der Inductionsspule
S;
bei
a
und
b
zweigen Drähte ab, welche zum Galvanometer
G
führen. Ist der Stromkreis geschlossen, so fließt der Strom
von
der Batterie nach
a,
theilt sich dort in zwei Zweige, deren einer in das Galvanometer, deren zweiter in die Spule
S
geht. Der aus letzterer heraus- kommende Strom vereinigt sich bei
b
mit jenem Zweigstrome, der durch das Galvanometer fließt, und beide kehren zusammen wieder zur Batterie zurück. Dieser Stromlauf ist durch die (voll gezeichneten) Pfeile angedeutet. Der Zweigstrom, welcher durch das Galvanometer geht, würde in diesem einen Nadelausschlag von bestimmter Richtung und Größe bewirken. Dies verhindert man jedoch in der Weise, daß man auf jener Seite der Nadel, nach welcher hin sie ausschlagen will, einen Stift steckt; der Zweigstrom kann nun die Nadel nicht ablenken, sondern nur gegen diesen Stift andrücken. Unterbricht man jetzt den Batteriestrom, so wird die Spirale
S
von einem Extrastrome
gleicher
Richtung durchflossen; dies zeigt die Galvano- meternadel durch einen Ausschlag in der entgegengesetzten Richtung wie beim Durch- fließen des Batteriestromes an. Daß der entgegengesetzte Nadelausschlag dieselbe Stromrichtung in der Spirale anzeigt, ergiebt sich aus der Zeichnung durch die punktirt gezeichneten Pfeile; der Strom kommt jetzt eben von der linken Seite in das Galvanometer, während er vorher von der rechten kam.
Fig. 188.
Nachweis der Extraströme.
Ein Extrastrom entsteht auch, wenn der Stromkreis geschlossen wird; die Richtung desselben ist aber jener des primären Stromes entgegengesetzt. Dies hat zur Folge, daß der Extrastrom den primären Strom anfänglich schwächen muß, so daß also letzterer erst nach und nach seine volle Stärke erhält. Auch der beim Schließen eines Stromkreises auftretende Extrastrom läßt sich durch die in Fig. 188 dargestellte Anordnung demonstriren. Man schließt zunächst den Stromkreis und wartet, bis die Magnetnadel einen constanten Ausschlag zeigt; dann bringt man ihr zur Seite einen Stift derart an, daß sie beim Unterbrechen des Stromes nicht mehr in ihre Ruhelage zurückkehren kann. Schließt man dann den Stromkreis neuerdings, so schlägt die Nadel noch stärker nach der Richtung aus, in welche sie durch den Batteriestrom abgelenkt wurde. Dieser verstärkte Ausschlag in der- selben Richtung zeigt offenbar das Hinzukommen eines die Spirale
S
in entgegen- gesetzter Richtung durchfließenden Extrastromes an. Es fließt nämlich der Batterie- strom von rechts gegen
a,
der Extrastrom aus der Spule also von links gegen
a;
von hier fließen beide in der gleichen Richtung durch das Galvanometer nach
b
und müssen sich daher in ihrer Wirkung auf die Nadel summiren.
Die abschwächende Wirkung, welche der beim Schließen eines Stromkreises entstehende Extrastrom auf den primären Strom ausübt, macht sich auch bei prak- tischen Anwendungen unangenehm bemerkbar. Sie bewirkt, daß die volle Strom- stärke nicht sofort nach Schluß des Stromkreises eintritt, sondern erst nach einer bestimmten Zeit. Bei langen Leitungen kann die Verzögerung 0·166 bis 0·2 Se- cunden betragen, was zur Folge hat, daß man z. B. auf große Entfernungen hin längerer Zeit zur telegraphischen Correspondenz bedarf als auf kurzen Strecken. Diese Verzögerung ist auch die Ursache, warum magnetelektrische Motoren nicht über eine gewisse, von ihrer Construction abhängige Schnelligkeit hinaus in Be- wegung gesetzt werden können.
Inductionsströme können nicht nur durch ihre Wirkung auf die Magnetnadel nachgewiesen werden, sondern man kann durch sie auch andere Wirkungen, wie wir sie beim galvanischen Strom kennen gelernt haben, hervorrufen; allerdings darf man hierbei nicht vergessen, daß die Inductionsströme immer ihre Richtung wechseln und muß daher auch dem entsprechende Anordnungen treffen. Dies ist namentlich dann nothwendig, wenn man z. B. elektrolytische Wirkungen durch Inductions- ströme hervorrufen will. Die in vielen Fällen übereinstimmende Wirkung der galva- nischen und der Inductionsströme führte bald zu der Vermuthung, daß auch In-
Fig. 189.
Inductionsströme höherer Ordnung.
ductionsströme im Stande sein müssen, auf benachbarte Leiter neuerdings inducirend zu wirken. Diese Vermuthung wurde auch wirklich durch Versuche bestätigt.
Henry
hat dies nachgewiesen durch Anwendung mehrerer parallel zueinander gestellter Spulen
I, II, III, IV,
Fig. 189. Die einzelnen Spiralen bestanden hierbei aus bandartigen Kupferstreifen und wurden in der durch die Figur angedeuteten Weise aneinander gebracht. Das Entstehenlassen oder Unterbrechen eines Stromes in Spule
I
rief in Spule
II
einen Inductionsstrom hervor, der auch durch Spule
III
fließen mußte, da diese mit
II
in leitender Verbindung stand. Die Drahtenden der Spule
IV
waren mit metallischen Handhaben
e f
versehen, und das Anfassen derselben mit den Händen hatte Erschütterungen des Körpers zur Folge, die von Inductionsströmen in der Spule
IV
herrührten; man nennt solche durch Induc- tionsströme hervorgerufene Inductionsströme im Allgemeinen
Inductionsströme höherer Ordnung;
der Inductionsstrom, den wir im obigen Beispiele durch seine physiologische Wirkung nachwiesen, ist ein Inductionsstrom zweiter Ordnung.
Die Ströme höherer Ordnung können natürlich keine einfachen Ströme sein, da das Entstehen und das Vergehen des inducirenden Stromes je einen Induc- tionsstrom hervorruft; hierbei hat der zweite Inductionsstrom die entgegengesetzte Richtung des ersten. Das Auftreten eines Stromes in der Spule
I
von bestimmter Richtung, bezeichnen wir sie mit +, erregt in
II
einen Strom entgegengesetzter Richtung, also —; dieser Inductionsstrom fließt durch Spule
III
und inducirt hierdurch in
IV
zwei Inductionsströme zweiter Ordnung, nämlich einen entgegen- gesetzt gerichteten (+) beim Entstehen und einen gleichgerichteten (—) beim Ver- gehen. Würde man diese Ströme in eine fünfte Spirale leiten, so könnte diese in einer sechsten abermals Inductionsströme hervorrufen, und da jeder dieser Induc- tionsströme zweiter Ordnung wieder zwei Inductionsströme dritter Ordnung erregen muß, so entstehen vier Inductionsströme dritter Ordnung u. s. w. In dieser Weise könnten noch durch entsprechende Vermehrung der Spulen Inductions- ströme vierter und fünfter Ordnung erhalten und durch ihre physiologische Wir- kung nachgewiesen werden.
Da der Erdmagnetismus bewegliche Stromkreise richtet, müssen umgekehrt auch
Inductionsströme durch den Erdmagnetismus
erhalten werden können, wenn man geschlossene Leiter entsprechend bewegt. Auch diese Art der Induction wurde zuerst von
Faraday
beobachtet. Er verband die Enden einer Spirale mit einem Galvanometer und hielt die Spirale derart, daß ihre Ebene auf die Rich- tung der Inclinationsnadel senkrecht stand; als diese Spirale dann um 180° gedreht wurde, zeigte die Ablenkung der Nadel im Galvanometer den durch den Erdmagnetismus in der Spirale inducirten Strom an. Die Wir- kung wird sowohl durch Ver- mehrung der Drahtwindungen in der Spirale als auch insbesondere dadurch gesteigert, daß man in den Hohlraum der Spirale einen Eisenkern bringt. Wir wollen verschiedene andere Versuche zum Nachweise der Erdinduction un- erwähnt lassen, und nur noch
Fig. 190.
Rotationsmagnetismus.
mittheilen, daß z. B. eine Siemens’sche dynamo-elektrische Maschine von den durch den Erdmagnetismus inducirten Strömen in Gang gesetzt werden kann.
Eine Reihe interessanter Inductionserscheinungen wurde schon in den Jahren 1824 und 1825, also geraume Zeit vor der eigentlichen Entdeckung der Induction durch Faraday, von
Arago
beobachtet und mit dem gemeinsamen Namen
Rota- tionsmagnetismus
bezeichnet, aber nicht als Wirkungen der Induction erkannt. Die richtige Erkenntniß und den Nachweis hierfür verdanken wir abermals Faraday. Arago beobachtete, daß eine Magnetnadel, die aus ihrer Gleichgewichtslage heraus- gebracht wird, verschieden lange hin- und herschwingt, bis sie wieder zur Ruhe gelangt, wenn man in ihre unmittelbare Nähe verschiedene Körper bringt. Es kann z. B. die Zahl der Schwingungen von 300 auf 4 gebracht werden, wenn man die Magnetnadel oberhalb einer Kupferplatte statt in freier Luft schwingen läßt. Die Kupferplatte bewirkt also eine
Dämpfung
der Schwingungen einer Magnet- nadel. Die Anwendung dieser Erscheinung bei Galvanometern haben wir bereits kennen gelernt (Seite 222).
Arago zeigte auch ein gewissermaßen umgekehrtes Experiment; er ließ nämlich unterhalb einer ruhenden Magnetnadel eine Kupferscheibe in rasche Rotation ver- setzen und erreichte damit eine Ablenkung der Nadel im Sinne der Rotation oder sogar auch eine Rotation der Nadel im selben Sinne. Zur Ausführung dieses Experimentes kann der in Fig. 190 abgebildete Apparat dienen. Die in einem Glaskasten eingeschlossene Kupferscheibe
K
wird durch einen Schnurlauf und die Riemenscheibe
R
in rasche Rotation versetzt. Oberhalb der horizontalen Glasplatte des Kastens ist auf einer Spitze möglichst leicht drehbar die Magnetnadel
n s
angebracht. Ist die Nadel hinlänglich leicht beweglich, so wird sie nicht nur aus ihrer Ruhelage abgelenkt, sondern rotirt in derselben Richtung wie die Kupfer- scheibe. Die Wirkung kann bedeutend abgeschwächt werden, wenn an Stelle einer vollen Kupferscheibe eine mehrfach durchbrochene zur Anwendung gelangt; sie wird auch geändert, wenn man statt einer Scheibe aus Kupfer solche aus anderen Materialien benutzt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Nadel nimmt zu mit der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und mit der Verringerung der Entfernung
Fig. 191.
Foucault’s Apparat.
der Nadel von der Scheibe. Bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit und gleichem Abstande der Scheibe von der Nadel steht deren Rotationsgeschwindigkeit bei An- wendung verschiedener Metallscheiben gleicher Dicke nahezu in demselben Verhält- nisse, wie die specifischen Leitungsfähigkeiten der Metalle.
Es wirken jedoch nicht nur ruhendes Metall auf bewegten Magnet und bewegtes Metall auf ruhenden Magnet, sondern der ruhende Magnet wirkt auch auf das bewegte Metall und der bewegte Magnet auf ruhendes Metall. Ersteres kann man schon dadurch zeigen, daß man ein Kupferstück, etwa eine Kupfermünze, zwischen den Polen eines sehr kräftigen Magnetes schwingen läßt; unter der Ein- wirkung des Magnetes hören dann die Schwingungen bedeutend früher auf, wie ohne derselben.
In sehr anschaulicher Weise kann die Wirkung feststehender Magnete auf bewegte Metallmassen durch den in Fig. 191 abgebildeten Foucaulit’schen Apparat gezeigt werden. Der Elektromagnet
E
ist an seinen Polen
N S
mit derartig geformten Halbankern
n s
versehen, daß die um die horizontale Axe
A X
beweg- liche Kupferscheibe
C
mit geringem Spielraume durchrotiren kann. Die Rotation erfolgt in der äquatorialen Ebene und wird durch die Kurbel
K
und eine entsprechende Zahnradübersetzung bewirkt. Ist die Bewegung durch einige rasche Drehungen der Kurbel eingeleitet, so dauert sie noch einige Zeit fort, wenn der Elektromagnet nicht erregt ist, sie hört aber fast momentan auf, wenn man den Elektromagnet in Thätigkeit setzt. Versucht man nun die Scheibe abermals in Rotation zu ver- setzen, so verspürt man hierbei einen so bedeutenden Widerstand, als ob die Kupfer- scheibe zwischen beiden Halbankern eingeklemmt wäre. Gleichzeitig erwärmt sich die Scheibe, und zwar häufig so stark, daß man die Temperaturerhöhung sogar schon durch Berühren mit der Hand fühlen kann.
Sämmtliche hier betrachteten Erscheinungen des Rotations-Magnetismus rühren daher, daß durch Magnete in den Leitern Ströme inducirt werden. Diese indu-
Fig. 192.
Unipolare Induction.
cirten Ströme wirken dann auf den Magnet. So werden z. B. die Schwingungen einer Magnetnadel durch eine Kupferscheibe gedämpft, weil durch die Bewegung der Nadel in der Scheibe Ströme inducirt werden, die vermöge ihrer Richtung die Nadel stets in entgegengesetzter Richtung zu drehen suchen. Rotirt hingegen die Kupferscheibe, so entstehen in jenen Theilen derselben, welche sich von der Nadel weg bewegen, Ströme, die anziehend, und in jenen Theilen, welche sich heran bewegen, Ströme, die abstoßend auf die Nadel wirken; folglich muß sich diese in der Rotationsvorrichtung der Kupferscheibe drehen.
Schließlich haben wir noch einer Art der Induction, nämlich der
unipolaren Induction
zu gedenken. Bei allen früher besprochenen Magneto-Inductions- erscheinungen kamen Inductionsströme dadurch zu Stande, daß der Magnetismus eine Veränderung erfuhr, sei es durch Veränderung der Entfernung oder sei es durch Stärker- oder Schwächerwerden, Entstehen oder Vergehen desselben. Nun kommen aber auch Inductionserscheinungen dann zu Stande, wenn dies nicht der Fall ist, sondern der Magnet in der Nähe eines Leiters überhaupt nur eine Bewegung macht. Solche Inductionserscheinungen wurden von
Faraday, Weber
und
Plücker
durch verschiedene Experimente gezeigt.
Einen zu solchen Versuchen tauglichen Apparat, der von Plücker construirt wurde, beschreibt Wiedemann. Dieser Apparat bietet eigentlich die Umkehr des Ver- suches mit dem in Fig. 173 auf Seite 275 abgebildeten Apparate. Auf der horizon- tale Axe
b c
(Fig. 192) ist die Kupferscheibe
a
befestigt, welche die beiden Magnet- stäbe
n s
trägt. Bei
k
befindet sich auf derselben Axe eine kleine Schnurscheibe, über welche der die Rotation bewirkende Schnurlauf geführt ist. Mit den Klemm- schrauben
g f
stehen Metallfedern in Verbindung, welche auf den kleinen Metall- scheiben
c
und
b
schleifen. Von der mittleren Klemmschraube
h
führt eine Schleif- feder auf den Rand der Kupferscheibe
a.
Setzt man diesen Apparat in rasche Rotation und verbindet die Klemmschrauben
f
und
h
oder
g
und
h
mit einem Galvanometer, so zeigt der Ausschlag der Magnetnadel nach der einen oder andern Richtung einen Inductionsstrom der einen oder entgegengesetzten Richtung an. Die Verbindung der Schrauben
f
und
g
mit dem Galvanometer bringt keine Bewegung der Nadel hervor. (Würde man in Fig. 173 den Strom durch die ganze Axe
a S
fließen lassen, so könnte man auch keine Rotation der Magnete erhalten.)
Gesetze der Induction.
Die Gesetze der Induction, und zwar der Magneto-Induction wurden zuerst
von Lenz
einem eingehenden Studium unterworfen. Er untersuchte zunächst, welchen Einfluß die Zahl der Windungen auf die Induction ausübt, indem er einen isolirten Kupferdraht in 2, 4, 8 u. s. w. Windungen um einen Eisenstab wand, welchen er als Anker eines kräftigen Magnetes benutzte. Die Enden des Kupferdrahtes standen mit einem Galvanometer in Verbindung, welches beim Abreißen des Ankers stets den Strom anzeigte, welcher durch das hierdurch bewirkte Verschwinden des Magnetismus entstand. Aus zahlreichen derartigen Versuchen ergab sich, daß die in der Spirale erregten Inductionsströme der Windungszahl der Spirale propor- tional sind. Diese Proportionalität gilt auch für die elektromotorische Kraft, wenn der Widerstand in dem ganzen Stromkreise unverändert bleibt.
Bei Inductionsversuchen mit Spiralen verschiedener Durchmesser stellte sich heraus, daß die elektromotorische Kraft der Magnetinduction von der Weite der Win- dungen unabhängig ist. Die Unabhängigkeit der elektromotorischen Kraft ergab sich bei ähnlichen Versuchen auch für die Verschiedenheit der Durchmesser und der Stoffe des Drahtes, welcher zur Anfertigung der Spirale benutzt wird. Es ist bemerkens- werth, daß die Unabhängigkeit vom Stoffe auch dann noch Giltigkeit besitzt, wenn an Stelle von Drähten Flüssigkeiten zur Anwendung gelangen. Man kann dies in der Weise zeigen, daß man die Flüssigkeit, z. B. eine Lösung von Zinkvitriol, in einen dünnen Kautschukschlauch füllt und diesen in Form einer Spirale den Inductionswirkungen aussetzt. Die Verbindung einer solchen Flüssigkeits-Spirale mit dem Galvanometer bewirkt man durch Drähte, welche an den beiden Enden des Schlauches eingeschnürt werden. Diese Versuche setzen natürlich voraus, daß bei der Vergleichung verschiedener Spiralenmateriale der Widerstand des
ge- sammten
Stromkreises stets derselbe bleibt.
Die durch Magneto-Induction in Spiralen erzeugte elektromotorische Kraft hängt also nur von der Windungszahl der Spiralen und der Stärke des ver- schwindenden Magnetismus ab; letzterem ist sie proportional, wie dies Versuche von Lenz und Jacobi dargethan haben.
Weber führte unter Benutzung des Dynamometers einige Messungen von Inductionsströmen aus, welche bei Bewegung geschlossener Leiter in der Nähe von Magnetpolen entstehen, und fand, daß die in jedem Momente erzeugten Inductions- ströme der momentanen Geschwindigkeit der Bewegung proportional seien. Aehn- liche Versuche mit Bewegung von geschlossenen Leitern gegen stromdurchflossene ergaben für die Volta-Induction dasselbe Gesetz, wie für die Magneto-Induction. Bei der Volta-Induction ist die elektromotorische Kraft der Inductionsströme proportional dem Producte der Stromstärke und der Windungszahl der inducirenden Spirale, bei der Magneto-Induction dem magnetischen Momente des inducirenden Magnetes.
Wie schon einmal angegeben, ist es bei Beurtheilung der Stärke von Induc- tionsströmen nothwendig, die Widerstände sowohl in der secundären, also inducirten Spirale, als auch in den übrigen den Stromkreis dieser Spirale bildenden Theilen wohl zu beachten. Es ergiebt sich dann, daß die Stromstärke mit der Leitungs- fähigkeit des Drahtes, welchen man zur Anfertigung der secundären Spirale be- nutzte, zunimmt. Ist der außerhalb der secundären Spirale befindliche Widerstand groß, so wächst die Stärke des Inductionsstromes mit der Zahl der Spiral- windungen; es ist dies jedoch nicht mehr der Fall, wenn der äußere Widerstand ein geringer wird. Wird der Inductionsstrom daher zu Zwecken gebraucht, die hohe Spannungen verlangen, so verfertigt man auch die secundäre Spirale aus vielen Windungen eines dünnen Drahtes. Bedarf man jedoch keiner hohen Spannungen, wie dies namentlich bei Maschinen der Fall ist, die elektrochemische Arbeiten leisten sollen, so giebt man auch der secundären Spule (dem Anker) nur wenige Windungen eines starken Drahtes.
Ferner ist die Stromstärke verschieden beim Oeffnungs- und Schließungs- strome. Beim Schließen eines Stromes tritt nämlich, wie wir bereits erfahren haben, ein Extrastrom entgegengesetzter Richtung im primären Stromkreise selbst auf. Dies hat zur Folge, daß der Strom einige Zeit braucht, um seine volle Stärke zu erlangen; die Zeitdauer des Stromes wird also verlängert, die elektro- motorische Kraft wächst langsamer an, ist daher auf ein größeres Zeitintervall vertheilt. Folglich muß auch die Stromstärke des Inductionsstromes geringer werden. Beim Oeffnen oder Unterbrechen des inducirenden Stromes tritt allerdings auch ein Extrastrom auf, dieser kann aber nicht zur Wirkung kommen, da eben der Stromkreis unterbrochen ist. Die Entwicklung des Inductionsstromes ist daher auf eine viel kürzere Zeit zusammengedrängt und folglich muß auch die Stärke des Inductionsstromes eine größere sein. Sie zeigt sich in der That durch Hervor- rufung stärkerer Zuckungen oder stärkerer Funken.
Die Zeitdauer der Inductionsströme kommt auch bei den Wärmewirkungen zur Geltung. Die in gleichen Zeiten von verschiedenen Strömen entwickelten Wärme- mengen sind den Quadraten der Stromstärken proportional. (Seite 228.) Folglich ist die Wärmewirkung eines gewissen Stromes in einer bestimmten Zeit dem Producte aus dieser Zeit und der Stromstärke während dieser Zeit proportional. Die Wärmemenge muß sich daher bei gleicher elektromotorischer Kraft und gleichem Widerstande ändern, wenn sich die Dauer des Inductionsstromes ändert. Nimmt man an, daß die Intensität der Inductionsströme während ihres Verlaufes con- stant ist, so muß ein Inductionsstrom von doppelt so langer Dauer die halbe Intensität besitzen; das Maß für die entwickelte Wärmemenge ist aber das Product aus dem Quadrate der Intensität und der Zeit, also
. Es ist also die Wärmeentwicklung umgekehrt proportional der Zeitdauer. Diese Ver- hältnisse erfahren allerdings eine Aenderung, wenn die Intensität des Inductions- stromes während seines Verlaufes nicht als constant angesehen werden kann, aber immerhin wird die Wärmewirkung stets größer sein, je kürzere Zeit die Ströme andauern.
Ein ähnliches Resultat, nämlich die Abhängigkeit von der Zeitdauer, ergiebt sich auch für die elektrodynamischen Wirkungen und ebenso für die magnetisirenden Wirkungen der Inductionsströme.
Sehr merkbar wird die Dauer der Inductionsströme bei ihren physiologischen Wirkungen. Der constante Strom einer Batterie läßt solche nur dann erkennen, wenn sehr kräftige vielelementige Batterien zur Verwendung kommen. Schwächere constante Ströme können nur an besonders empfindlichen Stellen gefühlt werden. Unser Nervensystem ist jedoch sehr empfindlich für rasche Veränderung seines elektrischen Zustandes. Es bringt daher auch der Oeffnungsstrom wegen seines viel rascheren Verlaufes bedeutend kräftigere Wirkungen, stärkere Erschütterungen hervor, als der Schließungsstrom. Die Verschiedenheit der Zeitdauer der Inductions- ströme bei Einschiebung von massiven Eisenkernen oder Eisendrahtbündeln in die Inductionsspirale erklärt auch die Verschiedenheit der physiologischen Wirkung. Durch die Einschiebung geschlossener Metallmassen wird die Dauer der Inductions- ströme verlängert, bei Einschiebung von aus einzelnen Eisendrähten zusammen- gesetzten Bündeln verkürzt; daher ist auch im letzteren Falle die physiologische Wirkung eine kräftigere. Daß dem wirklich so sei, zeigte
Magnus
durch nach- stehenden Versuch: Die Einschiebung eines Eisendrahtbündels in eine Inductions- spirale ergab eine kräftige physiologische Wirkung, die jedoch sofort verschwand, wenn die einzelnen Eisendrähte durch Eingießen eines leicht flüssigen Metalles zu einer compacten Masse vereinigt wurden. Letztere Wirkung wurde auch in der Weise erzielt, daß man das Drahtbündel mit einer Metallröhre umgab; die physio- logische Wirkung trat jedoch wieder auf, wenn diese Röhre der Länge nach aufgeschlitzt wurde.
Anders verhält es sich jedoch bei den chemischen oder elektromagnetischen Wirkungen; hier hat die Zeitdauer keinen Einfluß. Diese können daher nicht wie bei den constanten Strömen zur Strommessung benutzt werden. Betrachten wir zunächst die Wirkung der Inductionsströme auf eine Magnetnadel. Wegen des ungemein raschen Verlaufes der Inductionsströme kann deren Wirkung auf die Magnetnadel entweder als ein momentaner Stoß oder doch als eine Reihe von so schnell aufeinanderfolgenden Stößen aufgefaßt werden, daß jeder derselben die Nadel noch vor Rückkehr in ihre Ruhelage trifft. Dauert daher in einem und demselben Stromkreise der Inductionsstrom einmal doppelt so lange wie das anderemal, so wird trotzdem die Magnetnadel in beiden Fällen denselben Aus- schlag geben. Die Intensität des Stromes ist zwar im ersten Falle nur halb so groß wie im zweiten Falle, aber die Magnetnadel erhält im ersten Falle gewisser- maßen zwei Stöße mit halber Kraft und im zweiten Falle einen Stoß mit doppelter Kraft. Die beiden Stöße im ersten Falle folgen aber so rasch aufeinander, daß die Geschwindigkeit, welche hierdurch der Nadel ertheilt wird, dieselbe bleibt, wie bei dem einen, aber doppelt so starken Stoße. Die Magnetnadel zeigt daher die Summe der Ströme oder den Summenstrom und nicht den Theilstrom an.
Dasselbe gilt natürlich auch von den chemischen Wirkungen; dieselben geben ja auch für galvanische Ströme nur dann ein Maß, wenn man voraussetzen darf, daß der Strom während der Dauer des Versuches constant bleibt. Die chemischen Wirkungen sind dem Producte der Stromstärke mit der Zeitdauer proportional, folglich muß auch bei Inductionsströmen die Verlängerung der Inductionsdauer eine Veränderung der chemischen Wirkung hervorrufen.
Inductionsapparate.
In den vorstehenden Capiteln haben wir erfahren, daß durch die Induction zwar sehr kräftige, aber rasch verlaufende Ströme erhalten werden können. Will man mit diesen experimentiren, so muß man daran denken, solche Inductionsströme in rascher Folge und auf bequeme Weise zu erregen. Die zu diesem Zwecke ge- eigneten Apparate nennt man Inductionsapparate und unterscheidet im Wesent- lichen zwei Arten derselben; diese sind: die magnetelektrischen und die elektromagneti- schen. Erstere beruhen im Principe darauf, daß man mit Eisenkernen versehene Spiralen möglichst schnell an kräftigen Magnetpolen vorbei bewegt; letztere bestehen aus einer mit Eisenkern versehenen primären Spirale, über welche die secundäre Spirale gewunden ist. Durch die primäre Spirale leitet man einen galvanischen Strom und sorgt dafür, daß dieser in rasch aufeinanderfolgenden Zeitpausen unterbrochen und geschlossen wird. Wir wollen hier nur die wichtigsten Inductions- apparate der letzten Art kennen lernen, da uns die der ersten Art in dem Ab- schnitte über elektrische Maschinen ohnehin eingehend beschäftigen müssen.
Die ersten elektromagnetischen Inductionsapparate dürften wohl von
Masson
und
Br
é
guet
angefertigt worden sein; sie wurden später zur Hervorbringung physiologischer Erscheinungen vielfach umgeformt. Einen derartigen Apparat, nämlich den sogenannten Schlitten-Apparat von
Du Bois-Reymond
, zeigt Fig. 193. Auf einer hohlen Holzspule
A
ist feiner, gut umsponnener Kupferdraht von meh- reren 100 Meter Länge aufgewunden und mit seinen Enden zu den Klemmen
K K
1
geführt. Es ist dies die secundäre oder jene Spule, in welcher Ströme inducirt werden. Sie ist auf dem Holzschlitten
S
befestigt und läßt sich mit diesem in horizontaler Richtung verschieben. In die Höhlung derselben ragt je nach deren Stellung mehr oder weniger tief die primäre Spule
B
oder jene Spule, welche inducirt, hinein. Sie besteht gleichfalls aus vielen Windungen isolirten Kupfer- drahtes und besitzt in der Regel in ihrem Inneren ein Bündel Eisendrähte zur Verstärkung der Inductionswirkung. Sobald nun der Strom in der Spule
B
hergestellt oder unterbrochen wird, entsteht in
A
ein Inductionsstrom. Man hat es durch Verschieben der Spule
A
in der Hand, die inducirende Wirkung zu ver- stärken oder abzuschwächen.
Um eine rasche Aufeinanderfolge des Stromschließens und Oeffnens zu er- zielen, ist an dem Apparate ein sogenannter
Neef
’scher oder richtiger
Wagner
’scher
Hammer
angebracht. (Neef beschrieb nämlich den von Wagner construirten Hammer.) Er besteht aus dem Elektromagnete
E
, dessen Polen gegenüber der kleine Anker
a
von einer Feder
f
getragen schwebt. Die Feder
f
hat das Bestreben, den Anker
a
so weit vom Elektromagnete abzuziehen, daß das bei
p
angebrachte Platinplättchen gegen die Schraube
s
angedrückt wird. Das eine Ende des die Elektromagnet- schenkel umgebenden Drahtes ist mit der Klemmschraube
k
3
, das andere mit der Klemmschraube
k
2
verbunden; von
k
3
führt ein Leitungsdraht über
n
zu den Drahtwindungen auf der Spule
B.
Das andere Drahtende dieser Spule ist mit der Klemme
k
1
verbunden.
Der Stromlauf in der primären Spule ist sonach folgender: Der Strom tritt durch die Klemme
k
in die Messingsäule
t
, gelangt durch die Feder
f
und das Platinplättchen
p
in die Schraube
s
, von welcher er durch die Klemmschraube
k
1
in die primäre Spule
B
fließt; aus dieser herauskommend geht er über
n
und
k
3
in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
E
und verläßt durch die Klemm- schraube
k
2
den Apparat. Ist in dieser Weise der Strom geschlossen, so wird das Hufeisen
E
magnetisch und zieht den Anker
a
an; dadurch kommt das Platin- plättchen außer Contact mit dem Stifte
s
und somit wird der Strom in der primären Spirale unterbrochen. Nun läßt aber der Elektromagnet, der hierdurch seine Kraft verloren, sofort wieder den Anker
a
aus und das Plättchen
p
gelangt durch die Wirkung der Feder abermals in Berührung mit dem Stifte
s.
Der Strom in der primären Spirale ist abermals hergestellt und ruft dieselben Wir- kungen hervor wie zuvor.
Fig. 193.
Schlitten-Apparat von Du Bois-Reymond.
Der Wagner’sche Hammer bewirkt also ein fortwährendes rasch aufeinander- folgendes Oeffnen und Schließen des Stromes, wodurch in der secundären Spirale
A
Inductionsströme stets wechselnder Richtung in rascher Folge auftreten müssen. Leitet man diese durch Drähte, welche von den Klemmschrauben
K K
1
ausgehen, zu den Handhaben
h h
1
und faßt diese an, so kann man die Inductionsströme auf den menschlichen Körper wirken lassen.
Die Inductionsapparate erfuhren, um sie verschiedenen Anforderungen an- zupassen, mannigfache Veränderungen.
Stöhrer
und namentlich
Ruhmkorff
brachten es in der Anfertigung solcher Apparate zu hoher Vollendung. Ein der- artiges, sogenanntes großes Inductorium, wie es Ruhmkorff verfertigte, ist in Fig. 194 abgebildet. Der kleine Apparat links stellt den Unterbrecher, der große Apparat das eigentliche Inductorium dar. Den Kern der Inductionsrolle bildet ein Bündel Eisendrähte, die einzeln gefirnißt sind; über dieses Bündel ist eine Röhre aus Pappe geschoben und auf derselben der primäre Draht in etwa 300 Win- dungen aufgewunden. Er ist aus Kupfer, 2 bis 2½ Millimeter dick und mit Seide gut übersponnen.
Die inducirende Spule ist von einem Cylinder aus Glas oder Hartgummi umschlossen, auf welchen der secundäre Draht aufgewickelt ist. Er besteht gleichfalls aus Kupfer, hat einen Durchmesser von nicht mehr als ¼ Millimeter Durmesser und umschließt die primäre Spirale in beiläufig 30.000 Windungen. Hierbei muß auf eine äußerst sorgfältige Isolirung der Drahtwindungen voneinander gesehen werden, da sonst die hochgespannten Inductionsströme direct von einer Windung zur andern überspringen. Der Draht ist deshalb sorgfältig mit Seide übersponnen und dann noch mit Firniß überzogen. Ist eine Lage solchen Drahtes voll, so wird neuerdings die ganze Lage mit Firniß, Wachs oder dergleichen, auch wohl mit Wachspapier oder einer dünnen Platte aus Guttapercha überzogen und dann erst die nächste Lage in gleicher Weise daraufgewunden. Die Enden der secundären Spirale führen zu den Metallknöpfen
a
und
b
, welche mit den Klemmschrauben
E E
1
verbunden sind. Diese selbst werden durch zwei Glassäulen getragen. Die Stirnseiten der Inductionsrollen sind durch starke Glasplatten
g g
1
geschützt. Diese besitzen in der Mitte je einen kreisförmigen Ausschnitt, durch welchen die primäre Spirale mit ihrem Eisendrahtbündel herausragt. Bei den kleineren Apparaten bleibt letzteres an einer Seite frei, da es als Magnet auch gleich für eine Art Wagner’schen Hammers benutzt wird. Bei dem großen in Fig. 194 abgebildeten Apparate ist jedoch auch diese Fläche durch eine Platte aus Hartgummi oder dergleichen bedeckt.
Das Oeffnen und Schließen des inducirenden Stromes besorgt ein selbst- ständiger nach Vorschlägen Poggendorff’s von Foucault construirter Unterbrecher. Hinter dem Elektromagnete
e
desselben ist eine vertical gestellte Feder
f
angebracht, welche nach oben durch den Stab
s
verlängert ist. Auf diesem Stabe läßt sich eine Messingkugel verschieben und in beliebiger Höhe feststellen. Wird diese Feder durch einen Stoß in Vibration gesetzt, so schwingt sie langsamer oder schneller, je nachdem die Kugel höher oder tiefer gestellt wird. An jener Stelle, an welcher der Stab
s
auf der Feder
f
aufsitzt, ist ein Messingstab horizontal befestigt. Dieser trägt an seinem vorderen Ende ein Stück weiches Eisen, den Anker des Elektro- magnetes. An der rückwärtigen Hälfte des Stabes sind zwei verticale Metallspitzen angebracht, welche in die Glasgefäße
A
und
B
tauchen. Der Boden beider Gläschen ist metallisch und aus demselben ragen den von oben hereinkommenden Metall- spitzen zwei Anschlagstifte entgegen; sie haben den Hub des Hebels beim Schwingen der Feder zu begrenzen. Der Elektromagnet des Foucault’schen Unterbrechers wird nicht durch den inducirenden, sondern durch einen separaten Strom erregt, der durch den (vorderen) Commutator zugeleitet wird. Der Strom für die inducirende Spule findet durch den rückwärtigen Commutator seine Zuleitung.
Das Oeffnen und Schließen des Stromes durch den Unterbrecher wird nicht an einem Platincontacte in freier Luft bewirkt, sondern mit Quecksilber und in einer schlecht leitenden Flüssigkeit. Hierzu dienen eben die beiden Gläschen
A
und
B
; in diese kommt Quecksilber bis zu einer bestimmten Höhe und dieses wird dann mit einer Schichte Alkohol bedeckt. Man hat diese Form der Stromunterbrechung gewählt, weil hierdurch, der schlechten Leitungsfähigkeit der Flüssigkeit wegen, der Strom rascher unterbrochen wird wie in Luft, wo ein starker Oeffnungsfunke auftritt, der den Stromübergang noch einige Zeit erhält.
Die Wirkungsweise des ganzen Apparates läßt sich mit Zuhilfenahme der schematischen Zeichnung Fig. 195 erläutern; bei dieser sind, soweit als möglich, für gleiche Theile gleiche Buchstaben benutzt wie in Fig. 194.
Den Strom für den Unterbrecher liefert das Element
E
; hierbei ist der Stromlauf folgender: Vom Elemente
E
zur Klemme
k
des Commutators, durch diesen in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
e
, welcher mit der Feder
f
durch einen Draht leitend verbunden ist, dann durch den Hebel bis in jene Metall- spitze, die in das Gefäß
A
taucht, durch das Quecksilber dieses Gefäßes und den metallischen Boden desselben zur Klemme
k
1
und endlich von hier durch den Com- mutator nach
E
zurück. Die Höhe der Quecksilbergefäße und des horizontalen, die Metallspitzen und den Anker tragenden Hebels sind regulirbar; sie werden derart gestellt, daß im Ruhezustande des Apparates die Metallspitzen die Quecksilberober- flächen berühren. Sobald der Strom von
E
den eben angegebenen (in der Figur punktirt gezeichneten) Weg durchfließt, wird der Elektromagnet
e
erregt und zieht daher seinen Anker an; es senkt sich also der Hebelarm
f e
und folglich muß
Fig. 194.
Großes Inductorium nach Ruhmkorff.
der Hebelarm
f A
steigen, d. h. die Metallspitze in
A
wird gehoben und kommt außer Berührung mit dem Quecksilber. Dadurch wird der Strom unterbrochen, der Anker vom Elektromagnete wieder losgelassen und der Hebel schnellt wieder in die erste Lage zurück, wodurch die Spitze in
A
neuerdings mit dem Quecksilber in Berührung kommt und also den Strom wieder schließt. Es wird also in solcher Weise eine schwingende Bewegung des Hebels erzeugt.
Bei
B
trägt der Hebel eine zweite Metallspitze, die offenbar gleichzeitig mit der Spitze in
A
in und außer Berührung mit dem Quecksilber kommen muß. Dieser Theil des Unterbrechers ist aber in den Kreis des inducirenden Stromes eingeschaltet, folglich muß auch der inducirende Strom gleichzeitig mit dem Strome von
E
abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Nehmen wir zunächst an, die Metallspitze bei
B
tauche in das Quecksilber ein, dann nimmt der inducirende Strom folgenden (mit Strichpunkt gezeichneten) Weg: Von der Batterie
G
zur Klemme
K
, durch den Commutator und einen Kupferstreifen zur Klemme 2, durch den Verbindungsdraht in die Klemmen
II
, durchläuft die primäre Spirale
P
, gelangt zu den Klemmen
III
und 3, von hier zur Feder
f
, geht durch den Hebel und den Metallstift in das Quecksilber bei
B
und gelangt von hier durch den Commutator und die Klemmschraube
K
1
zur Batterie
G
zurück. Daraus ist ersichtlich, daß der Strom in der primären Spirale so oft unterbrochen sein muß, als der Metallstift und das Quecksilber bei
B
außer Berührung sind, und so oft geschlossen wird, als der Stift eintaucht.
Der inducirende Stromkreis wird jedoch nicht einfach geöffnet durch Unter- brechung der Verbindung zwischen Batterie und Spirale, sondern es wird gleichzeitig gewissermaßen ein zweiter Stromweg dargeboten. Die primären Spirale steht nämlich, wir werden gleich sehen wie, mit einem Condensator
C
, der in dem massiven Fußbrette des Inductoriums angebracht ist, in Verbindung. Dieser Condensator
Fig. 195.
Stromführung im Ruhmkorff’schen Inductorium.
ist dem Principe nach eine Franklin’sche Tafel, nur benutzt man zu seiner An- fertigung nicht Glastafeln, sondern Glimmer oder Wachstaffet. Die eine Belegung steht mit dem einen, die andere mit dem andern Ende der primären Spirale in Verbindung.
Der Zweck dieses zuerst von
Fizeau
angewandten Condensators ist, die Unterbrechung des Stromes noch schneller zu bewerkstelligen. An der Unterbrechungs- stelle des Stromkreises herrscht nämlich Elektricität sehr großer Dichtigkeit, wodurch der Oeffnungsfunke verstärkt und so die thatsächliche Unterbrechung des Strom- kreises verlangsamt wird. Stehen jedoch die Enden des Stromkreises mit dem Condensator in Verbindung, so fließen die im Drahte inducirten Extraströme auf die Belegungen ab und halten sich dort gegenseitig fest, bis der Stromkreis wieder hergestellt wird; dann entladet sich der Condensator und trägt so zur Verstärkung des Schließungsfunkens bei. Die Verbindung der primären Spirale
P
mit dem Condensator
C
ist aus der Figur leicht zu ersehen; sie ist durch die gestrichelten
Urbanitzky
: Elektricität. 20
Linien dargestellt. Der bei der Unterbrechung des primären Stromkreises auf- tretende Extrastrom verläuft daher aus der Spirale einerseits durch die Klemmen
III
3 und 4
IV
zum Condensator und andererseits von den Klemmen
II
und 2 zur Commutatorklemme
K
durch die Batterie
G
, die Klemme
K
1
, den Kupfer- streifen nach 1 und
I
und abermals zum Condensator.
Da bei einem solchen oder ähnlichen Inductionsapparate der Draht von einem Ende der Spirale bis zum andern und wieder zurück gewunden wird, so sind zwei übereinanderliegende Windungen durch bedeutende Drahtlängen von- einander getrennt. Die Dichtigkeit der inducirten Ströme nimmt aber von der Mitte gegen die Enden eines solchen Drahtes zu bedeutend zu; folglich tritt ein Ausgleich der Dichtigkeiten durch die Isolirung hindurch desto leichter ein, je größer die Zahl der Windungen ist. Es kann dann vorkommen, daß auch eine sehr sorg- fältige Isolirung nicht mehr ausreicht. Um diesen Uebelstand zu vermeiden, schlug daher Poggendorff vor, die secundäre Spirale nicht aus einem einzigen Drahte anzufertigen, sondern aus mehreren Spulen zusammenzusetzen. Dieser Vorschlag ist auch von Stöhrer ausgeführt worden; die primäre Spule wurde hierbei vertical gestellt und über diese schob man die einzelnen secundären Spulen der Reihe nach. Die Enden derselben wurden dann durch Metallbügel miteinander verbunden.
Der größte Inductionsapparat, den man bis jetzt construirt hat, ist wohl jener, welchen Spottiswood im Jahre 1881 auf der Pariser elektrischen Ausstellung vorführte. Dieser Apparat wurde von
Apps
construirt und besitzt eine Inductions- spule, deren Draht 450 Kilometer lang ist. Wird durch die primäre Spirale der Strom von 30 Grove-Elementen geleitet, so erhält man durch die secundäre Spirale Funken in der Länge von über 1 Meter, eine Leistung, welche alle bisher con- struirten derartigen Apparate beiweitem nicht erreichen.
Die Wirkungen der Inductionsströme.
Verbindet man die Enden einer Inductionsspirale durch einen ununter- brochenen guten Leiter, so findet im ganzen Stromkreise einfach ein Hin- und Her- gehen der inducirten Ströme statt. Werden die Drahtenden direct an ein Galvano- meter angehalten, so zeigt dieses doppelseitige Ablenkung; auf Jodkaliumkleister- papier wird an der Berührungsstelle jedes Drahtes Jod ausgeschieden und im Voltameter entwickelt sich an beiden Elektroden Knallgas. Alle diese Erscheinungen sind Folgen der stets wechselnden Richtung der Inductionsströme.
Wird jedoch die Verbindung der beiden Drahtenden einer Inductionsspirale nicht durch einen ununterbrochenen Leiter hergestellt, dann treten Erscheinungen auf, die jenen ähnlich sind, welche man mit Elektrisirmaschinen herbeiführen kann. Es werden nämlich auch in der ungeschlossenen Inductionsspirale die beiden Elektrici- täten voneinander getrennt und gegen die Drahtenden getrieben; dann können auch jene
Eescheinungen
auftreten, welche bei der Spannungslektricität beobachtet werden. So wurden zuerst von
Massan
und
Breguet
gezeigt und bald darauf von
Sinsteden
experimentell nachtzewiesen. Wir werden uns im Nachstehenden nur mit jenen beschäftigen, welche wir noch nicht bei Besprechung der Elektrisir- maschine, Kleist’schen Flasche und Influenzmaschine kennen gelernt haben.
Die Inductionsapparate gestatten ganz ebensolche elektrische Funken und durch diese solche Wirkungen hervorzurufen wie jene. welche mit Reibungs- oder Influenzmaschinen erhalten werden. Man verbindet zu diesem Ende die Klemmschrauben der secundären Spirale mit gegeneinander gestellten Metallspitzen oder noch besser mit einer Metallspitze und einer ihr gegenübergestellten Metallplatte; es geht dann, bei einer der Größe des Apparates entsprechenden Entfernung beider voneinander, ein constanter Funkenstrom über, so lange das Inductorium in Thätigkeit ist. Dieser Funkenstrom besteht aus zackigen, baumartig sich verzweigenden Lichtblitzen, welche die Stellung, die sie beim Ueberschlagen von der Spitze auf die Platte ein- nehmen, häufig wechseln, so lange die Entfernung der Spitze von der Platte noch eine verhältnißmäßig große ist. Wird die Entfernung verringert, so tritt die Aus- gleichung der Elektricitäten in Form eines hell leuchtenden Funkenstrahles ein, der beiläufig dasselbe Aussehen hat, wie der in Fig. 75, Seite 144 abgebildete.
Bringt man die Drahtenden der Inductionsspule noch näher aneinander, so erscheinen sie durch eine intensiv leuchtende Feuerlinie verbunden. Diese ist jedoch umgeben von einer nicht sehr hellen, leicht beweglichen Lichtwolke, der sogenannten
Aureole
. Letztere läßt sich von der Hauptentladung, dem Fun- ken, schon durch Anblasen trennen. Sie wird dann in ähnlicher Weise abgelenkt, wie eine Flamme durch das Löthrohr. Noch auffälliger zeigte
Perrot
die Trennung der Aureole vom Funken durch einen Versuch, den Fig. 196 versinn- lichen soll. In ein aufgebogenes Glasrohr sind bei
a
und
b
Drähte eingeschmolzen, deren Enden sich bei
D D
1
gegenüber- stehen. Der von
a
ausgehende Draht ist mit dem einen Pole des Inductoriums verbunden, der von
b
ausgehende Draht steht bei
c
mit dem zweiten Poldrahte in Verbindung. Von
Fig. 196.
Trennung der Aureole vom Funken.
c
geht noch ein dritter Draht
c A
aus, dessen Ende der engen Mündung des Glasrohres gegenübergestellt wird. Durch das Rohr selbst treibt man in der Richtung des Pfeiles einen Luftstrom. Wird hierauf der Inductionsapparat in Thätigkeit gesetzt, so geht der glänzende Funke zwischen
D
und
D
1
über, während die Aureole bei
A
erscheint.
Berührt man ein Elektroskop einen Augenblick mit einem Ende der Induc- tionsspirale, so zeigt ersteres einmal positive, einmal negative Ladung an, was der fortwährend wechselnden Richtung der Inductionsströme wegen wohl erklärlich ist. Läßt man hingegen Funken überschlagen, so erhält man durch das Elektroskop ganz bestimmte Anzeigen. Aus den bisher mitgetheilten Erscheinungen ist bereits zu erkennen, daß die Inductionsströme im ununterbrochenen Stromkreise ein anderes Verhalten zeigen, als im unterbrochenen. Die Anzeigen des Elektroskopes zusammen- gehalten mit den übrigen Erscheinungen lehren, daß dieses verschiedene Verhalten durch verschiedene Arten der Entladung bewirkt wird. Im geschlossenen Strom- kreise gehen stets abwechselnd beiderlei Inductionsströme hin und her, beim unter-
20*
brochenen Stromkreise wird die Dichtigkeit an den Drahtenden so groß, daß die Ausgleichung der Elektricitäten in Form eines Funkens eintritt. Die Anzeige des Elektroskopes läßt hierbei erkennen, daß diese Wirkung vom
Oeffnungsstrome
herrührt, da jenes Drahtende positiv elektrisch erscheint, von welchem bei ununter- brochenem Stromkreise der Strom zum zweiten Drahte übergegangen wäre. Ein in den durch eine Funkenstrecke unterbrochenen Stromkreis geschaltetes Galvanometer giebt einen einseitigen Ausschlag, im Voltameter wird an einer Elektrode nur Wasserstoff, an der andern nur Sauerstoff ausgeschieden. Somit kommt bei unter- brochenem Stromkreise offenbar nur eine Art Inductionsströme zu Stande und dies sind die Oeffnungsströme. Die Ursache dieser Erscheinung ist leicht zu erkennen, wenn man sich an die Construction des Inductionsapparates erinnert. Der Fou- cault’sche Unterbrecher mit der Unterbrechung des Stromkreises in Alkohol und der Condensator, diese Mittel einer möglichst raschen und vollkommenen Unterbrechung des Stromes, sind es, welche die gesammte elektromotorische Kraft des Oeffnungs- stromes in einen möglichst kurzen Zeitraum zusammendrängen und daher auch die Erregung großer elektrischer Dichtigkeiten an den Drahtenden bewirken.
Der Funke zwischen den Drahtenden der Inductionsspule ist eine dem Ent- ladungsschlage der Batterien analoge Erscheinung. Doch findet in diesem nicht die gesammte Ausgleichung der Elektricitäten statt, sondern neben dem Funken tritt auch noch die Aureole auf. Wir ersehen schon aus dem Bisherigen und namentlich aus dem Versuche von Perrot, daß Funke und Aureole zwei wesentlich verschiedene Entladungsarten sind. Eine genauere Beobachtung ergiebt noch weitere Unter- schiede. Die Farbe des Funkens hängt von der Natur der Elektroden ab; sie ist z. B. weiß bei Anwendung von Eisenspitzen, grün bei Kupfer, blau bei Silber u. s. w. Die Farbe der Aureole wird durch die Natur des Mediums bestimmt, in welchem der Funke überschlägt, und ist nicht immer in der ganzen Ausdehnung der Aureole dieselbe. In der Luft oder in Stickstoff ist der der posi- tiven Spitze zunächst befindliche Theil roth, der an der negativen Elektrode korn- blumenblau, in Kohlensäure oder Kohlenoxyd erscheint der erstere grün, der letztere lavendelblau, in Wasserstoff wird die ganze Aureole purpurroth u. s. w. Häufig beobachtet man zunächst der negativen Elektrode einen lichtlosen Zwischenraum, den sogenannten
dunklen Raum
.
Betrachtet man die Entladung mit Hilfe eines rasch rotirenden Spiegels, so erscheint in diesem der eigentliche Funke als Lichtlinie, die Aureole hingegen als ein Band, also verbreitert; sie ist in der Richtung der Rotation verschoben, so daß das Funkenbild sie an einer Seite begrenzt. Daraus folgt, daß die Aus gleichung beider Elektricitäten mit dem Funken beginnt und erst nach diesem die Aureole gebildet wird. Die rasche, momentane Bewegung der Elektricitäten im Funken und die langsamere in der Aureole gehen auch aus folgendem Experimente hervor. Trennt man Funke und Aureole voneinander, so ist der Funke seiner kurzen Dauer wegen nicht im Stande, Papier, mit Alkohol getränkte Baumwolle oder Aehnliches zu entzünden, während in der Aureole diese Körper zu brennen beginnen.
Schaltet man in den Schließungsbogen einer Flaschenbatterie ein Galvano- meter ein, so wird der Ausschlag der Nadel, welchen ein Entladungsschlag bewirkt, durch die Größe der Widerstände im Schließungsbogen nicht beeinflußt. Wohl aber macht sich der Einfluß des Widerstandes auf den Nadelausschlag eines in den Stromkreis einer Inductionsrolle einschalteten Galvanometers geltend. Der Aus- schlag nimmt zu mit der Abnahme der Schlagweite und gleichzeitig hiermit ent- wickelt sich die Aureole kräftiger.
Aus allen diesen Versuchen und Beobachtungen ergiebt sich daher, daß der eigentliche Funke als momentaner Ausgleich entgegengesetzter Elektricitäten auf- zufassen ist und sein Leuchten im Glühen abgerissener Elektrodentheilchen besteht. Dieser Funke ist daher zu identificiren mit dem Funken, welchen eine Flaschen- batterie giebt. Die Aureole ist hingegen ein Ausgleichen der beiden Elektricitäten in ruhigerer Strömung und nach Art des galvanischen Stromes; das Leuchten derselben beruht auf dem Glühen von Gastheilchen. Durch das Ueberschlagen des Funkens wird das Medium, z. B. die Luft, verdünnt und durch diese verdünnte Luft strömen dann die beiden Elektricitäten, die Aureole bildend, gegeneinander. Auf diese Erklärung weisen das Zurückbleiben der Aureole gegenüber dem Funken im Spiegelbilde, die Aenderung ihrer Farbe mit dem Medium, das Verhalten des Galvanometers u. s. w. deutlich hin.
Die Trennung in Funke und Aureole hört auf, wenn man in den Schließungs- bogen der Inductionsspirale eine Kleist’sche Flasche einschaltet. Die Elektricitäten strömen dann zunächst auf die beiden Belegungen und von diesen aus erfolgt die Entladung in der uns bereits bekannten Weise. Die Funken sind hierbei viel intensiver und verursachen beim Ueberspringen ein bedeutendes Geknatter. Die Farbe derselben ist durch das Material der Elektroden und auch des umgebenden Me- diums bestimmt. Diesem Verhalten verdankt der verstärkte Funke eine wissenschaftlich hochwichtige Anwendung, nämlich zur spectralanalytischen Untersuchung der Metalle. Der verstärkte Funke bringt die Metalle in Dampfform und die Metalldämpfe werden durch ihn zum Glühen erhitzt. Die Farbe des Lichtes, welches diese Metall- dämpfe aussenden, hängt nur von der chemischen Beschaffenheit der Metalle ab. Unser unbewaffnetes Auge ist allerdings in der Regel nicht im Stande, diese Farben so zu unterscheiden, daß wir durch den bloßen Anblick des Funkens in den Stand gesetzt werden, die Metalle, zwischen welchen er überspringt, zu erkennen.
Newton
lehrte uns jedoch, ein dreiseitiges Glasprisma als verläßliches Mittel zur Farbenanalyse zu gebrauchen. Dieser große Forscher hat uns bewiesen, daß das Sonnen- oder Tageslicht, also das weiße Licht, nur durch das Zusammen- wirken verschiedenartigen Lichtes entsteht, und daß man das weiße Licht eben durch jenes Prisma in seine farbigen Bestandtheile zerlegen kann.
Ein in geeigneter Weise auf das Prisma geleiteter Sonnenstrahl durch- dringt dasselbe nicht ungeändert, sondern kommt vielmehr als ein farbenprächtiges Strahlenbüschel wieder heraus; das weiße Licht wurde in seine farbigen Bestand- theile zerlegt. Fängt man dieses Büschel auf einem Schirme auf, so entsteht dort ein vielfarbiges Band, in welchem die Farben gerade so aufeinanderfolgen wie im Regenbogen. Dieses farbige Band nennt man nach Newton das Spectrum (Ge- spenst der Sonne). Auch unsere irdischen Lichtquellen geben ein ähnliches Spectrum; anders verhalten sich aber glühende Dämpfe oder Gase. Bei diesen ist das Spectrum nicht mehr eine ununterbrochene Reihenfolge der Farben vom Roth bis zum Violett, sondern das farbige Band ist durch dunkle Zwischenräume mannigfach unterbrochen. Ja, diese sind so häufig und so breit, daß das Spectrum gar nicht mehr das Ansehen eines farbigen Bandes hat, sondern nur mehr aus einer größeren oder geringeren Anzahl paralleler Lichtstreifen besteht, die in verschiedenen Entfernungen voneinander sich befinden. Die Farbe dieser Streifen entspricht jener, welche an derselben Stelle vorhanden wäre, wenn Sonnenlicht das Spectrum gebildet hätte.
Es ist hier nicht der Ort, auf diese Erscheinungen näher einzugehen; es genügt hier der Hinweis auf die Wichtigkeit dieses Verhaltens. Zahlreiche Unter- suchungen haben nämlich dargethan, daß jeder Körper, wenn er in Dampf- oder Gasform zum Leuchten gebracht wird, ein ihm ganz allein eigenthümliches Spectrum zeigt. Dies und gewisse hierzu in naher Beziehung stehende Verhältnisse gestatten uns, nicht nur die chemische Zusammensetzung der uns zur Hand befindlichen
Fig. 197.
Geißler’sche Speckralröhre.
Körper zu bestimmen, sondern auch mit voller Sicherheit jene weit entfernter Körper zu ermitteln. So lehrte uns die Spectralanalyse, daß ein großer Theil der auf der Erde vor- handenen Körper auch in der Sonne sich befinde.
Zur Kenntniß der Metallspectra verhalf uns der verstärkte Funke des Inductionsapparates, da es nur durch diesen oder den Voltabogen gelingt, feste Metalle in glühende Metalldämpfe zu verwandeln. Die Inductionsströme dienen auch dazu, Gase zum Glühen zu bringen, wodurch uns das Studium der Spectra dieser in bequemer Weise ermöglicht wird. Man bedient sich hierzu der
Geißler’schen Röhren;
es sind dies Glasröhren oder Gefäße von mannigfachen Formen, in welche gewöhnlich an zwei Stellen Metalldrähte eingeschmolzen sind. Durch diese Metalldrähte oder Elektroden werden die elektrischen Ströme eingeleitet und bringen das im Innern befindliche, mehr oder weniger stark verdünnte Gas zum Glühen und Leuchten. Derlei Röhren wurden zuerst von
Grove
gebraucht, hierauf benutzte sie
Plücker
zu seinen eingehenden Studien über Gasspectra, und dann wurden sie in großer Vollendung von Dr. H.
Geißler
verfertigt.
Die Fig. 197 und 198 stellen zwei derartige Geißler’sche Röhren dar, die eine von gleichmäßig cylindrischer Form, die andere mit einem thermometerartig verengten Theile in der Mitte. Diese Form eignet sich besonders für spectralanalytische Zwecke, da die Gassäule in dem engen Röhrenquerschnitte an Leuchtkraft bedeutend gewinnt und daher auch im Stande ist, ein lichtkräftiges, deutliches Spectrum zu liefern. Die gewöhn- lichen, käuflichen Röhren sind vollkommen geschlossen und mit Gasen oder Dämpfen gefüllt, welche auf einen Druck von 2 bis 6 Millimeter verdünnt wurden; die Gase zeigen nämlich bei dieser Verdünnung, sobald elektrische Ströme sie durchsetzen, die für sie charakteristischen Lichterscheinungen am besten.
Beabsichtigt man, den Verlauf der Erscheinungen zu studiren, so versieht man die Röhren mit Glashähnen, welche gestatten, eine Verbindung mit der Luftpumpe beliebig herstellen oder unterbrechen zu können, oder andererseits ermöglichen, verschiedene Gase in die Röhre einzuführen. Wie die Abbildungen zeigen, enden die in das Glas eingeschmolzenen Drähte (gewöhnlich aus Platin) nach außen in kleinen Oesen; diese dienen zur Verbindung mit den Drahtenden der Inductionsspule.
Leitet man die Inductionsströme durch eine Röhre (ohne engen Theil), welche mit Luft unter dem Atmosphärendrucke gefüllt ist, so geht zunächst, vorausgesetzt, daß die Kraft des Inductoriums ausreicht, ein continuirlicher Funkenstrom über. Hierbei ist die Aureole höchstens schwach angedeutet, gewöhnlich aber gar nicht sichtbar. Wird hierauf die Luft in der Röhre verdünnt, so nimmt der eigentliche Funke stetig an Stärke ab, während sich die Aureole immer kräftiger entwickelt. Die Erscheinungen nehmen dann bei fortschreitender Verdünnung ganz denselben Verlauf, welcher bei den Wirkungen elektrischer Entladungen auf Seite 145 u. f. geschildert wurde. Der Funke verschwindet ganz und an dessen Stelle entwickelt sich, von der positiven Elektrode oder Anode ausgehend, immer kräftiger das positive Büschellicht und an der negativen Elektrode oder Kathode das Glimmlicht. Beide sind voneinander durch den dunklen Raum getrennt (Fig. 197).
Wurde die Röhre ursprünglich mit Stickstoff gefüllt, so zeigt das Büschellicht eine ziegelrothe, das Glimmlicht eine korn- blumenblaue Farbe. Die Intensitäten des Lichtes sind an ver- schiedenen Stellen verschieden. Am hellsten leuchtet das Gas im engen Theile, weshalb auch dieser, wie bereits bemerkt, zu spectralanalytischen Beobachtungen benutzt wird. Auch das Glimmlicht ist nicht seiner ganzen Ausdehnung nach gleich hell, sondern zeigt sich, wie auch die Zeichnung erkennen läßt, aus verschieden hellen Hüllen zusammengesetzt. Das positive Büschel- licht geht stets, wie auch die Röhre und die Elektrode gestaltet sein mögen, nur von einem Punkte aus, folgt allen beliebig ge- wählten Krümmungen der Röhre und ist immer dem Glimm- lichte zugewandt. Das Glimmlicht hingegen entwickelt sich bei fortschreitender Verdünnung des Gases, von immer wachsenden Flächen der Elektrode aus und überzieht diese schließlich ganz. Es breitet sich in normalen Richtungen um die Oberfläche der Elektrode aus und kümmert sich nicht um das positive Büschellicht.
Diese Erscheinungen entwickeln sich jedoch nicht immer in der geschilderten einfachen Weise, sondern hängen vielmehr von vielerlei Umständen ab. Die Stärke des angewandten Stromes, die Art und Größe eines in denselben Stromkreis geschalteten Widerstandes, die Form der Röhre und der Elektroden, die Natur und der Verdünnungsgrad des Gases u. s. w. können auffällige Modification bewirken. Sie sind zwar wichtig, wenn man einen tieferen Einblick in das uns noch immer räthselhafte Wesen der Elektricität gewinnen will, können aber hier doch nur oberflächlich erwähnt werden. Zu diesen Erscheinungen zählt z. B. die
Schichtung des elektrischen Lichtes.
Nicht immer bildet sich das positive Licht in Form eines ununterbrochenen Büschels aus, sondern häufig zeigt sich das
Fig. 198.
Geißler’sche Röhre.
Büschellicht durch dunkle Stellen in mehr oder weniger, breitere oder schmälere, regelmäßige oder unregelmäßige, leuchtende Schichten zertheilt. Diese Erscheinung tritt namentlich dann immer auf, wenn keine einfachen, reinen Gase, sondern zusammengesetzte oder auch Gasgemenge sich in den Röhren befinden. Fig. 198 stellt eine mit Kohlensäure (Kohlendioxyd) gefüllte Röhre dar, in welcher der Druck etwa 2 bis 3 Millimeter beträgt. Das grün gefärbte Büschellicht zeigt sich in viele regelmäßige Lichtscheibchen zerlegt, die derart gekrümmt sind, daß sie ihre hohle Fläche der Anode zukehren. Das Glimmlicht ist lavendelblau und besteht aus verschieden hell leuchtenden Hüllen. In Röhren, welche Kohlenstoffverbindungen enthalten, zeigt sich an der Anode häufig ein hellleuchtender Stern, von dem aus das geschichtete Lichtbüschel seinen Ausgang nimmt. Dieser Stern dürfte sein Entstehen wahrscheinlich der Ablagerung von Kohlentheilchen zu verdanken haben, welche durch den elektrischen Strom zur hellen Weißgluth erhitzt werden.
Obwohl schon eine bedeutende Anzahl von Forschern die Schichtung des elektrischen Lichtes zum Gegenstande eingehender Studien gemacht hat, müssen wir doch gestehen, daß über die Ursache dieser Erscheinung leider auch heute noch keine sicheren Erklärungen zu geben sind. Was wir darüber wissen, beschränkt sich auf die Kenntniß einer Reihe von Umständen, welche das Auftreten der Schichtung fördern oder verhindern, ihre Form ändern, und in verschiedenen Muthmaßungen über die Ursachen.
Der Erste, welcher die Schichtung des elektrischen Lichtes beobachtet und auch genau beschrieben hat, war
Abria
im Jahre 1843
Gewöhnlich giebt man Grove als den Entdecker und das Jahr 1852 als die Zeit der Entdeckung an. Verfasser vorliegenden Werkes hat jedoch in seiner Inauguraldissertation bewiesen, daß diese Angabe falsch und obige richtig ist.
.
Quet
erhielt geschichtetes Licht, indem er die Luft aus einem elektrischen Ei auspumpte und dafür Dämpfe von Terpentinöl, Alkohol oder Holzgeist einströmen ließ.
Faye
erzeugte sich Schichten durch Anwendung von Metalldämpfen. Er benutzte hierbei gleichfalls ein elektrisches Ei mit 2 Elektroden, welche vertical übereinander angeordnet waren; außerdem ragten aber in der Richtung eines horizontalen Durchmessers noch zwei Metallstäbchen in das Ei hinein. Die beiden nach innen gekehrten Enden waren durch ein sehr dünnwandiges Eisenschälchen miteinander verbunden. In das Schälchen brachte dann Faye kleine Stücke eines Metalles,
süllte
das Ei mit Sauerstoff und evacuirte, so weit es seine Pumpe gestattete. Dann verband er die beiden Stäbchen, welche das Schälchen trugen, mit den Polen einer kräftigen Voltasäule und brachte dadurch das Schälchen zum Glühen und das darauf befindliche Metall zum Verdampfen.
Durch die Metalldämpfe wurden dann die Ströme eines Ruhmkorff’schen Inductoriums gesandt. Auf diese Art wurden die Dämpfe von Zink, Antimon, Quecksilber, Cadmium, Wismuth, Arsen und Schwefel untersucht. Beim Verdampfen des Zinkes verwandelte sich das rothe Büschellicht (herrührend von Stickstoffresten) augenblicklich in eine Masse von blauen Schichten, die sich in der Form von blauen Flügeln nach rechts und links von der Anode aus entwickelten; Antimon gab lila, Quecksilber fahlgrüne, Cadmium dunkelgrüne Schichten, Natrium gelbe u. s. w.
Reitlinger
erhielt geschichtetes Licht unter Anwendung von verschiedenen Gasen. Er beobachtete bei Wasserstoffgas sogar in dem capillaren Theile einer Geißler’schen Röhre Schichten und nannte diese aus abwechselnd leuchtenden und dunklen Punkten gebildete Erscheinung die
Perlschichtung
.
De la Rive
fand, daß man die Spannkraft eines Gases desto mehr ver- ringern muß, als es dem Durchgange der Elektricität mehr Widerstand leistet. Bei seinen Versuchen brachte er Wasserstoff bei einem Drucke von 18 Millimeter zum Leuchten, und zwar in Form eines rosigen Fadens im Durchmesser von 3 bis 4 Millimeter und zusammengesetzt aus kreisrunden Schichten, deren jede ungefähr ¼ Millimeter dick war. Wurde der Gasdruck auf 2 Millimeter vermindert, so erreichten die Schichten eine Dicke von 5 Millimeter. Bei einem Drucke unter 2 Millimeter wurden die Schichten, die früher eine lebhafte wirbelnde Bewegung zeigten, ruhig und stabil. Die Arbeiten
Morren
’s gaben folgende Resultate: Der elektrische Funke geht durch ein von fremden Gasen freies Quecksilbervacuum durch, indem er ungeschichtetes grünes Licht giebt; das Spectrum ist jenes des Queck- silbers. Bei Gasen, in welchen das Licht geschichtet ist, nimmt der Abstand zwischen den Schichten immer in dem Maße zu, als der Druck abnimmt. Die Schichtung des elektrischen Lichtes wurde ferner untersucht von Gassiot, A. v. Waltenhofen, Poggendorff, Holtz, Wüllner und Anderen. Eine experimentelle Untersuchung des Verfassers vorliegenden Werkes, welche gemeinschaftlich mit
Reitlinger
durch- geführt wurde, verfolgte die Ausbildung der Schichten bei abnehmendem Gasdrucke messend und ergab nachstehendes Gesetz: So lange die chemische Beschaffenheit der leuchtenden Gassäule und die übrigen Umstände mit Ausnahme der Dichte als unverändert angenommen werden dürfen, nimmt die Zahl der Schichten im Verhältnisse der Verdünnung ab, oder mit anderen Worten, das Intervall vom Mittelpunkte einer hellen Schichte bis zu dem der nächsten wächst pro- portional der Verdünnung.
Reitlinger gelangte schließlich zu nachstehender An- sicht über die Ursache der Schichtung: Die elektrische Entladung übt Impulse aus, durch welche die leichter beweglichen Stoffe in Schwingungen versetzt werden, an deren Knotenlinien sich die schwerer beweglichen Stoffe ansammeln. Von den so geschichteten Stoffen werden sodann die schlechter leitenden durch den hindurchgehenden Strom mehr erwärmt und dadurch zum Glühen und Leuchten gebracht, während die besser leitenden weniger erwärmt werden und daher dunkel erscheinen.
Wir haben schon wiederholt darauf hingewiesen, daß die Inductionsströme mehr nach Art der galvanischen Ströme verlaufen, wenn die Entladung nicht in Gestalt eines Funkenstrahles, sondern in Form einer Lichthülle oder Wolke, wie z. B. in der der Aureole stattfindet. Dieselbe Art der Entladung haben wir auch in den Geißler’schen Röhren vor uns. In diesen stellen daher
Fig. 199.
Rotations-Apparat für elektrisches Licht.
die Gase während des Durchganges der Ströme stromdurchflossene, äußerst leicht bewegliche Leiter vor. Wir haben auch bereits Bewegungen ähnlicher Leiter kennen gelernt, welche durch die Wirkung von Magneten veranlaßt werden. Es wird uns daher nicht Wunder nehmen, daß auch eine
magnetische Einwirkung auf elektrisches Licht
herbeigeführt werden kann.
Schon Davy hat beobachtet, daß der elektrische Lichtbogen (das elektrische Licht zwischen Kohlenspitzen) nach der Amp
è
re’schen Regel abgelenkt wird, wenn ein Magnet auf denselben einwirkt. Die Einwirkung des Magnetes auf das durch Inductionsströme in gasverdünnten Räumen hervorgerufene Licht wurde zuerst von A.
de la Rive
gelegentlich einer Untersuchung über den Ursprung des Nordlichtes beobachtet. Dieses Experiment läßt sich sehr hübsch mit Hilfe des in Fig. 199 abgebildeten Apparates zeigen. In das elektrische Ei
E
ragt von unten ein Stab
S
aus weichem Eisen hinein, über welchen eine mit dem unteren Rande des Eies verschmolzene Glasröhre gestülpt ist. Der Stab ist nach unten verlängert und von einer Drahtspule
D
umgeben, deren Drahtenden zu den Klemmen
k k
1
führen. Die beiden Elektroden des Eies befinden sich bei
e
und
e
1
; e
ist ein gerader Platindraht,
e
1
umschließt die den Eisenstab umhüllende Glasröhre in Gestalt eines Ringes. Die Luft im Ei ist bis auf einige Millimeter Druck verdünnt. Verbindet man die beiden Elektroden mit den Polen eines Inductoriums, so ent- steht die bereits bekannte Lichterscheinung. Setzt man nun aber die Klemmen
k k
1
mit den Polen einer Batterie in Verbindung, so wird der Eisenstab
S
zum Magnete und sofort beginnt die Lichterscheinung um diesen zu rotiren, geradeso wie wir es bei festen Leitern gesehen haben.
Der Verlauf der Erscheinung ist leicht einzusehen: der erste Inductionsfunke geht in Form des Lichtschwalles von einer Elektrode zu der andern über und wird durch die Wirkung des Magnetes abgelenkt. Der darauf folgende Inductions-
Fig. 200.
Plücker’sche Fläche.
funke findet dann in der Strombahn des ersten Funkens eine bessere Leitung, als in allen übrigen Richtungen im Ei, schlägt daher diesen Weg ein und wird neuerdings abgelenkt u. s. w. Die einzelnen Entladungsfunken folgen aber so rasch aufeinander, daß die ganze Erscheinung den Eindruck eines um den Magnet rotirenden Lichtschwalles macht. Die Richtung, in welcher die Rotation erfolgt, er- giebt sich in gleicher Weise wie bei der Rotation fester Leiter um einen Magnet.
Die Einwirkung des Magnetes auf elektrische Entladungen in gasverdünnten Räumen haben namentlich
Plücker
und auch
Hittorf
einem eingehenden Studium unterworfen. Hierbei stellte sich für das Büschel- und Glimmlicht ein verschieden- artiges Verhalten heraus. Bringt man eine Geißler’sche Röhre, in welcher das Glimmlicht gut entwickelt ist (wie es z. B. die Fig. 197 und 198 zeigen), so zwischen die Pole eines Magnetes, daß die negative Elektrode die Verbindungs- linie der Pole senkrecht schneidet, so wird das ganze Glimmlicht, welches früher die Elektrode ringsum gleichförmig umgab, in eine durch die Polspitzen und die Elektrode gehende, also axiale, Ebene zusammengedrängt, wie dies Fig. 200 ver- sinnlichen soll. In dieser Lichtfläche, die nach ihrem Entdecker die
Plücker’sche Fläche
genannt wird, ordnen sich also die leuchtenden Theilchen geradeso an, wie Eisen- feilspäne; sie verhalten sich also wie paramagnetische Körper. Das gewissermaßen entgegengesetzte Verhalten zeigt das positive Büschellicht; dieses wird, ob geschichtet oder ungeschichtet, sobald es zwischen die Pole eines Magnetes kommt, in äqua- torialer Richtung abgelenkt, d. h. das Büschellicht, welches ohne Einwirkung des Magnetes die Mitte der Röhre einnimmt, wird durch die symmetrische Ein- wirkung zweier entgegengesetzter Magnetpole in äquatorialer Richtung an die eine oder die entgegengesetzte Röhrenwand angedrückt. Ob es in der einen oder andern Richtung innerhalb der äquatorialen Ebene abgelenkt wird, hängt natürlich von der Richtung des Stromes in der Röhre und der Stellung der Magnetpole ab.
Legt man die Röhre in horizontaler Richtung auf die mit flachen Halb- ankern
N S
(Fig. 201) versehenen Magnetpole, so zeigt das Büschellicht eine doppelte Krümmung, nämlich über dem Südpole nach vorne und über dem Nord- pole nach rückwärts an die Glaswand gedrängt. Diese Ablenkung ergiebt sich
Fig. 201.
Ablenkung des Büschellichtes durch den Magnet.
einfach aus der Amp
è
re’schen Schwimmerregel. Man hat sich nämlich die mensch- liche Figur von + nach —, das Gesicht nach abwärts, dem Nordpole zugekehrt, zu denken; dann wird ein beweglicher Magnet nach links abgelenkt. In unserem Falle ist aber nicht der Magnet, sondern der Strom beweglich, folglich weicht dieser nach der entgegengesetzten Seite, also nach rechts aus: das Büschellicht muß daher über dem Nordpole an die rückwärtige (d. h. rechte) Glaswand gedrängt werden. Das Umgekehrte gilt natürlich für den Südpol.
Dem Verfasser vorliegenden Werkes gelang es, in Gemeinschaft mit Reitlinger bei einer gewissen Anordnung des Versuches
Veröffentlicht in den Sitzungsberichten der Wiener Akademie der Wissenschaften.
an der Kathode gleichzeitig das Glimmlicht in die Plücker’sche Fläche und das Büschellicht in eine darauf senkrechte Ebene zu bringen. Diese Erscheinung, welche später von Puluj
Dreifächerfläche
genannt wurde, ist in Fig. 202 dargestellt. Hinter der Röhre bei
S
hat man sich hierbei den Südpol, vorne bei
N
den Nordpol des Magnetes vorzustellen. Dann stellt die durch
S N
und die negative Elektrode
e
gehende Fläche das in die Plücker’sche Fläche gebrachte Glimmlicht und die darauf senkrechte gleichfalls durch
e
gehende Fläche
B
das abgelenkte positive Lichtbüschel dar. Die Stellung dieser positiven Lichtfläche vor oder hinter der Plücker’schen hängt von der Stellung der Magnetpole ab und wird wieder durch die Amp
è
re’sche Regel bestimmt.
Die Einwirkung des Magnetes auf elektrisch leuchtende Gase ist jedoch nicht auf diese Erscheinungen allein beschränkt. Sie macht sich vielmehr auch auf die Schichtung des Lichtes geltend.
Gassiot
hat beobachtet, daß der Magnet im Stande ist, in einer Röhre, welche kein geschichtetes Licht zeigt, solches zu ent- wickeln. Wendet man einen Elektromagnet an, so tritt bei Erregung desselben ein förmliches Herausquillen von Schichten aus der positiven Elektrode der Röhre ein, und die ganze geschichtete Lichtsäule zeigt dabei die uns bereits bekannte Ablenkung. Aehnliche Beobachtungen haben auch Plücker und Rieß gemacht. Nach Wüllner kommen durch Annäherung eines Magnetes an eine Röhre mit geschichtetem Lichte
Fig. 202.
Dreifächerfläche.
neue Schichten, von der positiven Elektrode ausgehend, hinzu.
Reitlinger und Verfasser dieses con- statirten, daß die Vermehrung der Schichten mit der Annäherung der Magnetpole an die Röhre in regelmäßiger und zählbarer Weise vor sich geht, also mit der Stärke der ma- gnetischen Kraft auf das innigste verknüpft ist. Wir machten derartige Versuche, z. B. mit einer sogenannten Trichterröhre, d. h. einer cylindrischen Glasröhre, welche durch einige mit der Röhrenwand verschmolzene Glas- trichterchen der Länge nach in mehrere Kam- mern getheilt ist. Wurde diese Röhre so zwischen die kegelförmigen Halbanker eines Elektromagnetes gestellt, daß die Verbin- dungslinie der Kegelspitzen durch die negative Elektrode ging, so wurden die Schichten durch den Magnet in der untersten, d. h. der un- mittelbar zwischen den Magnetpolen befind- lichen, Kammer von 2 bis 3 auf 20 bis 30, in der nächsten von 5 auf 15 und in der letzten, d. h. von den Magnetpolen am weitesten entfernten, von 4 auf 7 vermehrt. Ein kleiner, aus drei Lamellen bestehender Hufeisenmagnet vermehrte die Zahl der Schichten durchschnittlich um drei, zeigte aber auf das Glimmlicht keine Einwirkung. Daraus folgt also, daß zur Vermehrung der Schichten viel geringere Kräfte ausreichen als zur Bildung der magnetischen Glimmlichtfläche.
Ueber die Ursache der Schichtenvermehrung durch den Magnet bildeten wir uns folgende Ansicht: Der Magnet verdichtet die von ihm an das Glas gedrängte Gassäule und bewirkt in Folge des geringeren Durchmessers ein helleres Leuchten derselben; die Vermehrung der Schichten ist dann einfach Folge der Verdichtung nach dem früher mitgetheilten Gesetze über die Zahl der Schichten bei verschiedener Dichte des Gases.
Die bisher betrachteten elektrischen Lichterscheinungen beziehen sich alle auf elektrische Entladungen durch Räume, in welchen das Gas nicht unter 1 2 Millimeter Druck verdünnt ist. Beträgt der Druck des eingeschlossenen Gases jedoch nur mehr Bruchtheile von Millimetern, dann treten Erscheinungen anderer Art auf, welche
Crookes
veranlaßten, für die leuchtende Materie in diesen Röhren einen vierten, gewissermaßen übergasigen Aggregatzustand anzunehmen, den er mit dem Namen
strahlende Materie
belegte. Crookes begnügte sich jedoch nicht damit, zur Erklärung der diesbezüglichen Experimente einen neuen Aggregatzustand an- zunehmen, sondern glaubte überdies noch hierin den Uebergang von Stoff in Kraft erblicken zu müssen. Obwohl die Experimente von Crookes nicht neue, sondern blos in elegante Formen gebrachte, bereits bekannte (oder doch wenigstens in wissen- schaftlichen Zeitschriften veröffentlichte) waren, erregten sie doch durch die neue, in das „Schattenreich zwischen dem Bekannten und Unbekannten“ hineinspielende Aus- legung bedeutendes Aufsehen.
Es ist glücklicherweise mehreren Forschern in kurzer Zeit gelungen, durch exact durchgeführte Experimente und in nüchterner Art daraus gezogene Schlüsse den allzu kühnen Flug der Phantasie zu hemmen. Um daher fernerhin auch nicht mehr durch den Namen, mit welchem diese Erscheinungen belegt wurden, irregeführt zu werden, wollen wir künftighin die von J.
Puluj
vorgeschlagene Bezeichnung
strahlende Elektrodenmaterie
Strahlende Elektrodenmaterie und der sogenannte vierte Aggregatzustand von Dr. J. Puluj, Wien, Gerold’s Sohn, 1883. Dieser höchst interessanten Publication sind auch nach- stehende Mittheilungen zum Theile entnommen.
annehmen.
Wir haben die Entwicklung der Lichterscheinungen in Geißler’schen Röhren bis zu jenem Stadium verfolgt, in welchem das positive Büschellicht, beziehungs- weise die Schichten und das negative Glimmlicht kräftig entwickelt sind. Diese Erscheinung bietet eine Röhre noch dar, wenn der Druck des eingeschlossenen Gases 0·8 bis etwa 0·5 Millimeter (Quecksilbersäule) beträgt. Wird die Verdünnung des Gases unter ½ Millimeter fortgesetzt, so vermindert sich im Büschellicht die Zahl der Schichten immer mehr, sie gehen dann in einige wenige häufig un- regelmäßig geformte Ballen über, die stabil auf ihrem Platze beharren und bei immer weiter getriebener Verdünnung endlich ganz verschwinden. Das Glimmlicht dehnt sich gleichzeitig immer weiter aus und die dunkle Hülle um die negative Elektrode herum nimmt an Größe fortwährend zu. Sie erreicht endlich die Wand der Glasröhre und nun erscheint das Glimmlicht durch einen dunklen Raum von der Kathode förmlich getrennt und erfüllt den ganzen übrigen Raum der Röhre. Das gesammte Licht in der Röhre ist bedeutend lichtschwächer geworden, wogegen meist an den Glaswänden lebhaftes Phosphorescenzlicht entwickelt wird.
Dieser an der Kathode gebildete zweite dunkle Raum ist gewöhnlich scharf abgegrenzt; er war schon Hittorf bekannt und wurde auch von diesem Forscher bereits beschrieben.
Betrachtet man eine Röhre, durch die einige Zeit Inductionsströme hindurch- gegangen sind, so bemerkt man an deren Innenwänden Metallspiegel, die nament- lich in der unmittelbaren Umgebung der Kathode gut ausgebildet sind. Es be- wirken dies von der Elektrode übergeführte Theilchen, die übrigens mehr oder weniger deutlich so weit sichtbar sind, als sich das Glimmlicht erstreckte. Die Metalltheilchen werden von der Elektrode abgerissen und mit sehr bedeutender Geschwindigkeit von derselben in normalen Richtungen fortgeschleudert. Sie sind mit statischer negativer Elektricität geladen und vermitteln durch dieses
convective
Mitführen der Elektricität die Stromleitung. Da jede Röhre, auch wenn sie noch so sorgfältig ausgepumpt ist, immer noch eine sehr große Anzahl von Gasmole- külen einschließt, so müssen natürlich auch letztere an dieser convectiven Stromleitung Antheil nehmen.
Puluj erklärt nun den dunklen Raum und das Kathodenlicht in folgender Weise. Die mit statischer negativer Elektricität geladenen Theilchen werden von der Kathode fortgeschleudert und bewegen sich mit bedeutender Geschwindigkeit in normalen Richtungen von ihr weg. Hierdurch werden die Gastheilchen von der Kathode mehr oder weniger weit zurückgedrängt. An der Grenze, an welcher die Elektrodentheilchen mit den Gastheilchen zusammentreffen, tritt dann eine Diffusion beider ein und die Elektrodentheilchen lagern sich schließlich an den Glaswänden ab. Bei den heftigen Zusammenstößen zwischen den viel schneller sich bewegenden Elek- trodentheilchen mit den Gastheilchen wird die fortschreitende Bewegung zum größten Theil in Licht und Wärme umgewandelt. Folglich muß dort die Licht- und Wärmewirkung am bedeutendsten sein und dann mit der Entfernung von
Fig. 203.
Dunkler Raum und Kathodenlicht.
der Kathode abnehmen. Die relative Dunkelheit des der Kathode zunächst befindlichen Raumes rührt daher, daß die Elektrodentheilchen bedeutend rascher sich bewegen als die Gastheilchen, Da nun in der ganzen Röhre derselbe Druck herrschen muß, so müssen im dunklen Raume sich
weniger
Theilchen befinden als in den daran grenzenden hellen, da nur auf diese Art die Zahl der Stöße vermindert werden kann.
Die Größe des Druckes, den ein Gas auf eine Wand ausübt, wird nämlich be- stimmt durch die Zahl der Stöße, welche in einer bestimmten Zeit auf eine bestimmte Fläche durch die anprallenden Gastheilchen ausgeübt werden.
Auch das Wachsen des dunklen Raumes zunächst der Kathode mit der fortschreiten- den Verdünnung erklärt sich in einfacher Weise. Nimmt die Verdünnung zu, so muß man, um elektrische Entladungen hindurchzubringen, auch höhere Spannungen der Ströme anwenden. Dadurch wird aber den von der Elektrode fortgeschleuderten Theilchen eine noch größere Geschwindigkeit gegeben; dies und die gleichzeitige Abnahme der Gastheilchen muß daher offenbar bewirken, daß letztere noch weiter zurück- gedrängt werden.
Fig. 203 möge dazu dienen, von den eben besprochenen Erscheinungen eine beiläufige Vorstellung zu vermitteln. Die beiden kleinen Elektroden an den Enden der Röhre stehen mit dem positiven Pole
P
, die mittlere Elektrode, welche aus einer Platte von der Größe des Röhrenquerschnittes gebildet ist, steht mit dem negativen Pole
N
eines Inductoriums in Verbindung. Rechts und links von der Kathode breitet sich der dunkle Raum aus und an diesen schließen sich in scharfer Abgrenzung die Kathodenstrahlen.
Bemerkenswerth sind auch die
Fluorescenz
- und
Phosphorescenz- erscheinungen
, welche immer auftreten, wenn elektrische Entladungen durch Geißler’sche Röhren gesandt werden. Schon ziemlich lange Zeit bekannt, wurden sie dann von Hittorf, Reitlinger und dem Verfasser des vorliegenden Werkes einem eingehenderen Studium unterworfen. Bei Röhren, in welchen keine hohe Verdün- nung herrschte, aber das Glimmlicht gut ausgebildet war, beobachteten wir nicht selten eine schöne grüne Fluorescenz des das Glimmlicht umgebenden Raumes. Diese zeigte sich nicht scharf begrenzt, sondern gegen den dunklen Raum hin lang- sam an Helligkeit abnehmend. Jenseits des dunklen Raumes, wo bereits Büschel- licht sichtbar war, zeigte sich keine Fluorescenz, entsprechend der geringen Helligkeit des Büschellichtes gegenüber dem heller leuchtenden Glimmlichte. Andererseits sahen wir aber in Röhren, wo der höheren Verdünnung wegen das Kathodenlicht schon eine sehr geringe Helligkeit zeigte, an den die Kathode umgebenden Flächen sehr helles grünes Licht. Dabei erscheint dieses Licht auffällig an den bereits oben erwähnten metallischen Beschlag der Röhrenwand gebunden und ist scharf begrenzt. Dieses grüne Licht gehorcht auch insoferne der Einwirkung eines Magnetes, als es durch diesen in zwei helle grüne Linien gebracht wird, welche dem Durchschnitte der Plücker’schen Fläche mit der Wand der Glasröhre entsprechen.
Fig. 204.
Zur Erklärung des Phosphorescenz.
Dieses Verhalten und eine Reihe anderweitiger Versuche bestimmte uns, dieses Licht als ein von dem gewöhnlich auftretenden Fluorescenzlichte verschiedenes, und zwar durch Phosphorescenz hervorgebrachtes Licht aufzufassen.
Unter Fluorescenz versteht man die Umwandlung von Strahlen höherer Brechbarkeit in solche von geringerer Brechbarkeit. Bei der Reihenfolge, der Farben wie im Spectrum oder Regenbogen, nimmt die Brechbarkeit von Roth gegen Violett hin zu. Es erscheint z. B. ein alkoholischer Auszug von Blattgrün im auffallenden Lichte grün, hingegen roth im durch- gelassenen. Unter Phosphorescenz versteht man das Selbstleuchten eines Körpers in Folge der Bestrahlung durch eine Lichtquelle.
Hierzu be- stimmte uns namentlich der Umstand, daß dieses Licht an jene Stellen gebunden ist, an welchen sich Elektrodentheilchen abgesetzt haben, die also von der strahlenden Elektrodenmaterie getroffen wurden. Hierbei ist es nicht nothwendig, daß direct auftreffende Lichtstrahlen vorhanden sind, sondern die Erscheinung kann von Theil- chen, die durch die Stromwirkung in Bewegung gesetzt werden, herrühren.
Für diese Ansicht sprechen auch zwei von Puluj ausgeführte Experimente. In Fig. 204 besteht die negative Elektrode aus einer Scheibe, die positive aus einem gewöhnlichen Drahte. Die Verdünnung in der Röhre ist so weit getrieben, daß innerhalb kein Licht mehr zu sehen ist. Die Entladung geht dann längs der Glaswand, also in Form eines hohlen Cylinders, vor sich. Bringt man nun diese Röhre zwischen die Pole
N S
eines Magnetes, so erscheint ein ovaler Phosphore- scenzring, offenbar entsprechend dem Schnitte des vorerwähnten Hohlcylinders mit der Röhrenwand: der Magnet hat eben diesen Cylinder abgelenkt und ge- wissermaßen zum Schnitte mit der Glasfläche gebracht.
Bei dem zweiten Experimente stellte Puluj in den Weg der strahlenden Elektrodenmaterie eine kreisförmige Aluminiumplatte, in welcher ein kreisförmiger durch eine Quarzplatte verdeckter Ausschnitt angebracht war. Wäre die Ansicht Hittorf’s u. A., daß Gastheilchen Licht von hoher Brechbarkeit ausstrahlen und dadurch das Phosphorescenzlicht erregen, richtig, so müßte auf der Röhrenwand
Fig. 205.
Phosphorescenzlampe.
ein phosphorescirendes Kreuz auf dunklem Grunde entstehen, da der Quarz das Licht durchlassen, das Aluminium selbes aber zurück- halten müßte. Das Experiment ergab aber ein negatives Resultat und somit dürfte man die Erregung der Phosphorescenz in den Röhren der directen Einwirkung materieller Theilchen zuzuschreiben haben.
Puluj hat die Phosphorescenzerschei- nungen, welche in Röhren mit stark ver- dünnten Gasen auftreten, dazu benutzt, eine kleine Lampe zu construiren (Fig. 205). Als Elektroden dienen ein rechteckiges und ein schälchenartig geformtes Aluminiumblech. Oberhalb dieser Elektroden ist ein Draht eingeschmolzen, welcher ein rechteckiges Glim- merblatt
S
trägt. Dieses ist schief gegen die Verticale gestellt und mit grün phosphore- scirendem Schwefelcalcium überstrichen. Leitet man in die Lampe den Inductionsstrom in der Weise, daß das Schälchen zur Kathode, das Aluminiumblättchen zur Anode wird, so erglüht der Schirm
S
in hellem grünen Lichte. Die Leuchtkraft ist stark genug, um ein mittelgroßes Zimmer mäßig zu beleuchten. Da die elektrischen Entladungen intermittirend sind, ist es natürlich auch das Licht. Die Unterbrechungen des Stromes und somit auch des Lichtes folgen aber so rasch aufeinander, daß das Auge ein continuirliches Leuchten wahrnimmt.
Die Intermittenz des Lichtes kann durch verschiedene hübsche Experimente sichtbar gemacht werden. Das Einfachste ist wohl das, die Hand mit ausgebreiteten Fingern vor der Lampe rasch hin und her zu bewegen; die Hand scheint dann nicht fünf, sondern bedeutend mehr Finger zu besitzen. Da wir die Finger nur dann sehen können, wenn sie beleuchtet sind, die Beleuchtung aber nur aus rasch auf- einanderfolgenden Lichtblitzen besteht, so erscheinen auch in unserem Auge rasch aufeinanderfolgende Bilder der Hand. Da aber jeder Lichteindruck im Auge eine bestimmte Zeit haftet, so sieht das Auge noch das erste Bild der Hand, wenn schon das zweite auf der Netzhaut entworfen wird. Folglich sieht man die ruhende Hand immer, weil die rasche Intermittenz des Lichtes nicht wahrgenommen werden kann, die bewegte Hand aber mit vielen Fingern, weil eben wegen der raschen Intermittenz des Lichtes das zweite Bild schon entsteht, wenn das erste noch auf der Netzhaut vorhanden ist und wegen der Bewegung nicht genau an derselben Stelle, sondern etwas verschoben auftreten muß. Somit hat man nur unbedeutend verschoben zwei Bilder der Hand vor sich, die eben den Eindruck einer Hand mit vielen Fingern gewähren.
Puluj construirte auch einen Apparat, mit welchem nicht nur gezeigt werden kann, daß einmal durch Bestrahlung leuchtend gemachte Körper durch Erwärmen neuerdings Licht aussenden, sondern der auch erkennen läßt, mit welcher Geschwindigkeit sich die Wärme in einem Blättchen fortpflanzt. In Fig. 206, welche diesen Apparat darstellt, ist bei
A
ein Aluminiumblättchen eingeschmol- zen, bei
S
ein Schälchen aus demselben Materiale und bei
B
hängt ein Glimmer- blättchen vertical in das Glasgefäß hinein. Dieses Glimmerblatt ist auf der der Elektrode
A
zugewandten Seite mit Kreide überzogen, auf der dem Schälchen
S
zugekehrten Seite blank; das ganze Gefäß wurde möglichst luftleer gemacht.
Verbindet man zunächst beide Elektroden in der Art mit einem Inductorium, daß die ebene Elektrode
A
zur Kathode wird, so trifft die strahlende Elektrodenmaterie direct die mit Kreide überzogene Glimmerfläche; diese leuchtet dann im lebhaften Roth-Orange. Das Licht hält auch nach Unterbrechung des Stromes noch eine Zeit lang an. Schließt man hierauf den Strom neuerdings, aber in der Art, daß das Schälchen
S
zur Kathode wird, so entsteht im Brennpunkte desselben auf dem Glimmerblättchen ein orangerother Fleck; dieser breitet sich nach und nach in radialen Richtungen aus, während der cen- trale Theil zu leuchten aufhört. Es entsteht
Fig. 206.
Phosphorescenzlampe zur Demonstration der Wärmeleitung.
also ein leuchtender Ring, der sich stetig erweitert wie die durch einen in’s Wasser geworfenen Stein erregte Welle.
Wird nach vorhergegangener Unterbrechung des Stromes neuerdings das Schälchen zur Kathode gemacht, so entsteht kein Phosphorescenzfleck mehr. Er tritt hingegen neuerdings auf und nimmt abermals den eben angegebenen Ent- wicklungsgang, wenn vorher das Blättchen
A
wieder auf kurze Zeit zur Kathode gemacht wurde.
Die Erklärung dieser Erscheinungen ist eine sehr einfache. Das Leuchten des ganzen Schirmes, wenn
A
die Kathode bildet, ist die uns nun schon bekannte Phosphorescenzerregung durch die strahlende Elektrodenmaterie. Die Wirkung des Schälchens
S
als Kathode, also die Erregung des sich ausbreitenden Phosphore-
Urbanitzky
: Elektricität. 21
scenzfleckes, ist jedoch nur eine indirecte. Das Schälchen concentrirt die Strahlen in den Brennpunkt und erwärmt dort das Glimmerblättchen mit seiner auf der entgegengesetzten Seite befindlichen Kreideschichte. An dieser Stelle wird nun durch die
Erwärmung
die Phosphorescenz neuerdings erregt. Nun pflanzt sich die Erwärmung nach allen Richtungen hin gleichförmig fort und bewirkt dadurch auch ein Fortschreiten der Phosphorescenz. Diese Wirkung hält aber nur eine bestimmte Zeit lang an, muß also dort, wo sie sich zuerst geltend machte, nämlich im Brennpunkte, auch zuerst wieder erlöschen. Folglich muß der orangerothe Fleck in der Mitte dunkel werden und dann als Ring auseinanderfließen.
Fig. 207.
Phosphorescenz durch reflectirte Theilchen.
Auch die Eigenschaft der strahlenden Elektrodenmaterie, sich
geradlinig fort- zupflanzen
, hat schon vor Crookes Hittorf beobachtet und beschrieben. Letzterer theilt auch mit, daß jeder flüssige oder feste Körper, vor die Kathode gebracht, auf der gegenüber- liegenden fluorescirenden Wand einen Schatten hervorruft, und daß daher auch die Rich- tung des Kathodenlichtes unabhängig ist von jener des positiven Lichtes. Die gerade Fort- pflanzung des Lichtes ergiebt sich auch aus der Form des Phosphorescenzlichtes. Letzteres wird nämlich häufig gewissermaßen in der Form von Projectionen der Kathode auf der Glaswand sichtbar. Reitlinger und Verfasser vorliegenden Werkes beobachteten nämlich wiederholt, daß das Phosphorescenzlicht in einer cylindrischen Röhre um die aus einem geraden Drahte bestehende Kathode herum sich aus lauter, mehr oder weniger deut- lichen Streifen zusammensetzt, die sich als langgezogene Schraubenlinien, um die Elektrode als Axe gedacht, darstellen. Diese Schrauben- linien sind offenbar das Abbild der mechani- schen Veränderungen an der Drahtoberfläche, welche diese beim Ziehen des Drahtes erlitt. Diese Ansicht bestätigte ich durch folgenden Versuch: Aus unechtem Blattsilber wurden etwa 2 Millimeter breite Streifen geschnitten und derart der Länge nach aneinander- geklebt, daß sie eine beiläufig 20 Centimeter lange und 2 Millimeter breite Elektrode bildeten; hierbei waren die aufeinanderfolgenden Stücke abwechselnd der Länge und der Breite nach aus dem ganzen Blattsilberblatte geschnitten. Diese Elektrode wurde dann leicht beweglich in eine cylindrische Glasröhre gehängt und letztere so weit ausgepumpt, bis die Phosphorescenz der ganzen Länge dieser leicht beweglichen Elektrode entlang an den Röhrenwänden ausgebildet war. Das hierbei erwartete Resultat trat auch wirklich ein. Gegenüber den der Länge nach aus dem Silberblatte geschnittenen Elektrodentheilen zeigte sich die Phosphorescenz an der Röhrenwand in verticalen Streifen, gegenüber den in der Querrichtung ge- schnittenen Theilen in horizontalen. Hiermit war also bewiesen, daß die Form der Phosphorescenz von der mechanischen Verschiedenheit an der Elektrodenoberfläche bestimmt wird.
Auch Puluj beobachtete die schraubenförmigen Phosphorescenzlinien und be- stätigte obige Auslegung ihrer Ursache gleichfalls experimentell. Ein etwa 4 Centi- meter langer Draht wurde 20mal um seine Axe gedreht und dann als Kathode benutzt. Es ergab sich eine Phosphorescenz, bestehend aus kreisförmigen, dunklen und hellen Linien, deren Ebenen auf die Elektrode senkrecht standen.
Soll Puluj’s Ansicht, daß die strahlende Elektrodenmaterie aus materiellen Theilchen besteht, richtig sein, so müssen diese offenbar auch durch Wände, welche sich ihrem Fluge in den Weg stellen, reflectirt werden können. Diese reflectirten Theilchen müssen dann ihre Reflexion durch Phosphorescenz an jenen Orten verrathen, an welchen sie nach der Reflexion auftreffen. In der That ist Puluj der experimentelle Nachweis einer solchen Reflexion gelungen. Er bediente sich hierzu des in Fig. 207 abgebildeten Apparates. Die Elektroden sind in Form kreisrunder Bleche in den röhrenförmigen Theil des Glasgefäßes bei
A
und
K
eingeschmolzen.
K
dient als Kathode,
A
als Anode und gleichzeitig als Schirm. Die strahlende Elektrodenmaterie kann daher nur durch den ringförmigen Raum um
A
herum in die Kugel eintreten. Sie erzeugt dort einen hell- grün leuchtenden Phosphore- scenzring. Bei
D
, also inner- halb des Schattens von
A
, ist ein kleiner Diamantsplitter
Fig. 208.
Schattenbildung durch strahlende Elektrodenmaterie.
angeklebt und dieser leuchtet in einem sanften blauen Lichte, dessen Erregung offen- bar reflectirten Theilchen strahlender Elektrodenmaterie zu danken ist.
In schöner Weise zeigte Crookes die Bildung des Schattens. In dem Glas- gefäße, Fig. 208, bildet ein Metallscheibchen
a
die Kathode, das Kreuz bei
b
die Anode. Dieses Kreuz ist mit dem eingeschmolzenen Drahte durch ein Charnier verbunden, so daß es durch Schütteln der Röhre zum Umkippen gebracht werden kann; es bildet stehend (wie es in der Figur gezeichnet ist) gleichzeitig den schatten- werfenden Gegenstand. Verbindet man
P
und
N
mit den Polen eines Induc- toriums, so erscheint ein dunkles Kreuz
c d
auf hell phosphorescirendem Hinter- grunde. Bringt man einige Zeit darauf das Kreuz zum Umkippen, so sieht man an Stelle des dunklen Kreuzes auf hellem Hintergrunde ein helles Kreuz auf dunklem Hintergrunde. Crookes erklärt dies dadurch, daß er sagt: das Glas ist durch das fortwährende Bombardement von Molekülen strahlender Materie un- empfindlich geworden, „es ist müde der ihm aufgezwungenen Phosphorescenz“ und deshalb leuchtet nach dem Umkippen der Kreuzes die früher beschattete Fläche. Puluj hat jedoch experimentell bewiesen, daß keine derartige „physiologische“ Ursache die Erscheinung veranlaßt, sondern daß vielmehr die außerhalb des Schattens liegen-
21*
den Glasflächen sich nach und nach mit Metalltheilchen beschlagen und dadurch ihre Phosphorescenzfähigkeit abschwächen, während die im Schatten liegenden Flächen vor dieser Metallablagerung bewahrt bleiben.
Die strahlende Elektrodenmaterie ist auch im Stande, noch in anderer Art als durch Phosphorescenz Lichtwirkungen hervorzurufen. Doch sind auch solche Wärme- und Lichtwirkungen bereits von Hittorf mitgetheilt worden. Er beobachtete, daß der positive Platindraht in einer Entfernung von der Kathode, die beiläufig 1 bis 2 Millimeter betrug, zu einer Kugel zusammenschmolz. Auf eine größere Entfernung konnte diese Wirkung wegen Anwendung drahtförmiger Elektroden nicht erhalten werden, da sich die elektrischen Theilchen abstoßen und dadurch zer- streuen. Crookes baute dieser Zerstreuung durch Anwendung gekrümmter Metall-
Fig. 209.
Glühlicht durch strahlende Elektrodenmaterie.
blättchen vor und auf diese Weise gelang es ihm, Platin, Iridium und Glas zu schmelzen.
Puluj verwerthete diese Erscheinung zur Construction einer Lampe. Die negative Elektrode
K
in dieser Lampe (Fig. 209) bildet ein Alu- miniumschälchen von 21 Millimeter Halbmesser, dem in einer Entfernung von 36 Millimeter ein kleiner Kegel aus Papierkohle gegenübergestellt ist. Letzterer sitzt auf einem dicken Platindraht, der mit seinem unteren Ende an einen Glasstab angeschmolzen ist. Bei
A
trägt dieser die scheibenförmige Anode. Die von dem Schälchen in normalen Richtungen aus- gehenden Strahlen vereinigen sich auf der Spitze des Kohlenkegels und bringen diese zu intensiver Weißgluth. Der Vereinigungspunkt der Strahlen liegt jedoch nicht in der Entfernung des Krüm- mungshalbmessers der Schale, sondern darüber hinaus; es rührt dies daher, daß sich die Kathoden- strahlen gegenseitig abstoßen und dadurch aus ihren zur Innenfläche der Schale normalen Richtungen abgelenkt werden.
Das Evacuiren des Glasgefäßes muß unter gleichzeitigem Glühen der Kohle vorgenommen werden, da sonst diese ziemlich bedeutende Gasmengen zurück- hält, die dann aus der Kohle ausströmen, wenn man die Lampe in Thätigkeit setzen will. Die schönste Weißgluth der Kohle erhielt Puluj bei einem Drucke von 0·04 Millimeter.
Bei höherer Verdünnung nimmt die Gluth der Kohle ab und die Phos- phorescenz der Glaswand zu. Dies kann bei fortgesetztem Evacuiren so weit gesteigert werden, daß die Kohle ganz dunkel bleibt, und die Entladung dann längs der Glaswände erfolgt.
Wir haben im Obigen eine Reihe von Erscheinungen kennen gelernt, die dann auftreten, wenn man durch gasverdünnte Räume elektrische Entladungen sendet, und auch erfahren, in welcher Weise hierauf durch Magnete eingewirkt werden kann. Es taucht nunmehr die Frage auf, ob nicht auch andere Körper, Leiter oder Nichtleiter irgend welche Wirkungen auf elektrisch leuchtende Gasmassen auszuüben im Stande sind.
Die Beantwortung dieser Frage versuchten Reitlinger und Verfasser vor- liegenden Werkes durch eine ausgedehnte Reihe eingehender experimenteller Unter- suchungen
Veröffentlicht in den Sitzungsberichten der Wiener Akademie der Wissenschaften aus den Jahren 1876, 1879 und 1880.
. Wir fanden hierbei eine interessante Erscheinung, die wir als
Elektro- repulsion
bezeichneten. Man hatte bereits früher versucht, die Hand oder einen Leiter der elektrisch leuchtenden Gassäule einer Geißler’schen Röhre zu nähern und dabei eine sehr deutliche Anziehung zwischen Säule und Leiter beobachtet. Die Erscheinung wurde in der Weise erklärt, daß man annahm, die positiv elektrische Gassäule influenzire an der berührten Stelle negative Elektricität und diese ziehe dann das positive Lichtbüschel an. Wir fanden hingegen bei einer derartigen Unter- suchung einer größeren Anzahl von Röhren, daß bei einigen nicht die erwartete Anziehung des Büschellichtes, sondern im Gegentheile eine Abstoßung eintrat. Ob- wohl nach der Bezeichnung ihres Verfertigers Geißler die eine der Röhren, in welcher wir zuerst die Abstoßung beobachteten, Brom, die andere Zinnchlorid ent- halten sollte, ergab uns doch eine spectroskopische Untersuchung für beide Röhren dasselbe Spectrum, nämlich jenes des Kohlenstoffes (beziehungsweise einer Ver- bindung desselben). Die Gleichheit der Spectra ist dadurch zu erklären, daß die ursprünglich in die Röhren eingefüllten Stoffe von der Elektrode absorbirt oder an die Glaswand niedergeschlagen worden sind und als Träger der Lichterscheinung in beiden Röhren Gase in starker Verdünnung, herrührend von Verunreinigungen, fungiren.
Um die Elektrorepulsion zu studiren, wurden verschiedene Röhrenformen be- nutzt und in dieselben Luft, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlensäure und Leuchtgas gebracht; eine Geißler’sche Quecksilberluftpumpe diente dazu, verschiedene Verdünnungsgrade herzustellen. Sämmtliche Gase zeigten, durch den Inductions- strom zum Leuchten gebracht, bei einem Drucke von 2 bis 8 Millimeter die gewöhnliche Anziehung. Wurde jedoch die Verdünnung weiter fortgesetzt, so ergab sich bei allen Gasen die Abstoßung zwischen der leuchtenden Gassäule und einem ihr genäherten guten Leiter. Hierbei wurde beobachtet, daß das Auftreten einer gewissen Art stabiler Schichten für die Abstoßung ungünstig ist, und daß das negative Licht im Allgemeinen weder Anziehung noch Abstoßung erkennen läßt.
Die Fortsetzung der Verdünnung bis zu 0·2 Millimeter Druck und darunter bestätigte durch das hierbei beobachtete Verhalten die früher ausgesprochene Ansicht, daß in den ursprünglich untersuchten, zugeschmolzenen Röhren die bei ihrer Her- stellung eingeführten Dämpfe bereits absorbirt oder niedergeschlagen seien. Die Gase im Innern der Röhre können auch zum Leuchten gebracht werden, wenn man nur eine Elektrode mit einem Pole des Inductoriums verband, den andern Pol desselben aber zur Erde ableitete. Bei dieser Anordnung trat bei einem Drucke von 6 bis 8 Millimeter sehr deutliche Anziehung auf. Wird die Verdünnung fort- gesetzt, so gelangt man bei allen Gasen zu einem neutralen Punkte, bei welchem weder Anziehung noch Abstoßung zu beobachten ist, und schließlich tritt bei allen Gasen die Abstoßung nicht minder deutlich wie früher die Anziehung auf. Es wurden Fälle beobachtet, wo die Abstoßung bei einer Entfernung von 3 bis 6 Centi- meter des Leiters von der Röhre eintrat.
Die Abstoßung nimmt zu mit der fortschreitenden Verdünnung und ist am stärksten bei circa 0·2 Millimeter Druck. Bei der früher angegebenen einseitigen Verbindungsweise der Röhre mit dem Inductorium, dem, wie wir es der Kürze wegen nannten, ungeschlossenen Strome, wurden in der Röhre stets Glimmlicht und Büschellicht beobachtet, gleichgiltig in welcher Richtung der Batteriestrom die primäre Spirale des Inductoriums durchfloß; die Röhre gewährte daher den Anblick der alternirenden Entladung. Zu diesen Versuchen dienten gewöhnlich 4½ Centimeter dicke und 20 Centimeter lange Röhren; hier zeigte sich die Ab- stoßung auch schon dann, wenn der Leiter auf 10 bis 20 Centimeter der Röhre genähert wurde.
Fig. 210.
Die Glimmlichtkugel.
Einen beachtenswerthen Anblick bietet die Licht- erscheinung, wenn der Druck auf 0·3 Millimeter für Wasserstoff oder 0·1 Millimeter für Kohlenstoff ge- sunken ist. An der mit dem positiven Pole des Induc- toriums verbundenen Elektrode (+), Fig. 210, ist eine schwache Andeutung des Glimmlichtes (in Kohlen- säure blau) sichtbar, während die Elektrode (—), die mit ihrem außerhalb der Röhre befindlichen Theile frei in die Luft taucht, sich zunächst von einer enge an den Draht anschließenden dünnen grünen Lichthülle um- schlossen zeigt, um welche sich bläuliches Glimmlicht ausbreitet. Am positiven Ende der Röhre (bei
b
) setzt sich aber nicht das grüne Büschellicht sofort an der Elektrode an, sondern dieser zunächst ist eine blaue vollkommen frei schwebende Lichtkugel, die von dem grünen Büschellichte und der Elektrode durch je einen dunklen Raum getrennt ist. In der Mitte der Röhre theilt sich das von beiden Seiten kommende Büschel- licht gabelförmig und findet zum Theile in jenen seitlichen Ansatzröhren seine Fortsetzung, welche zur Luftpumpe einerseits und dem Gasometer, welcher das zu benutzende Gas enthält, andererseits führt.
Obschon die Anwendung des Inductions- apparates die Continuität der Lichterscheinung aus- schließt, macht doch die Glimmlichtkugel auf das Auge des Beobachters den Eindruck, als würde sie fortdauernd ruhig inmitten der Röhre schweben. Diese Erscheinung läßt keine andere Erklärung zu, als daß die Glimmlicht ausstrahlenden Gastheilchen, die sich in der Nähe des freien Röhrenendes befinden, solche Kraftwirkungen wechselseitig aufeinander ausüben, daß sie dadurch eine kugelförmige Anordnung anstreben. Es ist nicht gerade unwahr- scheinlich, daß dabei die Theilchen als negativ elektrisch zu betrachten sind. Liegt in dieser Glimmlichtkugel vielleicht eine Nachahmung der Kugelblitze im Kleinen vor?
Gleichzeitig war die durch einen genäherten Leiter hervorgerufene Abstoßung sehr stark und wirkte schon bei einer Annäherung des Leiters (einer Messingkugel in Fig. 211) auf 10 bis 20 Centimeter. Das Büschellicht floh hierbei so weit zurück, als es die Röhrenwand überhaupt gestattete.
Die Aehnlichkeit dieser Lichterscheinungen mit Kometen, welche einen gut- entwickelten Schweif zurücksenden (siehe Fig. 212, Henry’s Komet von Jahre 1873), mußte um so eher auffallen, als das Spectrum, welches das Eigenlicht der Kometenschweife zeigt, auch die sogenannten Kohlenstofflinien erkennen läßt, wie dies
Vogel
u. A. wiederholt nachgewiesen haben. Ferner ist es eine durch
Newton, Olbers, Bessel, Faye, Plana
u. A. zweifellos festgestellte Thatsache, daß die Kometenschweife entweder eine wirkliche oder scheinbare Abstoßung durch die Sonne erleiden. So sicher jedoch diese Abstoßung ist, so unsicher ist die Erklärung des Ursprunges dieser Kraft.
Olbers
behauptete bereits, daß sie eine elektrische sei, und die
von Faye
gegebenen Erklärungen, nach welchen diese Kraft sich im Quadrate der Entfernung vermindert und proportional ist den wirkenden Ober- flächen, vertragen sich sehr gut mit der Annahme einer elektrischen Kraft.
Bis zu der in Rede stehenden Experimentaluntersuchung kannte man aber keine andere elektrische Abstoßung, als die zweier statischer Elektricitäten. Auf diese hat
Zöllner
seine Theorie einer elektrischen Abstoßung zwischen der Sonne
Fig. 211.
Die Elektrorepulsion.
Fig. 212.
Henry’s Komet (1873).
und dem Schweife der Kometen gegründet. Allein
Zenker
hat auf das bei allen unseren Experimenten
gleichzeitige
Entstehen beider statischen Elektricitäten hin- gewiesen und gezeigt, daß daher die Wirkung einer solchen Repulsivkraft der Sonne auf einen von ihr so weit entfernten Himmelskörper unmöglich sei. Es müssen bei zwei in so großer Entfernung voneinander befindlichen Körpern die beiden gleichzeitig auftretenden Elektricitäten ihre entgegengesetzten Wirkungen gegenseitig aufheben, und deshalb kann keine polare Wirkung statthaben.
Faye
glaubte daher annehmen zu sollen, die Repulsivkraft sei von glühen- den Flächen hervorgerufen und suchte diese Annahme durch Experimente zu stützen. Er brachte dem Büschellicht ein durch den galvanischen Strom zum Glühen ge- brachtes Platinblech in die Nähe und beobachtete, daß dieses einen der Oberfläche des Bleches entsprechend geformten dunklen Raum in das Büschellicht einschnitt. Diesem Versuche wurde jedoch von den Physikern die Beweiskraft abgestritten, nicht weil die Wirkung zu schwach war, sondern der Zweideutigkeit des Versuches wegen, der die Möglichkeit einer elektrischen statt einer thermischen Abstoßung nicht ausschloß. Da auch nicht erhitzte Leiter die Abstoßung bewirken, und zwar in viel höherem Grade als bei dem von Faye angestellten Versuche, während Nichtleiter gar keinen Einfluß üben, und da ferner das Laden des genäherten Leiters mit statischer Elektricität der einen oder andern Art auch die Wirkung gar nicht ändert, mußten Reitlinger und Verfasser vorliegenden Werkes zu der Ansicht kommen, daß die Ursache der Abstoßung auch bei Faye’s Versuchen nicht im Glühen des Platinbleches, sondern in dessen Leitungsfähigkeit begründet ist. Dies veranlaßte uns auch, die Vermuthung auszusprechen, daß die zwischen der Sonne, die ja zweifellos ein Leiter ist, und dem Kometenschweife wirksame Abstoßungskraft ein Abbild im Kleinen in der von uns beobachteten Elektrorepulsion gefunden habe.
Wir wurden in unserer Ansicht bestärkt, als es uns gelang, die Abstoßung auch dann zu erhalten, wenn die Glaszwischenwand zwischen der Lichtsäule und dem genäherten Leiter beseitigt war. Dadurch wurde der Einwand, daß eine be- stimmte elektrische Vertheilung oder Kathodenbildung an der Glaswand die Ursache der Abstoßung sei, unmöglich gemacht. Wir benutzten nämlich cylindrische Röhren mit eben solchen seitlichen Ansätzen, in welchen eine Messingkugel vollständig isolirt oder mit einem außerhalb der Röhre befindlichen größeren, von der Erde gleichfalls isolirten Leiter in Verbindung war und erhielten in beiden Fällen im Wesentlichen dieselben Resultate. Mit diesen differirten auch nicht ähnliche in einem elektrischen Ei ausgeführte Versuche. Zu Gunsten dieser neuen Abstoßungstheorie, der Kometenschweife spricht auch der Umstand, daß die Abstoßung erst bei höherer Verdünnung eintritt, denn es unterliegt keinem Zweifel, daß die Gase, welche den Schweif der Kometen erfüllen, gleichfalls in sehr verdünntem Zustande sich befinden.
In rein theoretischer Beziehung waren es die Experimente von Crookes oder eigentlich die daraus gezogenen Folgerungen, welche das allgemeine Interesse für die elektrischen Erscheinungen in gasverdünnten Räumen in erhöhtem Grade wachriefen; in praktischer Beziehung wird dieses Interesse dauernd erhalten durch die täglich sich mehrenden Anwendungen der Glühlichtlampen. Bei letzteren befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem nicht ganz isolirenden Medium. Es müssen daher in Folge der im Leiter herrschenden Potentialdifferenzen zwischen den einzelnen Theilen des Leiters Seitenentladungen eintreten, und zwar um so eher, je höher die Spannung der angewandten Ströme ist.
Diesbezügliche Beobachtungen wurden auch in der That von J. Puluj ge- macht und veröffentlicht.
„Zeitschrift des elektrotechnischen Vereines in Wien“, Jahrgang 1883.
Bei Anwendung von Maschinenströmen wechselnder Richtung (Wechselströmen) von 200 bis 230 Volts Spannung zeigt sich an den Platindrähten, an welchen der hufeisenförmige Kohlenbügel befestigt ist, das uns hinlänglich bekannte blaue Glimmlicht. Dieses änderte sich mit der fortschreitenden Verdünnung gerade so wie in den Geißler’schen Röhren. Bei 1 bis ½ Milli- meter Quecksilberdruck erhielt Puluj Glimmlicht, welches die Drähte in einer Aus- dehnung von 2 bis 3 Millimeter umfluthete, und bei ungefähr 0·07 Millimeter zeigte sich die ganze Glaskugel vom Glimmlichte erfüllt. Da Wechselströme zur Anwendung gelangten, mußte sich das Glimmlicht natürlich stets an beiden Platin- drähten zeigen. Der weißglühende Kohlenbügel selbst ließ jedoch kein Glimmlicht wahrnehmen. Die Verdünnung in den gebräuchlichen Glühlichtlampen erreicht selten 0·01 Millimeter Druck und daher kann das Glimmlicht auch gewöhnlich wahr- genommen werden, wenn man den glühenden Kohlenfaden abblendet. Von dieser Glimmlichtbildung rührt auch der bläuliche Schein vollkommen weißglühender Glühlichter her und, wie Puluj vermuthet, auch der bläuliche Lichtton des Volta- bogenlichtes.
Wie
Wächter
in seinen Abhandlungen über die materiellen Theilchen im Funken, die Disgregation der Elektroden ꝛc. nachgewiesen und Puluj durch seine Untersuchungen über strahlende Elektrodenmaterie gezeigt hat, werden durch den elektrischen Strom materielle Theilchen von dem Leiter oder der Elektrode ab- gerissen und fortgeführt. Eine solche mechanische Disgregation war daher auch am Kohlenbügel einer Glühlichtlampe zu erwarten und wurde auch wirklich von Puluj nachgewiesen. Seine Versuche ergaben, daß eine Zerstäubung zwar an der ganzen Oberfläche des Kohlenbügels eintritt, in hervorragender Weise jedoch am
negativen
Kohlenende, entgegen der sehr verbreiteten Ansicht einer rascheren Zer- stäubung des positiven Endes, aber in Uebereinstimmung mit allen vorhin be- sprochenen Erscheinungen. Diese irrige Ansicht rührt wohl daher, daß im Voltabogen die positive Kohle fast doppelt so rasch verzehrt wird als die negative.
Fig. 213.
Kohlenbügel.
Fig. 214.
Kohlenbügel bei 80facher Vergrößerung.
Es ergeben sich hieraus wichtige Fingerzeige für die Praxis. Es muß die Zeitdauer der Verwendbarkeit eines Kohlenfadens desto kürzer werden, durch je höher gespannte Ströme er zum Glühen gebracht wird, oder je größer sein Leitungswiderstand ist. Ferner sind hochgespannte Ströme zum Betriebe von Glüh- lichtern auch deshalb unökonomisch, weil hierdurch die Bildung des blauen Glimm- lichtes befördert wird; die gesammte elektrische Energie, welche zur Erregung des letzteren verwendet wird, kann höchstens zur Erwärmung der Glaskugel beitragen, geht aber für den Lichteffect verloren.
Um den Kohlenbügel dichter und widerstandsfähiger zu machen, wird zu- weilen die verkohlte Faser in der Atmosphäre eines Kohlenwasserstoffes durch elektrische Ströme zum Glühen erhitzt. Es zersetzt sich hierbei der Kohlenwasserstoff und die aus letzterem abgeschiedene Kohle schlägt sich auf der Kohlenfaser nieder. Diese erhält hierdurch einen Ueberzug von harter, metallisch glänzender Kohle. Den Fortgang der Erscheinungen bei fortgesetzter „Carbonisirung“ beschreibt Puluj in nachstehender Weise:
Die Kohlenwasserstoff-Atmosphäre erwärmt sich bis zu einem so hohen Grade, daß die Zersetzung in Folge der gesteigerten Temperatur auch in größeren Ent- fernungen vom Kohlenfaden stattfindet und schwarze Rauchwolken sich bilden, die Ruß absetzen. Außer dieser durch große Wärme erzeugten Zersetzung der Gas- moleküle findet noch eine andere Trennung derselben statt. Die elektrischen Ent- ladungen zwischen den einzelnen Theilen des Kohlenfadens verursachen einen elektro- lytischen Proceß, wobei der Kohlenstoff des Kohlenwasserstoffgases in der Richtung der Stromlinien sich niederschlägt, kleine haardünne Nadeln aufbauend, welche anscheinend über die ganze Oberfläche des Kohlenfadens normal zu dessen Längsrichtung sehr regelmäßig vertheilt sind. Fig. 213 stellt den behaarten Kohlen- bügel in natürlicher Größe dar, während in Fig. 214 eine 80malige Vergröße- rung desselben abgebildet ist. Die Nadeln sind in beiden Zeichnungen nur in einer Ebene dargestellt. Es muß vor Allem auffallen, daß das Aussehen dieser Nadeln nicht graphitartig (wie bei dem auf dem Faden gebildeten Kohlenüberzug), sondern rußig ist, und daß dieselben nicht geradlinig, wie sie auf den ersten Blick dem bloßen Auge erscheinen, sondern, analog den zickzackförmigen Büscheln der Entladungen hochgespannter Ströme, vielfach gewunden und geknickt und an den Enden mit schwammigen Knöpfchen versehen sind.
5. Chierische Elektricität.
Bei der Erzählung der Entdeckung des Galvanismus gedachten wir der Experimente, welche Galvani mit Froschpräparaten ausführte. Glaubte dieser die hierbei beobachteten Erscheinungen einer dem thierischen Körper eigenthümlichen Elektricitätserregung zuschreiben zu sollen, so war hingegen Volta der Ansicht, daß der Froschschenkel nur der Indicator der durch Berührung von Metallen hervor- gerufenen elektrischen Differenzen sei. Zwar zeigte noch Galvani, daß Zuckungen auch dann zu beobachten sind, wenn man Metalle von dem Versuche vollkommen aus- schließt, aber trotzdem errang Volta’s Auslegung zunächst den Sieg. Die Wir- kungen, die Letzterer durch seine metallischen Combinationen und namentlich nach der Construction der nach ihm benannten Säule mit dieser erhalten konnte, waren eben weitaus kräftigere und auffälligere. Galvani beobachtete auch Zuckungen, wenn er die Füße eines Frosches in ein und die Wirbelsäule in ein zweites daneben gestelltes Glasgefäß mit Salzlösung tauchte und die beiden Lösungen noch durch einen feuchten Baumwoll- oder Asbeststreifen verband. Ebenso wurde durch Ver- suche, welche A. v.
Humboldt
ausstellte, die Elektricitätsentwicklung im Frosch- präparate unzweifelhaft bewiesen. Die allgemeine Aufmerksamkeit war aber damals durch die Entdeckungen Volta’s zu sehr in Anspruch genommen, um darauf zu achten. Eine gründliche Bearbeitung erfuhren diese Erscheinungen erst durch
Du Bois-Reymond
.
Bevor wir uns der Betrachtung der Erregung von Elektricität in anima- lischen Körpern zuwenden, wollen wir die Hauptwirkungen elektrischer Ströme auf das Nervensystem kennen lernen. Schließt man den Stromkreis einer vielplattigen Batterie, etwa einer nicht zu großen Voltasäule, durch den menschlichen Körper, so verspürt dieser im Momente der Schließung einen Schlag; dieselbe Wirkung tritt ein, wenn der Stromkreis unterbrochen wird. So lange der Strom durch den Körper circulirt, ist aber kaum eine Wirkung fühlbar. In ähnlicher Weise verhält sich der Froschschenkel: er geräth in Zuckungen beim Schließen oder Oeffnen des Stromkreises oder auch bei starken, rasch verlaufenden Schwankungen in der Stromstärke, bleibt aber bei gleichmäßigem Durchfließen des Stromes vollkommen in Ruhe. Du Bois-Reymond sprach das Gesetz der elektrischen Nervenerregung in nachstehender Weise aus:
Nicht der absolute Werth der Stromdichtigkeit in jedem Augenblicke ist es, auf den der Bewegungsnerv mit Zuckung antwortet, sondern die Veränderung dieses Werthes von einem Augenblicke zum andern, und zwar ist die Anregung zur Bewegung, welche diesen Veränderungen folgt, um so bedeutender, se schneller sie bei gleicher Größe vor sich gingen oder je größer sie in der Zeiteinheit waren.
Erinnern wir uns dessen, was über die Wirkung des Entladungsschlages einer Kleist’schen Flasche gesagt wurde, so können wir uns jetzt die kräftige physio- logische Wirkung derselben, trotz der geringen, den menschlichen Körper durch- fließenden Elektricitätsmenge leicht erklären: sie liegt eben in dem außerordentlich raschen Verlauf der Entladung. Auch bei den Inductionsströmen ist die rasche Ausgleichung der beiden Elektricitäten die Ursache lebhafter Nervenerregung.
Wenngleich elektrische Ströme auf
Bewegungsnerven
nur beim Oeffnen, Schließen oder Schwanken des Stromes deutlich wahrnehmbare Wirkungen hervor- rufen, so bleibt doch der constant fließende Strom auf die
Empfindungsnerven
nicht ohne Einfluß. Schon Volta theilte mit, daß er ein eigenthümliches und an- dauerndes Gefühl verspürte, wenn er den Strom einer 100elementigen Zink- Silbersäule durch seinen Leib gehen ließ. Ebenso andauernd äußert sich auch die Wirkung des galvanischen Stromes auf den Geschmackssinn. Werden die Draht- enden einer größeren Batterie in die Ohren eingeführt, so vernimmt man ein fortwährendes Geräusch. Immerhin sind aber auch die Wirkungen auf die Empfin- dungsnerven beim Oeffnen und Schließen oder bei Schwankungen des Stromes heftiger als bei gleichmäßig verlaufendem Strome.
Wie bereits erwähnt, tritt ein elektrischer Strom dann auf, wenn Nerv und Muskel in je ein mit Salzlösung gefülltes Gefäß getaucht werden und beide Lösungen noch überdies durch feuchte Baumwolle miteinander in Verbindung stehen.
Nobili
schaltete zur Prüfung der Empfindlichkeit eines Froschschenkels in dem beide Lösungen verbindenden Schließungsbogen einen Multiplicator ein. Der Froschschenkel zeigte im Momente des Schließens durch Zuckung den Strom an, die Multiplicatornadel blieb aber ruhig; folglich ist letztere unempfind- licher als der Froschschenkel. Die Empfindlichkeit des Froschschenkels für Strom- schwankungen ist so groß, daß man ihn zu den empfindlichsten Elektroskopen rechnen muß. Er verräth sogar jene minimalen Schwankungen, welche in den Draht- spiralen eines gewöhnlichen Bell’schen Telephons beim Ansprechen des letzteren entstehen. Die Stromschwankungen im Telephon sind gewissermaßen ein Spiegelbild der Schallschwingungen. Würde man die Schallschwingungen ebenso wie die Stromschwankungen durch Curven darstellen, so müßte jeder steil abfallenden oder ansteigenden Schallcurve eine ebensolche Stromcurve entsprechen. Verbindet man daher die Drahtenden eines Telephons mit den freigelegten Hüftnerven eines Frosches, so daß man jedoch den dazugehörigen Muskel nicht abtrennt, so wird letzterer beim Ansprechen des Telephons jedesmal zucken, so oft den Schallwellen steil verlaufende Curven entsprechen. E. du Bois-Reymond führt dieses Experiment in der Weise aus, daß er einmal in das Telephon das Wort „zuck’“ hineinruft, wodurch der Muskel, der steilen Curven in diesem Klange wegen, sich heftig zusammenzieht, ein andermal „lieg’“, wobei der Muskel ganz ruhig bleibt, weil dieser Klang ohne steile Curven verläuft.
Kehren wir wieder zu Nobili’s Versuchen zurück; der unempfindliche Multi- plicator wurde durch einen empfindlichen ersetzt und dieser zeigte auch immer den Strom durch Ausschläge der Nadel von 10 bis zu 30 Graden an. Die Richtung des Ausschlages war immer dieselbe, d. h. sie verrieth stets einen Strom, der von den Muskeln zu den Nerven oder von den Füßen zum Kopfe des Frosches gerichtet ist. Dieser Strom, der sogenannte
Froschstrom
, ist nicht von nur augenblicklicher Dauer, sondern kann, wenn gegen Austrocknen des Präparates Vorsorge getroffen wird, geraume Zeit erhalten werden. Man kann auch die Ströme in der Art verstärken, daß man mehrere Frösche so in einen Stromkreis anordnet, wie man galvanische Elemente zu einer Batterie verbindet. Merkwürdig ist, daß der Frosch- strom stundenlang andauern, also auf den Multiplicator wirken kann, während die Zuckungen kaum ¼ Stunde lang hervorgerufen werden können.
Weitere eingehende Untersuchungen des Muskelstromes, sowie die Auffindung eines Gesetzes danken wir Du Bois-Reymond. Letzterer bediente sich zu seinen Versuchen eines sehr empfindlichen Multiplicators (mit 4600 Windungen) und verband die Drahtenden desselben mit je einer Platinplatte; jede derselben tauchte
Fig. 215.
Der Muskelstrom.
in ein Gefäß mit concentrirter Kochsalzlösung. Wurde nur die Demonstrirung des Froschstromes beabsichtigt, so genügte es, die beiden Kochsalzlösungen in den Glasgefäßen durch den thierischen Körpertheil zu verbinden. Da jedoch die Einwirkung der concentrirten Salzlösung auf die thierischen Theile die Reinheit der Versuche beeinflussen kann, hat Du Bois-Reymond zu genaueren Untersuchungen eine andere Ver- bindungsweise der Salzlösungen an- gewandt.
Die Gläser, welche die Salzlösungen enthielten, wurden nämlich an je einer ihrer Innenflächen mit gut gefirnißten Holzklötzchen
k k
1
(Fig. 215) ver- sehen und auf diese kamen über den Rand der Gläser hinausragende Löschpapier- bäusche
p p
1
. Auf die Papierbäusche kam dann an jenen Stellen, auf welche der thierische Theil gelegt werden sollte, ein Stückchen Schweinsblase, die man vorher in Eiweiß vollkommen aufgeweicht hatte. Auf diese Eiweißhäutchen endlich wurde der thierische Theil gebracht und so jede directe Berührung desselben mit der Kochsalzlösung vermieden.
Bevor man jedoch zu den Versuchen selbst schreitet, verbindet man die beiden Papierbäusche durch einen dritten quer darüber gelegten Bausch, um sich zu über- zeugen, daß auf beiden in die Salzlösungen getauchten Platinblechen keine ver- schiedenen Polarisationszustände herrschen, oder wenn dies der Fall ist, um diese vorher auszugleichen.
Ist dies geschehen, also hat sich die Nadel wieder auf den Nullpunkt ein- gestellt, dann kann der Schließungsbausch entfernt werden, und hierauf legt man den zu prüfenden Muskel auf die vorher mit den Eiweißhäutchen bedeckten Zuleitungs- bäuschchen. Es erfolgt sofort ein heftiger Ausschlag der Galvanometernadel, der aber, wenn man den Muskel in seiner Lage beläßt, in eine bedeutend schwächere constante Ablenkung übergeht. Entfernt man den Muskel und schließt hierauf den Stromkreis durch Auflegen eines dritten Bausches, so schlägt die Nadel nach der entgegengesetzten Seite aus. Dieser Ausschlag rührt von der durch den Muskelstrom bewirkten Polarisation der Platinbleche her.
Die Richtung des Muskelstromes hängt von der Art ab, in welcher der Muskel mit den Bäuschchen in Berührung gebracht wird. Wird der Muskel so aufgelegt, daß ein Bäuschchen von dem sehnigen Ende, das andere von der Außenseite des rothen Muskelfleisches berührt wird, so geht der Strom in der Richtung vom Ende zur Außenfläche. Stellt man durch einen scharfen Quer- schnitt eine künstliche Endfläche dar und legt dann den Muskel so auf, daß die Querfläche den einen, die Oberfläche den andern Bausch berührt, so ist der bei dieser Anordnung stets auftretende Strom vom Querschnitte zur Oberfläche gerichtet. Auch eine künstlich hergestellte Längsfläche durch Zerreißen des Muskels in der Faserrichtung verhält sich wie eine natürliche Oberfläche. Es verhält sich also der natürliche oder künstliche Längsschnitt eines Muskels positiv gegen den natür- lichen oder künstlichen Querschnitt. Dieses Gesetz hat nach Du Bois-Reymond für das ganze Thierreich Giltigkeit.
Fig. 216.
Secundäre Zuckungen.
In Bezug auf die Dauer und den
Verlanf
des Muskelstromes haben
Matteucci’s
Untersuchungen ergeben, daß in den ersten 10 Minuten nach der Abtrennung des Muskels vom Thierleibe (oder der Tödtung des Thieres) der Strom bedeutend abnimmt, sich dann aber 5 bis 6 Stunden erhält; bewahrt man den Muskel in Wasser auf, so kann man mitunter selbst noch nach Ablauf eines Tages schwache Ströme nachweisen. Mit Eintritt der Todesstarre ist auch der Muskelstrom zu Ende. Ueberhaupt verläuft nach Du Bois-Reymond die elektromotorische Kraft des Muskels parallel mit seiner Erregbarkeit.
Eine sehr interessante Erscheinung, welche zuerst von Matteucci beobachtet, aber nicht richtig erklärt wurde, ist die der
secundären Zuckungen
. Du Bois- Reymond zeigte, daß letztere auf der Eigenschaft des im ruhenden Muskel oder Nerv circulirenden Stromes beruhen, nach welcher dessen Intensität immer dann einen raschen Abfall zeigt, wenn Nerv oder Muskel erregt werden. Man kann dies experimentell in nachstehender Weise zeigen. Der eine Schenkel eines Frosches wird so präparirt, daß der Nerv
N
1
(Figur 216) von seiner Austrittsstelle aus der Wirbelsäule an bloßliegt, bis zu dem ebenfalls freipräparirten großen Waden- muskel, mit welchem er im Zusammenhange erhalten wird. Am Präparat
II
ist der Nerv
N
2
gleichfalls bloßgelegt, aber der Unterschenkel
U
und die Pfote
Pf
daran gelassen. Hierauf wird Präparat
I
so an
II
gelegt, daß der Nerv von
II
den Muskel von
I
an zwei verschiedenen Stellen, nämlich an dem rothen Muskel- fleische bei
F
und am Sehnenspiegel bei
S
, berührt. Durch diese Lage bildet das Nervenstück bei
N
einen Schließungsbogen für den Muskelstrom in
F S
.
Erregt man jetzt den Nerv
N
1
in irgend einer Weise, z. B. durch einen Schnitt, so zuckt nicht nur der Muskel
F S
, sondern auch der Unterschenkel
U
, obwohl dieser mit dem ersterwähnten Muskel oder dessen Nerven in gar keinem anatomischen Zusammenhange steht. Die Erklärung für diese Erscheinung ist fol- gende: Das Präparat
II
fungirt als höchst empfindliches Elektroskop für den Muskelstrom in
F S
. Dieser hat aber durch die in Folge der Nervenerregung bewirkte Zuckung oder Zusammenziehung des Muskels eine plötzliche Abnahme seiner Intensität erlitten; durch das Nervenstück
N
2
, in welchem diese Strom- schwankung (Schwankung des Muskelstromes in
F S
) sich gleichfalls geltend machte, gelangte dann diese Stromschwankung in Form einer Zuckung von
U Pf
zur Anzeige.
Legt man den Nerv
N
1
über die Drahtenden
E E
1
einer Inductionsspirale und setzt diese in Thätigkeit, so wird der Nerv
N
1
nicht wie früher durch einen Schnitt in denselben nur einmal, sondern in rascher Folge sehr oft erregt. Der Muskel
F S
muß hierdurch in den Zustand dauernder Zusammenziehung versetzt, oder, wie man sich auch ausdrückt, „tetanisirt“ werden. Die Inductionsströme folgen nämlich so rasch aufeinander, daß der Muskel keine Zeit hat, zwischen den einzelnen Strömen aus dem Zustande der Zusammenziehung in den gewöhnlichen Zustand zurückzukehren. Da jede Zuckung im Präparate
I
auch eine solche im Präparate
II
bewirkt, so braucht wohl kaum bemerkt zu werden, daß auch der Tetanus im Präparate
I
einen Tetanus im Präparate
II
zur Folge hat.
Wird das Präparat
II
in entsprechender Weise durch ein Galvanometer ersetzt, so kann man auch direct nachweisen, daß die secundäre Zuckung im vor- stehenden Versuche von einer plötzlichen
Abnahme
des Muskelstromes herrührt, während durch unser Experiment eigentlich nur eine
Stromschwankung
(un- bestimmt welcher Richtung) nachgewiesen wurde. Du Bois-Reymond wies die Abnahme des Muskelstromes auch bei willkürlicher Contraction der Muskeln im Arme eines lebenden Menschen nach.
Schließlich sei noch bemerkt, daß an den
Nerven
frisch getödteter Thiere sich ganz dieselben Stromerscheinungen nachweisen lassen, wie an den Muskeln. Zur Nachweisung des
Nervenstromes
überhaupt wird der frisch präparirte Nerv auf eines der Löschpapierbäuschchen mit einem künstlichen Querschnitte auf das andere mit der natürlichen Längsfläche gelegt.
Weit zurück reichen die Nachrichten über Thiere, welchen die merkwürdige Kraft innewohnt, elektrische Schläge auszutheilen; freilich erkannte man damals noch nicht die elektrische Natur derselben. Die Thiere, beziehungsweise ihre elek- trischen Organe, wurden aber bereits zu Heilzwecken benutzt. Der nächst Hippo- krates berühmteste Arzt des Alterthums,
Claudius Galenos
, welcher im zweiten Jahrhunderte nach Christi lebte, verglich bereits die Wirkung des Zitterrochens mit der eines Magnetes. Jahrhunderte lang benutzen schon die Abyssinier den Zitteraal als Heilmittel gegen Nervenkrankheiten. Gegenwärtig kennen wir haupt- sächlich
drei elektrische Fische
, nämlich den Zitterwels, den Zitteraal und den Zitterrochen.
Der Zitterwels oder
Raasch
der Araber erreicht eine Länge von 30 bis 50 Centimeter und wurde von Forskal im Nil und von Adanson im Senegal auf- gefunden. Nach Brehm besteht das elektrische Organ des Raasch aus einem zwischen der ganzen Körperhaut und den Muskeln liegenden dünnen, einer Fett- schicht ähnlichen Gewebe, welches aus sechs oder mehr übereinanderliegenden Häuten besteht und zwischen ihnen einen Raum für eine gallertartige Masse giebt, auch von einer besonderen Schlag- und Hohlader und einem vielfach verzweigten Nerv gespeist und geleitet wird. Man schreibt diesem Zellengewebe heilende Eigenschaften zu, verbrennt es auf Kohlen und läßt auf den Kranken das Gas ausströmen, welches beim Verbrennen sich entwickelt. Der Zitterwels ertheilt, mit der Hand berührt, Schläge von verschiedener Stärke; es steht übrigens ganz im Belieben des Thieres, Schläge auszutheilen oder nicht.
Die kräftigsten elektrischen Schläge ist der Zitteraal im Stande zu ertheilen. Der Zitteraal wurde von
Alexander v. Humboldt
und dann von C.
Sachs
beschrieben. Humboldt stellte auch auf seiner amerikanischen Reise gemeinschaftlich mit Bonpland sehr viele Versuche an. Der Zitteraal kann eine Länge von zwei Meter und ein Gewicht von 15 bis 20 Kilogramm erreichen. Die Haut des Thieres (oben olivengrün, unten orangeroth) ist beständig mit einem Schleime überzogen, welcher, wie Volta gezeigt hat, die Elektricität zwanzig- bis dreißigmal besser leitet, als reines Wasser. Etwa vier Fünfttheile der Leibeslänge, schreibt Brehm, werden von den elektrischen Organen eingenommen. Diese, ihrer vier an der Zahl, liegen an den Bauchseiten des Fisches und reichen von dem hinteren Ende der Leibeshöhle bis zur Schwanzspitze, wiegen daher ein volles Drittheil des Gesammtgewichtes. Sie bilden eine hell röthlichgelbe, weiche, durchscheinende, gallertartige Masse und bestehen aus Längsbündeln, welche ihrerseits aus einer großen Anzahl häutiger, nahe aneinanderliegender, fast wagrechter Plättchen zu- sammengesetzt und durch Längshäute in Zellen getheilt sind.
Bajon
, erzählte Brehm, berührte einen Zitteraal mit dem Finger, ohne etwas zu empfinden, bekam aber kleine Schläge, wenn er den Finger auf den Rücken legte. Als derselbe Fisch beim Wechseln des Wassers auf den Boden ge- fallen war und kein Neger ihn aufheben wollte, ergriff er ihn selbst beim Schwanze, bekam aber einen so fürchterlichen Schlag, daß er fast umfiel und sein Kopf eine Zeitlang eingenommen war.
Nach Humboldt’s Versuchen hat der Zitteraal jeden Theil des Leibes in seiner Gewalt, man braucht daher nicht zwei Stellen des Fischkörpers zu berühren und so gewissermaßen eine Kette zu bilden, sondern es genügt die Berührung an einer Stelle und durch eine isolirt aufgestellte Person. Gegenseitig können sich die Zitter- aale nichts anhaben, wie dies durch Versuche von Humboldt und Sachs bewiesen wurde. Der Schlag eines Zitteraales kann so kräftig sein, daß er auch über kleine Luftzwischenräume sich fortpflanzt, d. h. an dieser Stelle einen elektrischen Funken erzeugt. Bei Uritucu mußte man sogar einmal einer Straße eine andere Richtung geben, weil die Zitteraale in einem Flusse sich so vermehrt hatten, daß alle Jahre eine Menge Maulthiere, welche mit ihrer Last durch den Fluß zu waten hatten, umkamen.
Der Zitterrochen wurde zuerst von
Redi
genauer untersucht und dann von
R
é
aumur, Bancroft, Humboldt, Geoffroy
u. A. Das elektrische Organ des Zitterrochen nimmt den Raum ein, der sich zwischen Kopf und Kiemen und den Brustflossen befindet. Es besteht, Fig. 217, aus kleinen, wie Bienenzellen neben- einanderstehenden, häutigen, durch Querscheidewände voneinander getrennten, von Nerven belebten Zellen. Die Wirkung der Schläge ist zwar bedeutend schwächer als beim Zitteraale, aber immer noch schmerzhaft genug; sie ist am heftigsten unter Wasser und um so fühlbarer, je größer die Fläche ist, welche berührt wurde. Das Thier ertheilt die Schläge ganz willkürlich und läßt sich durch Reizung be- wegen, viele nacheinander auszutheilen. Der Fisch erreicht bei anderhalb Meter Länge
Fig. 217.
Elektrisches Organ des Zitterrochen.
eine Breite von beiläufig einem Meter und ein Gewicht von 25 bis 30 Kilogramm.
Ueber die Wirksamkeit der elektrischen Organe der drei elektrischen Fische stehen sich zwei Ansichten schroff gegenüber.
Du Bois-Reymond
hält das elektrische Organ für einen Apparat ähnlich unseren gal- vanischen Batterien und glaubt, daß die darin verlaufenden Nerven nur einen in- directen Einfluß ausüben; sie sollen eben blos die Vollstreckung des Willens bewirken, wenn das Thier einen Schlag ertheilen will. Die Erregung elektrischer Ströme soll im Organ selbst stattfinden, gleichwie auch der Muskelstrom im Muskel entsteht.
Der französische Physiologe
Ranvier
hält hingegen das elektrische Organ für einen secundären Apparat, geradezu für einen solchen nach Art der Secundärbatterien. Elektrische Ströme sollen im Gehirne erregt werden und dann in den elektrischen Apparat über- strömen, wo sie chemische Veränderungen hervorrufen. Diese Ladungsoperation werde ausgeführt, wenn sich das Thier im Ruhe- zustande befindet. Will dasselbe einen Schlag austheilen, so schaltet es vermöge der eigen- thümlichen Nervenverzweigung die während der Ladezeit in Parallelschaltung befindlichen Secundärelemente auf Spannung um (d. h. stellt eine Verbindung derselben hintereinander her) und bewirkt in dieser Art die Entladung. Wir können uns hier auf die Einwürfe, die gegen die eine oder die andere der beiden Theorien gemacht wurden, umsoweniger einlassen, als zur Aufklärung dieser sehr interessanten Vor- gänge noch sehr viel zu prüfen und zu erforschen bleibt.
Zweite Abtheilung
.
22
Die moderne Elektrotechnik
.
I.
Die Elektricitäts-Generatoren.
W
ir erinnern uns aus der Geschichte der Elektricität, daß bereits
Thales
von Milet im siebenten Jahrhunderte v. Chr. die Eigenschaft des Bern- steines kannte, durch Reiben zur Anziehung kleiner, leichter Körperchen befähigt zu werden. Wenngleich die Ursache dieser Erscheinung damals noch nicht bekannt war, so bleibt doch immerhin der Bernstein das erste Mittel, mit dessen Hilfe Elektricität erregt wurde. Wir erinnern uns auch daran, daß der Magdeburger Bürgermeister Otto von Guericke mehr als zwei Jahrtausende darnach durch seinen Schwefelkugel-Apparat die erste Anregung zur Construction von Elektrisirmaschinen gab, die im Laufe der Zeit so weit vervoll- kommt wurden, daß sie eine ergiebigere Elektricitätsquelle darstellten. Die Elektrisir- maschinen sind Elektricitäts-Generatoren, in welchen Elektricität durch
Reibung
erregt wird.
Ein näheres Studium der elektrischen Entladungen, der hierbei auftretenden Erscheinungen und des Verhaltens der Leiter und Isolatoren führte dann zum Baue der Influenzmaschinen, d. h. zur Erfindung von Elektricitäts-Generatoren, mittelst welcher Elektricität durch
Influenz
erregt wird. Beiderlei Elektricitäts-Generatoren sind jedoch, von einigen speciellen Fällen abgesehen, nicht im Stande, die technische Verwendung der Elektricität im ausgedehnten Maßstabe zu ermöglichen. Die Ur- sachen hiervon sind in der unverläßlichen, von der Witterung abhängigen Function und hauptsächlich in der geringen Ergiebigkeit zu suchen. Wir wissen, daß beiderlei Maschinen zwar die Erregung hoher elektrischer Spannungen ermöglichen, aber äußerst geringe Elektricitätsmengen produciren.
Im Jahre 1800 beschenkte endlich
Volta
die Welt mit der nach ihm be- nannten Säule. Hiermit war eine dritte Art Elektricitäts-Generatoren, nämlich der
galvanische Generator
, gegeben. Sein Verhalten und seine Eigenschaften wurden im ersten Theile dieses Werkes eingehend gewürdigt und zeigten uns, daß mit diesem Generator Elektricität fast in beliebiger Menge und von hinreichender
22*
Spannung erhalten werden kann. Diese Umstände erklären es auch, warum erst von da ab die technischen Verwerthungen der Elektricität beginnen, sich dann aber außerordentlich rasch ausbreiten und ganz unentbehrlich machen. Doch besitzen auch die galvanischen Elektricitäts-Generatoren Nachtheile, welche deren Anwendung nur innerhalb bestimmter Grenzen technisch verwendbar machen. Ihr Hauptnachtheil ist der verhältnißmäßig hohe Preis, für welchen sie Elektricität liefern. Man kann sie daher nur dort vortheilhaft verwenden, wo eben nur der galvanische Strom im Stande ist, die gewünschte Arbeit zu leisten, oder wo das hiermit erzielte Resultat so wichtig ist, daß der Preis, um welchen es erzielt wird, gar nicht in Betracht kommt. Eine solche Verwerthung ist z. B. durch die elektrische Telegraphie gegeben. Der leichte und sichere Gedankenaustausch zwischen Personen, die auf dem ganzen Erdballe zerstreut sind, ist einerseits von so unschätzbarem Werthe und andererseits weder durch optische noch akustische Signale auch nur in annähernd befriedigender Weise zu ersetzen, daß hierbei der Preis des elektrischen Stromes gar nicht in Betracht kommen kann. Ebenso ist ausschließlich der elektrische Strom im Stande, gewisse chemische Arbeiten in der gewünschten Form zu leisten. Die Kosten der Erregung elektrischer Ströme kommen selbst bei der Erzeugung elektri- schen Lichtes so lange nicht in Betracht, als die Aufstellung eines großen, intensiven Lichtes in Folge irgend welcher Umstände außergewöhnliche Vortheile mit sich bringen kann, wie z. B. bei unaufschiebbaren nächtlichen Arbeiten im Freien u. s. w. Jedoch, so unschätzbar die Dienste, welche der galvanische Strom in solchen und ähnlichen Fällen zu leisten im Stande ist, auch sein mögen, immerhin muß seine Anwendung auf verhältnißmäßig eng begrenzte Gebiete und Ausnahmsfälle be- schränkt bleiben.
Da es bei den galvanischen Batterien im Wesentlichen darauf hinauskommt, Elektricität durch Umwandlung des Zinkes in ein verhältnißmäßig werthloses Zink- salz zu erregen, das Zink selbst aber durch Verbrennung der Kohle dargestellt wird, versuchte man die durch Verbrennung der Kohle freiwerdende Wärme
direct
zur Erregung elektrischer Ströme zu verwenden und so den mit Arbeitsverlust verbundenen Zwischenproceß (der Zinkgewinnung) zu umgehen. Auf diesem Wege gelangte man, wie uns bereits bekannt, zur Construction eines vierten Elektricitäts- Generators, nämlich der
Thermosäule
. Doch leider haben sich die hieran ge- knüpften Hoffnungen einer billigeren Gewinnung elektrischer Ströme bis heute noch nicht erfüllt, und daher ist die technische Verwerthung der Thermo-Elemente gegen- wärtig noch eine äußerst beschränkte.
Der rapide Aufschwung jedoch, den die Elektrotechnik in der jüngsten Zeit gewonnen hat, ist der Anwendung der
Induction
zur Erzeugung elektrischer Ströme zu verdanken. Hierin hat man ein Mittel gefunden, Elektricität in be- liebiger Menge und von beliebiger Spannung zu einem Preise zu erzeugen, der eine ausgedehnte Anwendung dieser Naturkraft zuläßt. Die Elektricitäts-Generatoren, welche auf dem Principe der Induction beruhen, sollen uns daher zunächst be- schäftigen.
1. Geschichte der elektrischen Maschinen
.
Den Ausgangspunkt für die Entwicklung der Maschinen bildet die Entdeckung der Induction durch
Faraday
im Jahre 1831. Bereits im Juli 1832 wurde die Induction zur Construction einer Maschine benützt. Die Beschreibung der- selben war in einem an Faraday gerichteten und mit P. M. unterzeichneten Briefe enthalten und wurde im „Philosophical Magazine“ vom 2. August 1832 ver- öffentlicht.
La lumière électrique,
Bd.
VII.
Diese Maschine bestand im Wesentlichen aus sechs auf einer Scheibe befestigten Hufeisenmagneten, welche mit ersterer so in Rotation gesetzt werden konnten, daß sich die Magnetpole an sechs mit Eisenkernen versehenen Spulen vorbeibewegten.
Diese Maschine wurde jedoch nie öffentlich in Thätigkeit gesetzt. Der Erste, welchem dies gelang, war
Pixii
am 3. September 1832. Fig. 218 möge uns zur Erläuterung des Princips dieser Maschine dienen. Ein kräftiger Stahlmagnet
N S
rotirt um seine Längsaxe unterhalb der mit Drahtwindungen umgebenen, feststehenden Eisenkerne
a b.
Es werden also die Magnetpole
S
und
N
fort- während den Eisenkernen
a
und
b
genähert und von ihnen wieder entfernt, in der Art, daß bei jeder ganzen Umdrehung des Magnetes die Richtung der Be- wegung in Bezug auf die feststehenden Eisen- kerne zweimal wechselt, und zwar in den Momenten, in welchen die Magnetpole den Eisenkernen gerade gegenüberstehen. Diese Stellung muß zweimal eintreten, nämlich wenn
S
und
b
,
N
und
a
sich gegenüberstehen und wenn
S
und
a
,
N
und
b
in diese Lage kommen.
Betrachten wir nun die Wirkung des Magnetpoles
S
auf den Eisenkern
b
, wenn ersterer sich dem letzteren nähert. Wie bekannt, wird hierdurch das Eisenstück
b
derart magne- tisch, daß das dem südpolaren Magnetpole
S
nächstliegende Ende einen Nordpol bekommt. Das Entstehen des Magnetismus im Eisen- stücke
b
inducirt in der ihn umgebenden Drahtspirale einen Strom; die Richtung des- selben ist leicht zu bestimmen:
Am Südpole des Hufeisenmagnetes haben die Amp
è
re’schen Ströme die Richtung
Fig. 218.
Maschine von Pixii.
der Bewegung eines Uhrzeigers, am Eisenstücke
b
, dieses mit seiner unteren Fläche gegen den Beschauer gewandt, eine der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzte Richtung. Der durch entstehenden Magnetismus in der Spirale inducirte Strom muß eine der letzterwähnten entgegengesetzte Richtung haben, folglich im Sinne der Uhrzeigerbewegung verlaufen. Die Richtungen dieser Ströme sind in der Figur durch Pfeile angegeben.
Dem Eisenkerne
a
nähert sich während des eben betrachteten Vorganges auf der anderen Seite der Nordpol des Hufeisenmagnetes. Auf letzterem ist die Rich- tung der Amp
è
re’schen Ströme entgegengesetzt der Bewegung des Uhrzeigers, folg- lich die Richtung der Ströme in
a
der Uhrzeigerbewegung gleichgerichtet und endlich die Richtung des Stromes in der
Spirale
bei
a
eine der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzte.
Die inducirten Ströme haben also in der Spirale bei
b
die Richtung der Uhrzeigerbewegung, bei
a
eine dieser Richtung entgegengesetzte. Sind jedoch beide Spiralen aus einem Drahte, und zwar so gewunden, wie es die Figur zeigt, so wird dieser Draht nur von Strömen
einer
Richtung durchflossen, wie dies aus der Figur leicht zu ersehen ist, wenn man die Stromrichtungen durch alle Windungen verfolgt.
Bei fortgesetzter Drehung des Hufeisenmagnetes nähern sich dessen Pole den Eisenstäben
a
und
b
so lange, bis
S
und
N
den Stäben
b
und
a
gegenüberstehen. Von diesem Momente an entfernen sich
S
von
b
und
N
von
a
oder, was dasselbe bedeutet,
S
nähert sich dem Stabe
a
und
N
dem Stabe
b.
Verfolgt man nun in gleicher Weise wie in dem zuerst betrachteten Stadium der Drehung die Einwirkung des Hufeisenmagnetes auf die Eisenstäbe
a
und
b
, sowie deren Spiralen, so gelangt man zu dem Resultate, daß jetzt den gesammten Draht
p p
' ein Strom durchfließt, dessen Richtung entgegengesetzt ist jener, welche sich aus der früheren Betrachtung ergab. Es wurde bereits früher angegeben, daß bei fortgesetzter Drehung des Huf-
Fig. 219.
Commutator.
eisenmagnetes im selben Sinne bei einer vollen Umdrehung des Magnetes ein Annähern seiner Pole an die Eisenstücke
a
und
b
und ein Ent- fernen von letzteren zweimal stattfindet. Es muß deshalb auch die Richtung der in der Spirale inducirten Ströme zweimal bei jeder Umdrehung wechseln.
Will man die in der Maschine erzeugten Ströme außerhalb derselben verwenden, so wird der fortwährende Wechsel ihrer Richtung für viele Zwecke störend sein. Um diesen Uebelstand zu beseitigen, hat deshalb Pixii seine Maschine mit einem Stromwender oder Commutator ver- sehen. Diesem fällt die Aufgabe zu, die Ableitung der in der Maschine erzeugten Ströme stets so zu reguliren, daß sie in immer gleicher Richtung den äußeren Stromkreis durchfließen.
Ein solcher Commutator ist in Fig. 219 schematisch dargestellt. Auf der Rotationsaxe
A
des Hufeisenmagnetes ist ein Cylinder aus iso- lirendem Materiale aufgesetzt, dessen Außenseite mit Metall, also einem guten Leiter, bekleidet wird. Dieser Metallmantel besteht jedoch nicht aus einem Stücke, sondern ist durch eine isolirende Zwischenschicht in zwei Theile
M
1
und
M
2
getheilt. Zwei auf dem Um- fange schleifende Metallfedern
F
1
F
2
leiten die in der Spirale
S
inducirten Ströme in den Commutator, zwei solche Federn
f
1
f
2
dienen dazu, die Ströme in den äußeren Stromkreis zu führen. Da die Commutatorscheibe an der Axe des rotirenden Hufeisenmagnetes festsitzt, muß sie auch seine Umdrehungen mitmachen, indeß die vier Schleiffedern über den Umfang der Scheibe gleiten. Die Figur läßt erkennen, daß hierbei jene Federn (
F
1
F
2
), welche die in der Spirale inducirten Ströme
zum
Commutator leiten, während der ganzen Umdrehung auf einem und demselben Theile des Metallmantels schleifen, indes für die Federn, welche die
Ableitung
der Ströme in den äußeren Stromkreis zu besorgen haben, verschiedene Stadien zu unterscheiden sind. Ein Blick auf die Figur lehrt, daß die letztgenannten Federn untereinander abwechselnd einmal auf dem oberen und darauf auf dem unteren Theile des Metallmantels schleifen müssen und zwischen diesem Wechsel den kurzen verti- calen Isolationsstreifen (in der Figur schwarz gezeichnet) zu passiren haben. Sind die Federn richtig gestellt, so werden sie gerade in jenem Augenblicke die isolirende Schicht passiren, also die mit ihnen in Berührung stehenden Metalltheile wechseln, in welchen die Stromrichtung in der Inductionsspirale wechselt. Diese wechselt nun, wie früher gezeigt wurde, bei einer vollen Umdrehung des Hufeisenmagnetes zweimal, und ebenso gelangt jede der Federn
f
1
und
f
2
bei einer vollen Umdrehung der Commutatorscheibe zweimal auf isolirende Zwischenschichten.
Es wechseln also stets gleichzeitig die Stromrichtung in der Inductionsspirale und die Metallstücke des Commutators, mit welchem die Ableitungsfedern
f
1
und
f
2
in Berührung stehen. Daraus ist leicht einzusehen, daß dieser immer gleich- zeitig eintretende doppelte Wechsel eine un- veränderte Richtung der Ströme in dem äußeren Stromkreise
s
zur Folge haben muß.
Fig. 220 giebt in perspectivischer An- sicht ein Bild der Gesammtanordnung der von Pixii construirten Maschine. Zwei verti- cale Säulen sind oben durch eine Traverse verbunden, welche die mit Eisenkernen ver- sehenen Inductionsspulen trägt. Unter diesen wird ein aus mehreren Lamellen zusammen- gesetzter, kräftiger Hufeisenmagnet mit Hilfe zweier Zahnräder und einer Kurbel um eine verticale Axe in Drehung versetzt. An letzterer ist der vorbeschriebene Commutator angebracht, an dessen Umfange die Strom zu- und ab- leitenden Federn schleifen. Die Maschine litt an dem Uebelstande, daß bei ihr die schwere Eisenmasse des Magnetes in Drehung versetzt werden mußte, was namentlich bei Maschinen größerer Dimensionen erhebliche Schwierig- keiten verursachen müßte.
Im selben Jahre, als Pixii seine Maschine construirte, übergab auch
Ritchie
die Beschreibung einer solchen der königlichen
Fig. 220.
Maschine von Pixii.
Gesellschaft in London (22. März 1833), und ebenfalls im Jahre 1833 wurde die Maschine von
Saxton
ausgestellt. Veröffentlicht wurde die Beschreibung der letzteren erst im Jahre 1836, gleichzeitig mit jener einer Maschine von
Clarke
. Diese Maschinen besaßen jedoch nichts wesentlich Neues. Es wurde der per- manente Hufeisenmagnet festgesetzt und vor seinen Polen, beziehungsweise zwischen seinen Polen ließ man die Inductionsspulen rotiren. Die Resultate, welche mit diesen Maschinen erzielt wurden, waren daher auch noch sehr wenig befriedigend.
Bedeutend günstigere Resultate gaben die größeren Maschinen von
Stöhrer
(1843), welcher mehrere, sehr große und kräftige zusammengesetzte Magnete anwandte und dicht über deren Polen ein System von Spulen rasch rotiren ließ. In der durch Fig. 221 dargestellten Maschine rotiren sechs Drahtspulen über den Polen dreier magnetischer Magazine. Hierbei ist die Drahtführung in den Spulen eine derartige, daß bei jeder Annäherung der Spulen an die Magnetpole in allen Spiralen Ströme einer Richtung entstehen und zusammen einen Summationsstrom geben. Ebenso entstehen beim Entfernen der Spulen von den Magnetpolen sich zu einem Gesammtstrome summirende Entfernungsströme. Die Richtung der sum- mirten Näherungsströme ist natürlich entgegengesetzt der Richtung der summirten Entfernungsströme. Sie werden in Ströme einer Richtung durch Anwendung des Commutators
a d
gebracht.
Die den früher construirten Maschinen überlegene Wirkung, welche Stöhrer durch Vermehrung der Magnete und Spulen erzielt hatte, war die Veranlassung, daß man auf diesem Wege fortfuhr, eine weitere Vervollkommnung der Maschinen anzustreben. Zunächst waren es
Nollet
(1849) und
Shephard
(1856), welche eine bedeutend größere Anzahl von Spulen und Magneten zur Construction ihrer Maschinen benützten. Der durch
Van Malderen
modificirten Maschine des Letzteren, welche unter dem Namen
Alliance-Maschine
bekannt wurde, gelang es auch
Fig. 221.
Maschine von Stöhrer.
bereits, zur praktischen An- wendung im größeren Maß- stabe zu gelangen; sie behauptet sich hierin auch gegenwärtig noch in einzelnen Fällen und wird daher bei Betrachtung der jetzt gebräuchlichen Ma- schinen beschrieben werden.
Einen ganz anderen Weg zur Vervollkommnung der Maschinen schlug Dr.
Werner Siemens
ein. Geleitet von dem Gedanken, daß die inducirende Wirkung der Magnete nur dann voll- kommen ausgenützt werden kann, wenn man die Induc- tionsspulen den Magnetpolen möglichst nahe bringt und so gegen die Spulen anordnet, daß ein möglichst großer Theil derselben der inducirenden Wirkung ausgesetzt ist, gelangte er im Jahre 1857 zur Construction der
Cylinder- Armatur
. Diese besteht in ihrer einfachsten Form aus einem eisernen Cylinder, der an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten derart ausgeschnitten ist, daß der Querschnitt des Cylinders die Form eines doppelten
T
annimmt (Fig. 222
a
). Die volle Gestalt des Cylinders wird dadurch wieder hergestellt, daß man die an den Seiten gebildeten Nuthen mit zur Axe des Cylinders parallelen Windungen eines isolirenden Kupferdrahtes ausfüllt (Fig. 222
b
). Die parallel nebeneinander aufgestellten Hufeisenmagnete (Fig. 222
c
) sind an ihren Polen
N S
kreisförmig ausgeschnitten und bilden so einen cylindrischen Hohlraum, in welchem sich die Cylinder-Armatur mit geringem Spielraume drehen kann. Durch diese Anordnung wird die Drahtspirale der stärksten magnetischen Einwirkung ausgesetzt und erfährt hierdurch die kräftigste Induction. Durch diese Construction erzielte Siemens bereits bei kleineren Dimen- sionen stärkere Ströme, als bei den früher erwähnten Maschinen erhalten werden konnten.
Fig. 223 stellt eine solche kleine Siemens-Maschine dar.
A
sind die vertical gestellten Stahlmagnete, zwischen deren kreisförmig ausgeschnittenen Polen bei
E
der Cylinder mit Hilfe des Rades
B
in rasche Rotation gesetzt werden kann.
x y
sind die Drähte, durch welche die Inductionsströme in den äußeren Stromkreis geleitet werden. Die Maschine besitzt nicht nur den bereits angegebenen Vorzug, daß die Drahtwindun- gen einer kräftigen inducirenden Wirkung ausgesetzt werden, son- dern auch den, daß die Dauer der Stromunterbrechung (der Zeitraum von einer bis zur nächsten Induction) sehr verkürzt erscheint. Die Maschine wurde noch weiter vervollkommnet und steht zum Theile heute noch, z. B. bei den Siemens’schen
Läute-Inductoren
, in Ver- wendung.
Wir wollen hier eines Vorschlages gedenken, der schon im Jahre 1851 von
Sinsteden
gemacht wurde und die Erregung kräftiger Inductionsströme be- zweckte, aber längere Zeit hin- durch keine weitere Beachtung fand. Sinsteden beschrieb nämlich in Poggendorff’s Annalen eine der Clarke’schen ähnliche Maschine und bemerkte hierzu, daß die Ströme, welche durch Einwir- kung permanenter Stahlmagnete auf bewegte Drahtspulen in diesen inducirt werden, zur Erregung von Elektromagneten benützt, solche von bedeutend größerer Kraft geben, als sie die perma- nenten Magnete besitzen. Läßt man dann neuerdings vor diesen kräftigen Elektromagneten Induc- tionsspiralen sich bewegen, so erhält man Inductionsströme von gesteigerter Kraft. Dieses Ver-
Fig. 222.
Cylinder-Armatur.
Fig. 223.
Siemens’sche Maschine.
halten gewähre daher ein Mittel, mit einem einzigen permanenten Magnete durch mehrmalige Wiederholung des eben angegebenen Verfahrens sehr kräftige Induc- tionsströme zu erhalten.
Bedeutend später, nämlich im Jahre 1864, nahm
Wilde
diese Idee wieder auf und construirte die in Fig. 224 abgebildete Maschine. Diese besteht, wie der erste Blick auf die Zeichnung lehrt, aus zwei übereinander gestellten Siemens’schen Maschinen
I
und
II.
Die permanenten Magnete
M M
der Maschine
I
erregen durch ihre Halbanker
c c
in der Cylinder-Armatur
n
Ströme, welche durch die Klemmen
a
und
b
in die Drahtwindungen der Elektromagnete
E E
der Ma- schine
II
geleitet werden. Zwischen den Halbankern
K K
dieser Magnete rotirt abermals eine Cylinder-Armatur
m.
Fig. 224.
Maschine von Wilde.
Die Wirkungen, die mit dieser Maschine erzielt wurden, übertrafen alle bis- her erhaltenen Resultate um ein Bedeutendes. Die praktische Verwerthung ließ daher auch nicht lange auf sich warten. Elkington benützte die Ma- schine in seiner galvanoplasti- schen Fabrik zu Birmingham zur Darstellung galvanoplasti- scher Niederschläge, andere ge- brauchten sie zur Erzeugung elektrischen Lichtes in photo- graphischen Ateliers oder zur Darstellung von Ozon für Bleichzwecke u. s. w. Wilde’s Maschine zeigt jedoch einen be- deutenden Uebelstand, der um so störender auftrat, je länger die Maschine in Gang war; dieser bestand nämlich in der starken Erhitzung der Eisen- massen, welche eine erhebliche Stromschwächung bewirkte und so die Erregung gleich stark bleibender Ströme unmöglich machte.
Eine mächtige Förde- rung wurde der Entwicklung der elektrischen Maschinen durch die Entdeckung des
dynamischen Principes
von Dr.
Werner Siemens
einerseits und durch die Construction der
Ring- Armatur
von
Pacinotti
andererseits zu Theil. Hierdurch erhielten die Maschinen überhaupt jene Leistungsfähigkeit, durch welche sie heute zu so hoher Bedeutung gelangt sind.
Beschäftigen wir uns zunächst mit dem dynamischen Principe. Wie es bei großen Entdeckungen so häufig der Fall ist, ging es auch hier: Siemens hatte Vorläufer, die seine epochemachende Entdeckung zwar nicht in der klaren und un- zweideutigen Weise öffentlich aussprachen, wie es Siemens that und wie es zur Feststellung einer Priorität strenge gefordert werden muß, die aber immerhin darauf Anspruch erheben können, in der Geschichte der Erfindungen genannt zu werden.
Darnach haben wir zuerst den Dänen
Soren Hjorth
zu nennen. Die Zeitschrift
„La lumière électrique“
(
T. VII
und
VIII
) theilt diesbezüglich ein am 14. October 1854 genommenes Patent mit, in welchem Hjorth eine Maschine beschreibt, bei welcher permanente Magnete auf die rotirende Armatur inducirend wirken und die hierdurch erhaltenen Inductionsströme dazu benützt werden, Elektro- magnete zu erregen, welche gleichfalls auf dieselbe Armatur inducirend einwirken. In einem im darauffolgenden Jahre (1855) genommenen Patente erklärt Hjorth die Wirkungsweise seiner verbesserten Maschine in nachstehender Weise: Die perma- nenten Magnete wirken auf die Armaturen, welche hintereinander zwischen den Polen durchgehen, indem sie einen Strom in den Spulen der Armaturen induciren; dieser Strom fließt, nachdem er durch die Commutatoren gleichgerichtet ist, um die Elektromagnete, erregt diese und wirkt auf die Armaturen: durch diese gegen- seitige Wirkung der Elektromagnete und der Armaturen erhält man eine wachsende Kraft, durch welche elektrische Ströme erregt werden, die an Intensität und Quantität jene weit übertreffen, welche man bisher durch irgend ein beliebiges Mittel erhalten konnte. Der Beschreibung der Maschine fügt Hjorth noch die Bemerkung bei: Die permanenten Magnete können ebenso wie die Elektromagnete umwunden sein, was den Vortheil mit sich bringt, die Permanenz ihres Magnetis- mus besser zu sichern.
Da man unter dem dynamischen Principe die Erregung starker elektrischer Ströme nicht unter Anwendung permanenter Magnete, sondern ausschließlich mit Hilfe des schwachen im Eisen zurückgebliebenen remanenten Magnetismus durch Rotation, also Arbeitsaufwand, versteht, so wird man aus den citirten Patent- beschreibungen ersehen, daß Hjorth der Entdeckung des dynamischen Princips zwar sehr nahe kam, selbe aber doch nicht für sich in Anspruch nehmen kann, weil eben permanente Magnete noch einen wesentlichen Bestandtheil seiner Maschine bilden, was namentlich aus der der Patentbeschreibung beigefügten Zeichnung ersichtlich ist. Fig. 225 ist die der oben citirten Zeitschrift entlehnte Skizze.
A A
stellen die permanenten Magnete,
B B
die Elektromagnete und
C C
die Inductionsspulen, welche zwischen den Magnetpolen in Rotation gesetzt werden, dar.
Gegen die Zuerkennung der Priorität an Soren Hjorth spricht auch noch ein anderer Umstand. In der Wissenschaft gilt, wie Siemens in einem an den Verein deutscher Ingenieure gerichteten Briefe ganz richtig bemerkt, der allgemein angenommene, von Arago beantragte und von der französischen Akademie adoptirte Grundsatz, daß ein Prioritätsrecht Demjenigen zusteht, der einen neuen Gedanken zuerst in klarer, verständlicher Weise durch den Druck oder Mittheilung an eine Akademie oder Gesellschaft, welche ihre Verhandlungen publicirt, veröffentlicht hat. Es ist klar, daß die Beschreibung der Maschine von Hjorth in einem Patent- gesuche dieser Anforderung nicht entspricht.
Ebenso verhält es sich mit den Prioritätsansprüchen, welche man für
Varley
geltend zu machen suchte. Diese Ansprüche gründen sich auf eine provisorische Specification vom 24. December 1866, welche im englischen Patentamte nieder- gelegt wurde. Sie wurde beiläufig ein Jahr nach der durch Siemens erfolgten Veröffentlichung des dynamischen Princips erst bekannt. Varley’s Maschine bestand aus hufeisenförmigen Elektromagneten, zwischen deren Schenkel sich Elektromagnete drehen. Die Drähte der letzteren sind unter Vermittlung eines Commutators mit den ersterwähnten Elektromagneten verbunden. Die fixen Elektromagnete hatten Kerne aus weichem Eisen. Die Erfinder (Varley und sein Vater) sagten, man müsse zuerst in den Drähten dieser Elektromagnete einen Strom durch eine leichte Magnetisirung der Eisenkerne erregen, um den ersten zum Ingangsetzen der Maschine nothwendigen Inductionsstrom zu erhalten.
Die Priorität der Entdeckung des dynamischen Princips wurde ferner für Ch.
Wheatstone
reclamirt. Allerdings wurden die Maschinen von Siemens und von Wheatstone in derselben Sitzung der
Royal Society
(am 14. Februar 1867) vorgezeigt und durch Vorträge erläutert. Siemens hatte jedoch schon am 17. Januar 1867 eine Abhandlung unter dem Titel: „Ueber die Umwandlung von Arbeits- kraft in elektrischen Strom ohne Anwendung permanenter Magnete“ der Berliner Akademie überreicht. Siemens weist in dieser Abhandlung darauf hin, daß die Bewegung stromdurchflossener Theile eines und desselben Stromkreises voneinander oder gegeneinander eine Verstärkung oder Schwächung des Stromes zur Folge hat, je nachdem die Bewegung im Sinne der von den Strömen ausgeübten In- ductionswirkungen oder im entgegengesetzten Sinne stattfindet. Diese Wirkung wird verstärkt, wenn jene Theile des Stromkreises um Eisenkerne geführt sind, d. h. wenn
Fig. 225.
Maschine von Hjorth.
Elektromagnete die bewegten Theile sind. Solche Fälle treten bei den elektrischen Maschinen ein. Wird eine derartige Maschine durch Einleiten eines Stromes in Bewegung gesetzt,
In welcher Weise dies erfolgt, werden wir bei der Kraftübertragung zu betrachten Gelegenheit haben.
so werden durch die Bewegung der stromdurchflossenen Theile gegeneinander Ströme inducirt, welche eine dem treibenden Batteriestrome ent- gegengesetzte Richtung besitzen. Diese Ströme schwächen natürlich den Batteriestrom und daher kommt es auch, daß elektromagnetische Motoren nicht mit gutem Erfolge durch galvanische Batterien betrieben werden können.
Wird hingegen die Maschine durch mechanische Kraft gezwungen, sich in umgekehrter Richtung zu bewegen, so müssen offenbar jetzt die bei Annäherung und Entfernung der Maschinentheile inducirten Ströme dieselbe Richtung wie der Batteriestrom besitzen, sie müssen also diesen verstärken. Es wirkt dann ein ver- stärkter Strom auf die Magnete, daher ein kräftigerer Magnetismus auf die In- ductionsspulen, folglich muß die Stärke der von der Maschine gelieferten Induc- tionsströme wachsen, dann abermals die magnetische Kraft erhöhen u. s. w. Man wird dann die galvanische Batterie ganz ausschalten können und doch Inductions- ströme bedeutender Stärke von der Maschine erhalten, so lange die Rotation andauert. Mit Beendigung dieser verschwindet aber auch der Magnetismus der Elektromagnete.
„Der geringe Grad von Magnetismus,“ heißt es dann in der genannten Abhandlung, „welcher auch im weichen Eisen stets zurückbleibt, genügt aber, um
Fig. 226.
Dr. Werner Siemens.
bei wieder eintretender Drehung das progressive Anwachsen des Stromes im Schließungskreise von neuem einzuleiten. Es bedarf daher nur eines einmaligen kurzen Stromes einer Kette durch die Windungen des festen Elektromagnetes, um den Apparat für alle Zeit leistungsfähig zu machen.“
Siemens erklärt dann, daß dieses Verhalten zwar bei jeder elektromagnetischen Maschine eintritt, wenn diese auf Anziehung und Abstoßung von Elektromagneten gegründet ist, deren Windungen Theile eines und desselben Stromkreises sind, daß aber zur Herstellung von Maschinen großer Leistungsfähigkeit gewisse Regeln zu beachten sind. Auch diese wurden in der ersten Abhandlung bereits klar aus- einandergesetzt, und hierauf fährt Siemens fort:
„Mit Hilfe einer derartig eingerichteten Maschine kann man, wenn die Ver- hältnisse der einzelnen Theile richtig bestimmt sind und der Commutator richtig eingestellt ist, bei hinreichend schneller Drehung in geschlossenen Leitungskreisen von geringem unwesentlichen Widerstande Ströme von solcher Stärke erzeugen, daß die Umwindungsdrähte der Elektromagnete durch sie in kurzer Zeit bis zu einer Tem- peratur erwärmt werden, bei welcher die Umspinnung derselben verkohlt.“
Auch die hohe Bedeutung der Entdeckung wurde von Siemens sofort er- kannt, wie aus nachstehenden Schlußworten erhellt: „Der Technik sind gegenwärtig die Mittel gegeben, elektrische Ströme von unbegrenzter Stärke auf billige und bequeme Weise überall zu erzeugen, wo Arbeitskraft disponibel ist. Diese Thatsache wird auf mehreren Gebieten derselben von wesentlicher Bedeutung werden.“
Die Priorität der Entdeckung des dynamischen Princips ist somit unzweifel- haft
Werner Siemens
zuzuschreiben.
Ernst Werner Siemens
wurde zu Lenthe bei Hannover am 13. December 1816 geboren, besuchte die Artillerie- und Ingenieurschule zu Berlin und wurde im Jahre 1838 Artillerie-Officier. Früh- zeitig wandte er dem Studium der mathematisch-physikalischen Fächer und der
Fig. 227.
Dynamoelektrische Maschine von Siemens.
Chemie besondere Aufmerk- samkeit zu. In Folge ein- gehender Studien der elektro- magnetischen Telegraphie, welchen er sich in der Artillerie- werkstätte zu Berlin widmete, wurde er im Jahre 1847 der Commission zur Ein- führung der elektrischen Tele- graphie in Preußen zugetheilt. Durch ihn wurden im Jahre 1848 die ersten unterseeischen Minen mit elektrischer Zün- dung im Kieler Hafen gelegt, und ebenso die unterirdischen Telegraphen-Leitungen von Berlin nach Aachen und Frankfurt. Im Jahre 1848 trat Siemens aus der Armee aus und gründete mit dem Mechaniker Halske in Berlin eine Telegraphen- bau-Anstalt, die sich, wie bekannt, in kurzer Zeit zu einem Fabriks-Etablissement ersten Ranges erhob. W. Siemens wurde gelegentlich des Jubiläums der Berliner Universität zum
Dr. phil.
und im Jahre 1872 zum ordentlichen Mitgliede der Berliner Akademie ernannt.
Die Zahl seiner wissenschaftlichen und praktischen Erfindungen und Entdeckungen ist eine außerordentlich große. Schon im Jahre 1841 nahm er ein Patent auf galvanische Versilberung und Vergoldung; weitere Arbeiten sind: das elektrische Chronoskop, über die Flaschenladung submariner Kabel, Aufsuchung der Fehler und Beschädigungen unzugänglicher Telegraphenleitungen, das System selbstthätiger Zeiger- und Typendrucktelegraphen, die Herstellung reconstruirbarer Widerstandsmaße, des elektromagnetischen Gegensprechers, der elektrischen Magnet-Inductoren, Wasser- standszeiger, des Abstimmungstelegraphen, des Selenphotometers, Herstellung von Meßinstrumenten, Verbesserungen an Apparaten zur elektrischen Beleuchtung, Kraft- übertragung u. s. w. Die Aufzählung aller Arbeiten, die Siemens selbst geliefert hat oder die der Firma Siemens und Halske zu verdanken sind, würde uns hier zu weit führen.
Fig. 227 stellt die dynamische Maschine von Siemens in einfachster Form dar. An die verticale Eisen- platte
P
sind zwei horizon- tale ebensolche Platten an- geschraubt und mit einigen Lagen eines übersponnenen Kupferdrahtes umwunden; letztere bilden somit die Schenkel
E E
eines hufeisen- förmigen Elektromagnetes, dessen oberer Pol bei
N
sicht- bar ist. Zwischen den halb- cylindrisch ausgehöhlten Polen dieses Elektromagnetes be- findet sich die Cylinder- Armatur
n.
Dieselbe kann um die horizontale Axe
A
in rasche Rotation versetzt werden. Das eine Ende der Armaturwin- dungen ist mit der Axe
A
, das andere mit einem auf der Axe isolirt aufgesetzten Metall- cylinder leitend verbunden. Auf der Axe schleift die mit der Klemmschraube
b
verbun- dene Metallfeder 2, auf dem isolirten Metallcylinder die mit
a
in Verbindung stehende Feder 1. Die Drähte
c
und
d
verbinden die beiden Klemm- schrauben mit den Draht- windungen des Elektromagne- tes und vereinigen hierdurch die Drahtwindungen der Armatur mit jenen der Elek- tromagnete zu einem ununter- brochenen Stromkreis.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der Siemens- schen dynamoelektrischen Ma- schine möge Fig. 228 dienen.
Fig. 228.
Cylinder-Armatur von Siemens.
Die halbcylindrisch ausgehöhlten Pole
N N
und
S
der Elektromagnetschenkel
E E
sind, um die Cylinder-Armatur sichtbar zu machen, nur punktirt gezeichnet. Die Cylinder-Armatur selbst besitzt der Deutlichkeit wegen nur eine Drahtwindung und läßt die Verbindungsweise der letzteren mit der Axe
A X
, beziehungsweise dem isolirt aufgesetzten Metallcylinder
M
deutlich erkennen. In dieser (Fig. 228) sowie auch in der vorhergehenden Figur (227) ist keine Vorrichtung gezeichnet, um den in der Armatur erregten Strömen wechselnder Richtung ein und dieselbe Richtung zu geben, bevor sie in die Drähte
c d
gelangen. Auch dies ist der Ueber- sichtlichkeit wegen geschehen.
Rotirt die Armatur in der Richtung des Pfeilers bei
X
um die Axe
A X
, so nähert sich
s s
der oberen Platte
N N
des Elektromagnetes
E
und
n n
der unteren Platte
S
derselben. Hat man durch die Drahtwindungen des Elektro- magnetes für kurze Zeit einen Batteriestrom geleitet, so bleibt im Elektromagnete remanenter Magnetismus zurück, nehmen wir an, in der oberen Platte Nord- magnetismus, in der unteren Südmagnetismus. Dieser remanente Magnetismus wirkt dann auf die Eisenmasse der Armatur und muß in dem Cylinderabschnitte
s s
Südmagnetismus, in dem Cylinderabschnitte
n n
Nordmagnetismus nach den uns bekannten Gesetzen erregen. Nun wissen wir aber, daß entstehender Magnetismus in benachbarten Leitern Ströme erregt, deren Richtung entgegengesetzt ist jener, welche die Amp
è
re’schen Ströme besitzen, die wir uns im Magnete denken können. Blicken wir in der Richtung der Bewegung der Armatur auf diese, so haben hier in
s s
die Amp
è
re’schen Ströme die Richtung der Uhrzeigerbewegung. Sie ver- laufen also, wenn wir uns eine Taschenuhr mit ihrem Zifferblatte gegen
B
ge- wandt vorstellen, an der oberen Kante von
s s
in der Richtung von rückwärts nach vorne, folglich muß der Inductionsstrom in der Drahtwindung auf deren oberen Hälfte von vorne nach rückwärts verlaufen. Am unteren Theile der Uhr bewegt sich der Zeiger von vorne nach rückwärts, folglich der Strom in dem unteren (gedeckten) Theile der Drahtwindung von rückwärts nach vorne. Diese Stromrichtungen sind in der Zeichnung durch beigesetzte Pfeile ersichtlich gemacht.
Dasselbe Resultat erhalten wir bei Betrachtung der Einwirkung des bei
n n
entstehenden Nordmagnetismus auf die Drahtwindung. Bei
n n
haben die Amp
è
re- schen Ströme eine Richtung, welche der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzt ist. (Wir haben uns nun die Uhr mit ihrer rückwärtigen Fläche auf
n n
gelegt zu denken.) Es verläuft daher der Inductionsstrom im Sinne der Uhrzeigerbewegung, wie dies auch die Pfeile anzeigen.
Der remanente Magnetismus in
N N
und
S
erregt also einen schwachen Magnetismus in
s s
,
n n
und durch diesen wird in der Drahtwindung oder in Wirklichkeit in den Drahtwindungen der Armatur ein Inductionsstrom von be- stimmter Richtung hervorgerufen. Dieser gelangt in Folge der durch die Federn 1 und 2 hergestellten Verbindung in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
E E
und regt diesen an. Bei
N N
und
S
wirkt nunmehr nicht nur der remanente Magnetismus, sondern auch noch der durch den schwachen Inductionsstrom erregte Elektromagnetismus, d. h. die Kraft des Elektromagnetes
E E
ist verstärkt worden. Dem entspricht natürlich auch eine verstärkte Wirkung auf die Armatur, in welcher nun Inductionsströme von erhöhter Stärke auftreten müssen. Da diese neuerdings in die Drahtwindungen der Elektromagnetschenkel gelangen, so wird die Kraft des Magnetes abermals erhöht u. s. w. Die Wechselwirkung zwischen Magnet und Armatur hat ein progressives Anwachsen des Stromes bis zu einer Stärke zur Folge, deren Höhe von der Construction der Maschine und der Rotations- geschwindigkeit abhängt.
Wir haben bis jetzt die Wirkungsweise der Maschine immer nur für eine bestimmte Lage des Cylinders während seiner Rotation betrachtet, haben daher noch die übrigen Stadien zu erörtern. Das oben Gesagte hat offenbar so lange Geltung, als
s s
unter der Einwirkung von
N N
und
n n
unter jener von
S
steht. Bei Fortsetzung der Drehung gelangen dann
s s
ebensowohl als
n n
in den Zwischenraum zwischen
N N
und
S
, d. h. in eine Lage, in welcher sich die magnetisirende Wirkung von
S
und
N
nicht geltend machen kann, also der Cylinder unmagnetisch wird. Hierauf folgt jenes Stadium, bei welchem
n n
in die Stellung kommt, die früher
s s
eingenommen hat, und
s s
in jene Stellung, die früher
n n
eingenommen hat. Es muß also jenes Cylinderstück, welches in der ersten Stellung Nordmagnetismus erhielt, jetzt Südmagnetismus erhalten; jenes, welches früher Südmagnetismus zeigte, jetzt Nordmagnetismus bekommen.
Mit dem Eisencylinder dreht sich auch die Drahtwindung (oder in Wirklich- keit drehen sich die Drahtwindungen) und daher wird der früher gedeckt gewesene, mit dem Metallcylinder
M
in Verbindung stehende Theil jetzt sichtbar werden oder nach oben gelangen und der zur Axe
A X
führende Theil nach unten kommen, wie dies in dem getrennt gezeichneten Theile der Fig. 228 zu erkennen ist. Die Inductionsvorgänge sind bei dieser Stellung des Cylinders natürlich genau die- selben wie in der ersten Stellung, da der Cylinder vollkommen symmetrisch gebaut ist. Der einzige Unterschied beider Stellungen besteht darin, daß jetzt die mit dem Metallcylinder
M
in Verbindung stehenden Drahtlagen nach oben gekommen sind. Dies hat zur Folge, daß im ersten Falle der Inductionsstrom von
M
über 1 nach
d
und von
c
über 2 nach
a
fließt, während er im letzterwähnten Stadium der Cylinderdrehung den umgekehrten Weg einschlagen muß, nämlich von
a
über 2 nach
c
und von
d
über 1 nach
M.
Es ergiebt sich daher aus der Betrachtung einer vollen Umdrehung der Cylinderarmatur, daß, wenn wir die zuerst behandelte Stellung als Beginn der Bewegung auffassen, zunächst in den Drahtwindungen der Armatur Ströme
einer
Richtung inducirt werden, hierauf eine Stellung folgt, in welcher die Drähte stromlos sind, dann abermals Ströme inducirt werden, aber von der
entgegen- gesetzten
Richtung, dann neuerdings die Stromerregung unterbrochen wird und schließlich wieder Inductionsströme der ersten Richtung auftreten.
Soll daher die Maschine als dynamoelektrische fungiren, also der Elektro- magnet nicht durch eine eigene Stromquelle, sondern durch den in der Armatur selbst erzeugten Strom erregt werden, so muß mit der Maschine offenbar ein Commutator verbunden sein, durch dessen Vermittlung die Inductionsströme stets in einer und derselben Richtung durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes gesandt werden, da nur unter dieser Bedingung der Magnetismus eine progressive Steigerung erfahren kann.
Es muß noch die Frage beantwortet werden, wieso es kommt, daß der Magnetismus zunimmt, trotzdem die Maschine keinen
continuirlichen
, sondern nur
einzeln
aufeinanderfolgende Ströme durch die Drahtwindungen des Elektro- magnetes sendet und, wie wir wissen, der Magnetismus eines weichen Eisens ver- schwindet, sobald der ihn erregende Strom unterbrochen wird. Würde der in den Eisenplatten des Elektromagnetes erregte Magnetismus mit dem Aufhören des Stromes momentan erlöschen, so wäre die früher geschilderte Wirkungsweise der Maschine allerdings unmöglich. Nun verschwindet aber der in einem Eisen erregte Magnetismus in Folge der Trägheit der Eisenmoleküle thatsächlich nicht momentan
Urbanitzky
: Elektricität. 23
und überdies ist durch geringen Zwischenraum zwischen den beiden Polen des Magnetes und durch die rasche Rotation des Cylinders die Unterbrechungsdauer so sehr verkürzt, daß der Elektromagnet die ihm von einem Inductionsstrome er- theilte Kraft noch nicht verloren hat, bis der darauffolgende Inductionsstrom durch seine Drahtwindungen kreist.
So vortheilhaft dieses Verhalten des Eisens für die Wirkungsfähigkeit der Elektromagnete ist, so nachtheilig wird es im Eisen des rotirenden Cylinders. Dieser muß, wie bereits gezeigt wurde, seine Polarität fortwährend wechseln, und dies giebt Veranlassung zu oft sehr bedeutender Erhitzung.
Nach einer an die Royal Society am 14. März 1867 gerichteten Mittheilung
Ladd’s
erhielt dieser im Jahre 1864 eine Maschine von Wilde und bestrebte sich, diese zu verbessern. Hierbei machte sein Assistent
Tisley
die Bemerkung: „Man könne die Armatur mit doppelten Windungen versehen und dann den in einem Theile dieser Windungen erzeugten Strom zur Erregung der Elektromagnete be-
Fig. 229.
Maschine von Ladd.
nützen, den in dem anderen Theile erzeugten Strom hin- gegen im äußeren Strom- kreis verwenden.“ Die praktische Ausführung dieser Idee unter- blieb jedoch, bis Ladd, durch die Publicationen von Siemens und Wheatstone neuerdings darauf aufmerksam gemacht, die in Fig. 229 dargestellte Maschine construirte und mit ihr bei der Pariser Aus- stellung im Mai 1867 großes Aufsehen erregte.
Ladd hatte in dem Pa- tente, welches er auf diese Maschine nahm, auch bereits mitgetheilt, daß die ursprüng- liche Erregung von Magnetismus durch einen Batteriestrom unnöthig sei, daß vielmehr der in jedem Eisen vorhandene, wenn auch noch so geringe natürliche Magnetismus ausreiche, um die Maschine wirksam zu machen, sobald die Armaturen in Rotation versetzt werden.
Ladd’s Maschine besteht aus zwei Elektromagneten und zwei Siemens’schen Cylinderarmaturen. Die beiden Elektromagnete
B
und
D
sind aus flachen Eisen- platten gebildet, die an ihren von Drahtwindungen freien Enden (
A A
) mit halb- cylindrisch ausgehöhlten Halbankern versehen sind. (Die Halbanker des Magnetes
B
sind in der Figur mit den Buchstaben
C C
und
C' C'
bezeichnet.) Die beiden Cylinderarmaturen tragen bei
m
und
n
Commutatoren zur Gleichrichtung der Ströme. Die Federn
F
und
F'
führen zu je zwei Klemmschrauben. Die Rotation der Cylinder wird durch eine gemeinsame Transmission bewirkt.
Die Federn
F
, welche auf der kleineren Cylinderarmatur schleifen, stehen durch die dazugehörigen Klemmschrauben mit den Drahtwindungen der Elektromagnete
B D
derart in Verbindung, daß diese mit den Drahtwindungen der kleinen Cylinder- armatur einen geschlossenen Stromkreis bilden. Hierbei sind die Drahtwindungen der Elektromagnete derart angeordnet, daß sich bei jeder Cylinderarmatur zwei entgegengesetzte Pole gegenüberstehen. Die rechtsseitige Hälfte der Ladd’schen Maschine ist also einfach eine Siemens’sche dynamoelektrische Maschine. Die Ströme, welche in der linksseitigen Armatur inducirt werden, finden durch die Federn und Klemm- schrauben bei
F'
ihre Ableitung in den äußeren Stromkreis und können dort zu irgend welchen Zwecken, z. B. zur Erregung von Licht (bei
H
), verwendet werden.
Sobald die Maschine in Bewegung gesetzt wird, inducirt der remanente Magnetismus in den beiden Armaturen schwache Inductionsströme. Die in der kleinen Armatur
n
erregten Ströme werden gleichgerichtet und in die Drahtwindungen der Elektromagnete geleitet, wo sie den Magnetismus derselben verstärken. Hierauf tritt durch die Wechselwirkung zwischen Armatur und Magnet die uns bereits be- kannte progressive Steigerung der Stromstärke ein. Während die in der rechts- seitigen Armatur erregten Ströme ausschließlich für die Elektromagnete verwendet werden, dienen die in der linksseitigen Armatur hervorgerufenen Ströme zur Arbeits- leistung im äußeren Stromkreise.
Auch die von Tisley ausgesprochene Idee, nur eine Cylinderarmatur anzu- wenden, diese aber mit zwei voneinander getrennten Drahtlagen zu versehen, wurde von
Ruhmkorff
und
Gaiffe
ausgeführt. Ferner wurden auch von der Firma
Siemens
und
Halske
Maschinen mit mehreren Armaturen gebaut, z. B. eine mit drei wagrechten Elektromagneten und sechs Cylinderarmaturen. Diese Maschinen gaben zwar gute Resultate, litten aber alle an dem Uebelstande starker Erhitzung.
Obgleich nicht geleugnet werden kann, daß die Entdeckung des dynamischen Principes einen hochwichtigen und wesentlichen Fortschritt in der Maschinencon- struction bedeutet, so ist es auch durch diesen noch nicht gelungen, der Maschine jene außerordentliche Bedeutung zu geben, welche sie sich gegenwärtig errungen hat. Dazu brachten es erst
Pacinotti
und
Gramme
durch Erfindung der Ring- armatur. Die Priorität dieser Erfindung gebührt Ersterem, das Verdienst, sie in der Praxis zur allgemeinen Anerkennung gebracht zu haben, Letzterem. Pacinotti veröffentlichte seine Erfindung im Jahre 1863 im „Nuovo Cimento“, fand aber damals keine Beachtung.
Dr.
Antonio Pacinotti
construirte seine erste elektromagnetische Maschine schon im Jahre 1860 für das technologische Museum der Universität Pisa. Die Abbildung dieser Maschine in Fig. 230 ist der Zeitschrift
„La lumière électrique“
entlehnt, welche sie nach dem in Paris im Jahre 1881 ausgestellten Modell an- fertigen ließ. Die Maschine wurde zunächst als Motor construirt und besteht aus zwei feststehenden Elektromagneten
E E'
, die mit je einem halbmondförmigen Anker
A A'
versehen sind. Zwischen diesen beiden Ankern kann sich ein eiserner Ring drehen, der durch die Messingstäbe
B B'
an einer verticalen Axe befestigt ist. Der eiserne Ring ist durch aufgesetzte Holzkeile in eine Anzahl gleichgroßer Stücke getheilt und die hierdurch gebildeten Zwischenräume sind durch Spulen aus über- sponnenem Kupferdrahte ausgefüllt. Am unteren Theile der verticalen Ringaxe ist ein Commutator angebracht, auf dessen Umfange an den Enden eines auf die Verbindungslinie der beiden Elektromagnete senkrechten Durchmessers zwei Rollen
G
gleiten, die durch die Federn
L
an den Commutator angedrückt werden. Der Commutator besteht aus zwei Reihen von übereinander angebrachten und voneinander isolirten Blechstücken, welche auf der Mantelfläche eines auf die Rotationsaxe auf- gesetzten Cylinders angeordnet sind. Die Metallblättchen beider Reihen sind zueinander alternirend aufgestellt (wie die Felder einer Farbe eines Schachbrettes). Die Ver-
23*
bindung des Commutators mit den Spulen ist in nachstehender Weise hergestellt: Das Ende der Drahtwindungen einer Spule (auf dem Eisenringe) und der Anfang der Windungen der nächsten Spule führen zu einem der Metallblättchen, z. B. der oberen Reihe. Das Drahtende der letzteren Spule und der Anfang der dritten Spule führen zu dem, dem ersterwähnten Metallblättchen nächsten Metallblättchen der unteren Reihe, das Drahtende der dritten Spule und der Anfang der vierten Spule führen zu dem nächstliegenden Blättchen der oberen Reihe u. s. w.
Fig. 230.
Maschine von Pacinotti.
Verbindet man die Klemmschrauben 1 und 2 mit den Polen einer Batterie, so gelangt der Strom in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
E
, durch den Verbindungsdraht in jene von
E'
, geht, aus diesen herauskommend, in die auf der Rückseite befindliche Contactrolle, in das mit ihr in Berührung stehende Metall- blättchen des Commutators und gelangt von diesem durch zwei Drähte in die zwei mit dem Metallblättchen verbundenen Spiralen des Ringes. Somit wird der Strom hier in zwei Theile getheilt. Der eine Theil des Stromes fließt durch die eine Spirale, nennen wir sie die rechte, und gelangt durch das Drahtende dieser Spirale in das nächstliegende Metallblättchen des Commutators; dieses steht durch einen Draht mit der nächsten nach rechts zu liegenden Spirale des Ringes in Verbindung und deshalb fließt der rechtsseitige Theilstrom auch durch die nächste Spirale, von dieser in Folge derselben Verbindungsart wieder zur nächsten und durchfließt auf diese Art nacheinander in der Richtung nach rechts herum die auf- einanderfolgenden Spiralen, bis er zu jener Spirale kommt, deren Drahtende mit dem Metallblättchen des Commutators in Verbindung steht, auf welchem die vordere Gleitrolle
G
eben aufruht. Der rechtsseitige Theilstrom geht dann durch diese in die Klemmschrauben 3 und 2 und von hier wieder zur Batterie zurück. Der zweite, also linksseitige Theilstrom durchfließt in ganz gleicher Weise alle Spiralen des Ringes in der Richtung nach links herum und gelangt endlich auch zur Gleitrolle
G
, wo er sich mit dem rechtsseitigen Theilstrome wieder vereinigt.
Der Eisenring wird also von zwei Strömen umflossen und durch diese magnetisirt. Da man sämmtliche rechtsseitige Spiralen auf dem Ringe wegen ihrer ununterbrochen leitenden Verbindung untereinander als eine Spirale auffassen kann und ebenso auch die linksseitigen Spiralen, so muß der Eisenring gewisser- maßen in zwei halbkreisförmig gebogene Magnete verwandelt werden, die ihre gleichnamigen Pole einander zukehren. Der Eisenring erhält also thatsächlich ent- gegengesetzte magnetische Polaritäten an den Enden seines Durchmessers, welcher auf der Verbindungslinie der Elektromagnetpole
A A'
senkrecht steht.
Die Pole
A
und
A'
der Elektromagnete wirken nun anziehend, beziehungs- weise abstoßend auf den polarisirten Eisenring und werden ihn dementsprechend um seine verticale Axe drehen. Dadurch kommen aber, da sich der Commu- tator mitdreht, nächstfolgende Metallblättchen mit den Gleitrollen in Contact. Folglich tritt der Strom nicht mehr in jene beiden Spiralen des Ringes ein, in welche er anfänglich eintrat, sondern in die im Sinne der Ringdrehung benach- barten Spulen, die eben durch die Drehung genau in die Stellung der vor- benannten Spulen gekommen sind. Von diesen jetzt mit der Gleitrolle in Verbindung stehenden Spulen fließt der Strom genau wieder in derselben Weise durch sämmt- liche Spulen des Ringes wie vorhin. Der Eisenring muß daher wieder genau an derselben Stelle in Bezug auf die Magnetpole
A A'
polaren Magnetismus erhalten, daher abermals zu einer Drehung im selben Sinne wie das erstemal veranlaßt werden.
Das Resultat dieser Vorgänge ist daher, daß der Magnetismus (Nord- und Südmagnetismus) im Ringe continuirlich wandern muß, und zwar in einer der Drehungsrichtung des Ringes entgegengesetzten Richtung. Der Ring mit den Spulen muß aber, wegen der Einwirkung der Magnetpole
A A'
auf den Magnetis- mus des Ringes, in rasche Rotation kommen.
Pacinotti hat jedoch die Maschine nicht nur als Motor construirt, sondern ganz klar erkannt und auch ausgesprochen, daß sie als Elektricitätsgenerator ver- wendet werden könne. Es geht dies aus nachstehenden Worten seiner Beschreibung hervor: „Würde man die Elektromagnete
E E'
durch einen permanenten Magnet ersetzen und den Transversalmagnet (d. h. den Ring) rotiren lassen, so hätte man in der That eine magnetelektrische Maschine, welche einen continuirlichen, stets in derselben Richtung fließenden Inductionsstrom liefern würde.“ Pacinotti hat auch diesen Versuch wirklich ausgeführt und durch die Ablenkung einer Magnetnadel constatirt, daß dann die Maschine einen ununterbrochenen Strom von einer und derselben Richtung liefert, ohne daß hierzu besondere Einrichtungen nöthig gewesen wären, um Ströme von entgegengesetzter Richtung in gleichgerichtete umzu- wandeln.
Es ist daher unzweifelhaft, daß Pacinotti die Ehre gebührt, die Ring- armatur erfunden und praktisch verwendet zu haben. Hierdurch waren nun die Uebelstände beseitigt, an welchen die früheren Maschinen in Folge des fortwähren- den raschen Wechsels der magnetischen Polaritäten litten. In der Ringarmatur tritt eben, wie wir gesehen haben, kein Wechsel der magnetischen Polaritäten, son- dern nur ein continuirliches Fortbewegen derselben in einer der Drehungsrichtung entgegengesetzten Richtung ein.
Auf der Pariser Ausstellung vom Jahre 1867 war ein von dem Innsbrucker Mechaniker J.
Kravogl
erfundener Motor ausgestellt, der in seinen Grundzügen mit Pacinotti’s Maschine gewisse Aehnlichkeiten zeigte. Kravogl’s Motor bestand nämlich aus einem hohlen Eisenringe, in dessen cylindrischer und kreisförmig ge- bogener Höhlung gewissermaßen ein Pacinotti’scher Ring angebracht war; aus letzterem waren jedoch beiläufig zwei Dritttheile des Eisenkernes entfernt. Dieser Ring sammt dem ihn umgebenden hohlen Ring oder Ringmantel war mit einer hori- zontalen Drehaxe versehen. Das übrig gebliebene Drittel des Kernes bestand aus einem zur Hälfte hohlen und hier mit Blei ausgegossenen Eisencylinder, der jedoch im Innern des Mantels, beziehungsweise der Spulen nicht feststand, sondern durch Gleitrollen möglichst leicht beweglich gemacht wurde. Der Strom einer Batterie wurde durch besondere Vorrichtungen immer derart in den Ring geleitet, daß er nur durch ein Ringsegment fließen konnte. Hierdurch wurde der bewegliche Eisen- kern, der vor Einleitung des Stromes vermöge seiner Schwere die tiefste Stelle des Mantels eingenommen hatte, gehoben, d. h. in das durchströmte Ringsegment hineingezogen und mußte nun durch sein Gewicht die Spulen so zu drehen suchen, daß er wieder die tiefste Stelle einnahm. Dies hatte dann die Einschal- tung eines folgenden Ringsegmentes in den Stromkreis und somit eine neuer- liche Drehung zur Folge. Es trat also auch hier eine continuirliche Rotation ein, bei welcher der Magnetismus im Mantel entgegen der Rotation desselben wandert.
Kravogl beabsichtigte bei der Construction seiner Maschine nicht einen Elektricitätsgenerator, sondern einen durch Elektricität in Bewegung gesetzten Motor herzustellen.
Professor
Pfaundler
in Innsbruck dachte jedoch kurze Zeit nach der Entdeckung des dynamischen Principes durch Siemens daran, die Maschine im umgekehrten Sinne zu benützen, d. h. unter Aufwand von Arbeit elektrische Ströme zu erzeugen und gleichzeitig das dynamische Princip hierbei in Anwendung zu bringen. Im Jahre 1870 gelangte Pfaundler auch wirklich zur Ausführung dieses Versuches und erhielt dabei durch Drehen eines Kravogl’schen Motors mit der Hand und ohne Anwendung einer Batterie einen continuirlichen Strom etwa in der Stärke eines Bunsen-Elementes.
Pfaundler theilte dies in verschiedenen Briefen A. v. Waltenhofen mit, der sie in der Zeitschrift des elektrotechnischen Vereines in Wien 1883 veröffentlichte.
Jedoch weder Pacinotti noch Kravogl gelang es, allgemeines Interesse für ihre Maschinen zu erwecken oder selbe in praktische Verwendung zu bringen. Dies ist erst Gramme durch die Erfindung seiner Ringarmatur gelungen. Der Belgier
Z
é
nobe Theophile Gramme
war bei der „Compagnie l’Alliance“ als Modell- schreiner beschäftigt und besaß schon zu dieser Zeit mehrere Patente auf Lichtregulatoren. Er kam, unbekannt mit den Arbeiten Pacinotti’s und Kravogl’s, zunächst auf die Idee, in der Weise continuirliche Ströme einer Richtung zu erregen, daß er einen inducirenden Magnet in einem hohlen und mit Drahtspiralen umgebenen Eisen- ringe, der an einem Gestelle befestigt war, sich bewegen ließ. Erst in späterer Zeit bediente er sich der Anordnung, welche Pacinotti dem Ringe gegeben hatte, und im Jahre 1871 baute er die erste Maschine unter Anwendung des Gramme’schen Ringes und des dynamischen Principes, also eine Maschine für continuirliche dynamoelektrische Ströme. Gramme hatte das Glück, finanzielle Unterstützung zu finden, und so folgte auf seine erste für Handbetrieb eingerichtete dynamoelektrische
Fig. 231.
Z. Th. Gramme.
Ringmaschine im Jahre 1872 bereits eine große auf denselben Principien beruhende Maschine.
Im Jahre 1872 wurde vom Ingenieur F. v.
Hefner-Altenek
der Firma Siemens und Halske die Trommelmaschine construirt, bei welcher der Gramme’sche Ring durch einen mit Draht in der Richtung seiner Axe bewickelten geraden Cylinder (die Trommel) ersetzt ist. Die Pacinotti-Gramme’sche Ringmaschine und die Hefner-Altenek’sche Trommelmaschine wurden zum Vorbilde der vielen gegen- wärtig construirten dynamoelektrischen Maschinen, die sich sehr häufig nur durch ganz unwesentliche Aeußerlichkeiten von ihren Vorbildern unterscheiden.
2. Die elektrischen Maschinen.
Die Alliance-Maschine.
Das Gestelle dieser Maschine besitzt zwei zuein- ander parallel befestigte Ringe, welche durch acht horizontale Stäbe miteinander verbunden sind (Fig. 232). Auf diesen sind in strahlenförmiger Anordnung die permanenten Stahlmagnete angebracht. Letztere bestehen aus 5 bis 6 einen Centi- meter starken Hufeisenlamellen, die durch Schrauben untereinander verbunden sind; ein solches magnetisches Magazin wiegt beiläufig 20 Kilogramm. Auf der Axe der Maschine, welche durch die Mittelpunkte der beiden Kreise des Gestelles geht, ist eine Reihe von Messingscheiben senkrecht zur Axe aufgesetzt. Ihre gewöhnliche
Fig. 232.
Alliance-Maschine.
Anzahl ist vier bis sechs. Jede derselben trägt 16 mit Eisen- kernen versehene Inductions- spulen, entsprechend den 16 in einer Kreisfläche liegenden Magnetpolen. Da bei diesen Nord- und Südpol in hori- zontaler Richtung stets ab- wechselnd gestellt sind, so muß in den Eisenkernen der vorbei- rotirenden Spulen ein starker Magnetismus erregt werden, der dann in den Drahtspiralen kräftige Ströme inducirt. Da ferner Nord- und Südpol auch im Kreise herum bestän- dig abwechseln, so müssen auch die in den Spiralen erregten Ströme bei jeder vollen Umdrehung der Axe entsprechend der Anzahl der Pole 16mal ihre Richtung wechseln. Weil die Maschinen mit 400 Touren per Minute laufen, so wechselt die Stromrichtung beiläufig 100mal in der Secunde.
Die Drahtwindungen der einzelnen Spulen sind alle untereinander verbunden und das eine Ende des Gesammtdrahtes steht mit der Rotationsaxe, das andere mit einem auf dieser isolirt aufgesetzten Metallcylinder in Verbindung. Die Ab- leitung der Ströme in den äußeren Stromkreis wird durch zwei Metallfedern bewerkstelligt, deren eine auf der Rotationsaxe, deren andere auf dem Metallcylinder schleift.
Die Maschinen erhalten in der Regel 4 bis 6 Messingscheiben mit je 16, also im Ganzen 64 bis 96 Drahtspulen und 32 bis 48 Magnete. Wird zum Betriebe eine Dampfmaschine von 5 Pferdekräften benützt, so kann durch die von der Alliance-Maschine gelieferten Ströme im Voltabogen eine Lichtstärke von 150 bis 200 Carcel’schen Brennern erreicht werden. (Das Licht eines Carcelbrenners ist 7mal so stark als jenes einer Normal-Paraffin-Kerze.)
Die Alliance-Maschinen zeichnen sich dadurch aus, daß ihr Magnetismus unabhängig ist von der Schnelligkeit der Rotation, daß bei Anwendung zur Be- leuchtung die beiden Kohlen gleich schnell abbrennen, und daher der Lichtpunkt in einer und derselben Höhe erhalten bleibt, ohne hiefür besondere Einrichtungen der Lampe zu erfordern. Der stete Richtungswechsel der Ströme verhindert ferner auch ein Polarisiren der Eisentheile in der Lampe und erleichtert dadurch eine regel- mäßige Function derselben. Sie kamen daher namentlich auf französischen Leucht- thürmen vielfach in praktische Verwendung.
Trotz ihrer befriedigenden Leistung denkt man heute doch nicht mehr daran, Alliance-Maschinen zu bauen. Die Ursache hiervon liegt in verschiedenen Umständen. Die Construction ist eine complicirte, giebt daher vielerlei Gelegenheit zur Störung eines regelmäßigen Betriebes und macht die Maschinenanlage zu einer sehr kost- spieligen. Die erzielbare Stärke der Ströme ist verhältnißmäßig eng begrenzt, da aus constructiven Rücksichten und im Hinblicke auf den Preis mit der Vermehrung der Magnete nicht sehr weit gegangen werden kann. Die Kraft der Stahlmagnete nimmt in weit geringerem Grade zu als deren Masse und ferner kann auch nicht auf einer bestimmten Polfläche eine große Anzahl von Stahlmagneten vereinigt werden, ohne daß sich diese gegenseitig schwächen. Um mit solchen Maschinen kräftige Ströme zu erhalten, müßte man ihnen bedeutende Dimensionen geben, wodurch sie sehr kostspielig würden.
Auch die
Waschine von de W
é
ritens
ist unter Anwendung permanenter Magnete construirt (Fig. 233). Letztere sind gleichfalls aus hufeisenförmigen Stahl- lamellen zusammengesetzt und acht an der Zahl in zwei ringförmigen Ständern ge- lagert. Bezüglich der Pole ist die Anordnung so getroffen, daß Nord- und Südpol im Kreise herum ständig abwechseln.
Die Armatur ist aus einem achtspeichigen Rade gebildet, dessen Radkranz mit 16 Drahtspiralen versehen ist. Die Construction der Armatur ist, wie Fig. 234 zeigt, eine ganz eigenartige. Die Eisenkerne der Spulen sind aus einer großen Anzahl aufeinandergefügter Eisenbleche gebildet und auf dem Radkranze so befestigt, daß alle zusammen einen den Radkranz umgebenden Eisenring darstellen. Jeder Kern ist an seinen Enden durch Ansätze abgeschlossen, welche gleichfalls aus auf- einandergelegten Eisenblechen geformt sind. Je einer dieser Ansätze ist mit dem ihm benachbarten durch ein Kupferstück vereinigt.
Die Drahtspiralen sind auf sämmtlichen in der angegebenen Weise gebildeten Eisenrahmen im selben Sinne aufgewunden und derart untereinander verbunden, daß sie alle zusammen eine große Spirale bilden. Die Magnetpole sind mit keil- förmigen Polansätzen versehen, damit die Spulen bei ihrer Rotation möglichst nahe an die Pole herantreten können. Auf der Axe der Armatur sitzen, von dieser und voneinander isolirt, zwei Metallringe auf, die mit je einem der Drahtenden der Gesammtspirale verbunden sind. Die Ableitung der Ströme aus der Maschine erfolgt durch zwei auf den Metallringen schleifende Federn. Läßt man die Armatur rotiren, so gleiten die Spulen mit ihren Eisenkernen in unmittelbarer Nähe an den Magnetpolen vorbei. Die Eisenkerne erhalten dadurch einen kräftigen Magnetismus, durch welchen in den sie umgebenden Drahtwindungen Ströme inducirt werden; die directe Einwirkung der Magnetpole auf die Drähte verstärkt noch diese Wir- kung. Da die Spulen abwechselnd an Nord- und Südpolen vorbeikommen und die Maschine keinen Commutator besitzt, müssen die von ihr erzeugten Ströme natürlich Wechselströme sein.
In der Construction ist die Maschine von M
é
ritens der Alliance-Maschine
Fig. 233.
Fig. 234.
Maschine von de M
é
ritens.
überlegen, da man die einzelnen Theile der Armatur, falls sie beschädigt werden, sehr leicht und ohne die ganze Maschine demon- tiren zu müssen, erneuern, be- ziehungsweise ausbessern kann. Doch ist selbstverständlich auch diese Maschine nicht frei von jenen Uebelständen, welche die Anwendung permanenter Mag- nete mit sich bringt.
Wir wollen uns nun jenen Maschinen zuwenden, die, wie schon in der historischen Einleitung gezeigt wurde, eigent- lich den Ausgangspunkt des gegenwärtigen Aufschwunges der elektrotechnischen Großindustrie bilden, nämlich den Maschinen von Gramme und jenen von der Firma Siemens und Halske.
Die Maschinen von Gramme
sollen uns zunächst beschäftigen. Da der Gramme’sche Ring in mehr oder weniger glücklich gewählten Modificatio- nen den Hauptbestandtheil vie- ler Maschinen bildet, wollen wir den Bau und die Wir- kungsweise desselben etwas ein- gehender betrachten.
A N B S
(Fig. 235) stellt einen ringför- migen Magnet dar, welcher bei
N
seinen Nordpol, bei
S
seinen Südpol besitzt. Auf den Ring ist eine Drahtspirale gewunden, welche sich längs des ersteren im Kreise herumbewegen läßt. Es ist nun zu untersuchen, welchen Inductionswirkungen die Spirale in den verschiedenen Stellungen 1 bis 8 während ihrer Bewe- gung ausgesetzt ist. Aus dem Anblicke der Figur ist leicht ein- zusehen, daß die Spirale auf dem Wege von
A
über
N
nach
B
, also in den Stellungen 1, 2, 3 und 4, vorwiegend dem Einflusse des Nordpoles, auf ihrem Wege von
B
über
S
nach
A
, also in den Stellungen 5, 6, 7 und 8, hauptsächlich der Einwirkung des Süd- poles im Ringmagnete ausgesetzt ist. Es ist ferner leicht einzusehen, daß die Spirale in den Stellungen bei
A
ebenso wie bei
B
, als von beiden Polen
N
und
S
gleichweit entfernt, also gleich stark beeinflußt, Ströme inducirt erhalten wird, die einander entgegengesetzt gerichtet sind, sich also aufheben müssen. Daraus folgt, daß bei einem vollen Umlaufe der Spirale um den Ring im ersteren die Richtung der inducirenden Ströme zweimal wechseln muß, nämlich bei
A
und bei
B.
Es bedarf keiner besonderen Begründung, daß diese Betrachtung nicht nur für
eine
, sondern für
jede
Spirale gilt, welche in der angegebenen Weise bewegt wird. Versteht man daher unter den in der Figur mit 1, 2, 3 … bezeichneten Spiralen nicht die zeitlich aufeinanderfolgenden Stellungen einer Spirale, sondern ebenso viele gleichzeitig und in derselben Richtung sich bewegende
Spiralen
, als früher
Stel- lungen
angenommen wurden, so werden in den Spiralen 1, 2, 3 und 4 offenbar Ströme der einen, in den Spiralen 5, 6, 7 und 8 der anderen Richtung inducirt werden müssen. Verbindet man jetzt je ein Ende der einen Spirale mit dem An- fange der nächsten, wie dies in der Figur durch punktirte Linien angedeutet ist, so bil- den sämmtliche Spiralen eine einzige, um den ganzen Ring continuirlich gewickelte Spi- rale. Gleiche Intensität der Pole
N
und
S
, sowie auch gleiche Spulenanzahl in der oberen und unteren Hälfte des Ringes vorausgesetzt, treffen daher bei
A
und
B
Ströme gleicher Stärke, aber
Fig. 235.
Gramme’scher Ring.
entgegengesetzter Richtung zusammen, und die Gesammtwirkung sämmtlicher Induc- tionen ist gleich Null.
Läßt man jedoch die beiden Drahtenden bei
A
und ebenso bei
B
nicht, wie die punktirten Linien zeigen, einfach gegeneinanderstoßen, sondern verbindet je zwei dieser Enden mit je einem Ende eines
dritten
Drahtes, wie dies die Strichpunktlinie versinnlicht, so wird dieser dritte Draht von einem Summationsstrome
einer
be- stimmten Richtung durchflossen sein. Dieser dritte Draht stellt den äußeren Strom- kreis der Maschine dar, und der ihn durchfließende Strom kann zu irgend einer Arbeitsleistung, also zur Erzeugung von Licht, zur Kraftübertragung, zu elektro- chemischen Arbeiten ꝛc. verwendet werden.
Das Summiren der Ströme zu einem den Leiter
A E B
in einer Richtung durchfließenden Summationsstrome dürfte durch nachstehendes Gleichniß klarer werden. Denkt man sich die beiden Drahtspiralen 1 und 8 durch mit Wasser gefüllte Schlangen- rohre ersetzt, wie dies Fig. 236 zeigt, und an je einem Ende jedes Schlangen- rohres einen Kolben in der Richtung der Pfeile auf das Wasser wirkend, so wird offenbar der Druck jedes Kolbens auf das Wasser sich bis
A
fortpflanzen; sind die Drücke bei
C
und
D
gleich stark, so werden sie sich wegen ihrer einander entgegengesetzten Richtung aufheben und das Wasser erhält gar keine Bewegung. Bringt man aber an der Vereinigungsstelle bei
A
ein Zweigrohr
A B
an, so wird aus beiden Schlangenrohren das Wasser in der Richtung der Pfeile durch das Rohr
A B
herausgetrieben. Dieses Gleichniß ist auch auf die Vereinigungsstelle bei
B
anwendbar. Nur müßte man hier an Stelle des Druckes auf das Wasser ein Ansaugen setzen. Hiermit erhielten wir für das Wasser einen ganz ähnlichen Kreislauf wie früher für den elektrischen Strom.
Um die Wirkungsweise des Ringes ganz zu verstehen, erübrigt nun noch die Bestimmung der Richtungen, welche die in den Spiralen inducirten Ströme erhalten. Wir bekommen darüber Aufschlüsse durch Anwendung der Amp
è
re’schen Betrachtungsweise. Bewegen sich die Spiralen in der Richtung des bei
N
gezeich- neten großen Pfeiles, so ergiebt sich zunächst die Richtung des in der Spirale 1
Fig. 236.
Zur Erklärung des Gramme’schen Ringes.
inducirten Stromes in folgender Weise: Die Spirale 1 nähert sich dem Nordpole, auf welchem die Amp
è
re’schen Ströme in der Richtung entgegen der Bewegung eines Uhrzeigers gedacht werden, wenn der Nordpol dem Be- schauer zugewandt ist. Da es sich um die Wirkung des Stückes
A N
des Ringmagnetes, auf welchem sich die Spirale 1 bewegt, handelt, ist der Nordpol dann dem Beschauer zugekehrt, wann dieser sich bei
C
befindet. Die der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzte Richtung der Amp
è
re’schen Ströme am Nordpole ist in diesem Falle durch den ungefiederten Pfeil im Ringe angegeben. Da nun in einer Spirale, welche sich einem Magnetpole nähert, ein Strom inducirt wird, der die entgegengesetzte Richtung besitzt wie der Amp
è
re’sche Strom an dem in Rede stehenden Magnetpole, so muß in unserem Falle die Richtung des in der Spirale 1 inducirten Stromes durch einen von der inneren Begrenzung des Ringes zu dessen äußeren Umfange weisenden Pfeil bezeichnet werden. Diese Betrachtung bleibt für die Spirale 2 dieselbe und überhaupt für jede Spirale auf dem Ringstücke
A N
, unter der Voraussetzung, daß diese Spiralen sich in der Richtung von
A
nach
N
bewegen.
Um die Richtung der in den Spiralen 3 und 4 inducirten Ströme zu erfahren, muß sich der Beschauer in
D
aufstellen, um den Nordpol des Ring- stückes
N B
gegen sich gewandt zu bekommen. Die der Uhrzeigerbewegung entgegen- gesetzte Richtung der Amp
è
re’schen Ströme ist dann durch den bei
N
gezeichneten gefiederten Pfeil angegeben. Da sich die Spiralen 3 und 4 vom Nordpole ent- fernen, erhalten sie Ströme inducirt, deren Richtung mit jener der Amp
è
re’schen Ströme am genannten Pole übereinstimmt. Die Ströme in den Spiralen zwischen
N
und
B
sind also wie jene zwischen
A
und
N
gleichfalls von der inneren zur äußeren Peripherie des Ringes gerichtet.
Verfolgt man in ähnlicher Weise die Richtungen der Amp
è
re’schen Ströme am Südpole in ihrer inducirenden Wirkung auf die Spiralen 5, 6, 7 und 8, so findet man, unter Beachtung des Umstandes, daß am Südpole die Amp
è
re’schen Ströme in der Richtung der Uhrzeigerbewegung kreisen, die in den Spiralen inducirten Ströme sämmtlich vom äußeren zum inneren Umfange des Ringes gerichtet.
Auch die Umkehrung der Stromrichtung in den Spiralen, welche
A
oder
B
passiren, ergiebt sich nach dieser Betrachtungsweise ganz einfach. Eine in ihrer Bewegung eben bei
A
angelangte Spirale ist von
N
und
S
gleichweit entfernt und erfährt deshalb von beiden gleich starke Induction. Die frühere Bewegungs- richtung der Spiralen um den Ring beibehaltend, nähert sich die jetzt betrachtete Spirale dem Nordpole und entfernt sich vom Südpole. Will der Beobachter beide Pole sich zugekehrt erhalten, so muß er sich bei
B
aufstellen. Dann ist für den Südpol und für den Nordpol die Richtung der Amp
è
re’schen Ströme durch die ungefiederten Pfeile gegeben. Die Spirale in
A
entfernt sich von
S
, muß also einen Strom inducirt erhalten, welcher von der
äußeren zur inneren
Ring- begrenzung gerichtet ist; die Spirale nähert sich aber auch dem Pole
N
, muß des- halb einen Strom inducirt erhalten, der von der
inneren zur äußeren
Ring- begrenzung gerichtet ist. Die in
A
befindliche Spirale ist daher zwei gleich starken, aber entgegengesetzt wirkenden inducirenden Kräften ausgesetzt und muß deshalb stromlos sein. Ueberschreitet aber die Spirale den Punkt
A
, so gewinnt die Einwirkung jenes Poles die Oberhand, welchem die Spirale sich näher befindet.
Eine um den Ring in Bewegung befindliche Spirale wird also in
A
strom- los sein, bei ihrem Wege nach
N
immer kräftiger werdende Inductionsströme, hervorgerufen durch den Nordpol, erhalten, diese werden dann bei Fortsetzung der Bewegung von
N
nach
B
an Intensität wieder abnehmen, bis die Spirale bei
B
abermals stromlos wird und nun im weiteren Verlaufe ihrer Bahn von
B
nach
S
der immer stärker werdenden Induction des Südpoles entgegengeht; die Einwirkung des letzteren erreicht ihren Höhepunkt bei
S
und nimmt dann bei Fortbewegung der Spirale von
S
nach
A
abermals ab.
Kehren wir wieder zu der oben gemachten Annahme zurück, daß die Zahlen 1, 2, 3 . . . . in der Figur nicht aufeinanderfolgende Stellungen einer Spirale, sondern eine Reihe von gleichzeitig in derselben Richtung in Bewegung befindlichen Spiralen bedeutet und verbinden wir die Enden der einzelnen Spiralen in der oben gedachten Weise, so ist folgendes Verhalten leicht einzusehen: Die Spiralen 1, 2, 3 und 4, oder allgemeiner, sämmtliche Spiralen auf dem Halbringe
A N B
bilden in Folge ihrer durch punktirt ge- zeichnete Linien angedeuteten Verbindung eine einzige Spirale, welche von nur einem Strome als Summationsstrom sämmtlicher in den Theilspiralen inducirten Ströme in der vorhin bestimmten Richtung durchflossen wird. Dasselbe gilt für die Spiralen auf dem Halbringe
A S B
, nur ist hierbei die Stromrichtung eine entgegengesetzte. Der Draht
A E B
gestattet, die in den Spiralen des Ringes er- zeugten Ströme nach außen zu leiten und zu verwenden, vorausgesetzt, daß dieser Draht stets an der Vereinigungsstelle jener Spiralenpaare angesetzt wird, welche sich während ihrer Rotation gerade in der Linie
A B
, also in einer Linie befinden, welche auf die Verbindungslinie der beiden Pole
N
und
S
des Ringmagnetes senkrecht steht.
Bis hierher wurde die Wirkungsweise des Ringes betrachtet, ohne darauf Rücksicht zu nehmen, wodurch der Ring bei
N
stets nordpolaren, bei
S
stets südpolaren Magnetismus erhält. Es wird dies bei der Gramme’schen Maschine dadurch bewirkt, daß entweder der Ring zwischen den Polen eines kräftigen permanenten oder eines Elektromagnetes angebracht ist. Hierdurch wird jenem Theile des Ringes, welcher dem Südpole des Magnetes am nächsten liegt, Nord- magnetismus und jenem, welcher dem Nordpole am nächsten sich befindet, Süd- magnetismus ertheilt.
Da die Drahtspiralen des Ringes sehr nahe an den Polen des Magnetes vorbeirotiren, müssen sie auch durch
diese
Ströme inducirt erhalten. Die Richtung dieser Ströme ist nach der Amp
è
re’schen Vorstellungsweise leicht abzuleiten. So ergiebt sie sich z. B. für die Spirale 3 (Fig. 237) als gleich jener Richtung, welche der durch den Ringpol
N
in derselben Spirale inducirte Strom hat. (Vergleiche Fig. 235.) Man ersieht daraus, daß sich die inducirenden Wirkungen des Magnetpoles und des ihm gegenüberliegenden Ringpoles unterstützen.
Wir haben vorläufig immer vorausgesetzt, daß der Eisenring zwischen den Polen des Magnetes feststeht und nur die Drahtspiralen sich bewegen. Die praktische Durchführung dieser Anordnung würde jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten stoßen. Nun haben aber vielfache Versuche gezeigt, daß ein zwischen zwei Polen eines
Fig. 237.
Zur Erklärung des Gramme’schen Ringes.
Magnetes sich drehender Ring aus weichem Eisen immer derart magnetisch wird, daß gegenüber dem Südpole des feststehenden Magnetes im Ringe ein Nordpol, dem Nordpole des feststehenden Magnetes gegenüber im Ringe ein Südpol entsteht. Der rotirende Eisenring verhält sich also in Bezug auf die Stellung seiner Pole zu den Polen des feststehen- den Magnetes gerade so wie ein feststehender Ring. Die Ringpole wechseln daher zwar nicht ihre räum- liche Lage, rücken aber im Ringe, entgegengesetzt der Drehungsrichtung desselben, vor. Da aber der im Ringe inducirte Magnetismus nicht augenblick- lich entsteht und vergeht, so befinden sich die Ring- pole nicht genau den Polen des feststehenden Magnetes gegenüber, sondern sind gegen erstere in der Drehungsrichtung des Ringes etwas verschoben. Liegen deshalb die Pole des feststehenden oder inducirenden Magnetes in einer Verticalen, so schließt die Verbindungslinie der Ringpole mit der Verticalen einen bestimmten Winkel ein. Wie früher gezeigt wurde, müssen die Punkte (
A
und
B
, Fig. 235), an welchen der Ableitungsdraht mit den Drahtspiralen in leitende Ver- bindung gesetzt wird, in einer Linie liegen, die senkrecht auf der Verbindungslinie der Ringpole steht. In unserem Falle wird daher die Verbindungslinie der Strom- ableitungspunkte mit der Horizontalen einen spitzen Winkel einschließen müssen.
Bei Berücksichtigung aller dieser Verhältnisse wird man die Drahtspiralen unmittelbar auf den Eisenring wickeln und diesen in Drehung versetzen können, ohne die obige Erklärung der Wirkungsweise des Gramme’schen Ringes ändern zu müssen.
Die praktische Ausführung der Ringarmatur ist in Fig. 238 dargestellt. Der Eisenring selbst ist nicht aus einem massiven Stücke gebildet, sondern durch ein Bündel gut ausgeglühter Eisendrähte ersetzt. Es findet dies darin seine Begründung, daß ein der- artiger Ring rascher Magnetismus annimmt und verliert wie ein massiver. Bei
A B
sieht man eine angefangene Drahtspirale, hierauf folgen mehrere fertige Spiralen und der obere Theil der Figur zeigt die vollendete Ringarmatur. Die Spiralen bestehen aus Kupferdraht, der sorgfältig übersponnen ist, um die Windungen voneinander und von den Eisendrähten zu isoliren. Die Zahl der Windungen und die Dicke der Drähte richtet sich nach dem Zwecke, zu welchem die Maschine bestimmt ist. Die Verbindung der Spiralen wird derart hergestellt, daß immer das Ende einer Spirale und der Anfang der benachbarten auf einem in der Ebene des Ringes radial angebrachten Kupferstreifen
R
angelöthet werden. Die Kupferstreifen sind dann um einen rechten Winkel umgebogen, durchsetzen den Ring und ragen auf der anderen Seite desselben hervor; die Zahl der Streifen ist natürlich gleich der An- zahl der Spiralen. Erstere sind voneinander durch Isolirmittel getrennt und bilden zusammen einen Hohlcylinder, in dessen Mitte die stählerne Rotationsaxe, von den Kupferstreifen gleichfalls isolirt, befestigt ist. Der Raum zwischen den Kupfer- streifen und den Drahtspiralen wird durch einen Holzring ausgefüllt.
Zur Ableitung der im Ringe inducirten Ströme sind zwei Drahtbürsten am Gestelle der Maschine derart befestigt, daß sie auf dem Mantel jenes Cylinders schleifen, welcher durch die Kupferstreifen
R R
gebildet wird. Die Lage dieser Ableitungsbürsten am Cylinder ist die der Enden des Ableitungsdrahtes (äußeren Stromkreises), wie dies bei der Erklärung des Principes der Gramme’schen Maschine bereits angegeben wurde.
Bei den ersten von Gramme ge- bauten Maschinen rotirte der Ring zwischen den Polen eines permanenten Stahl- magnetes in Hufeisenform, und zwar in der Ebene desselben. Um den Magnet möglichst stark zu machen, setzte man ihn aus mehreren hufeisenförmigen Lamellen zusam- men. Ein für Schulen und Laboratorien gebräuchliches Modell ist in Fig. 239 abgebildet. Der Magnet ist aus einer größeren Anzahl von Stahlfedern zusam- mengesetzt, welche in Hufeisenform gebogen
Fig. 238.
Gramme’scher Ring.
sind und durch die Klammern
a b
zusammengehalten werden. Die Enden der Stahllamellen stehen voneinander ein wenig ab und sind mit massiven Polschuhen aus weichem Eisen versehen. Ein derartiger, nach den Angaben
Jamin
’s con- struirter, sogenannter Blättermagnet besitzt eine viel höhere Tragkraft, als Stahl- magnete anderer Construction. Der Gramme’sche Ring wird innerhalb der ihn fast ganz umfassenden cylindrisch ausgehöhlten Polschuhe mit Hilfe einiger Zahnräder in rasche Rotation versetzt. Die Ableitung der in den Drahtspulen inducirten Ströme erfolgt durch zwei Metallfedern, welche auf dem durch die Kupferstreifen gebildeten Stromsammler schleifen und mit Klemmschrauben in Verbindung stehen.
Die in der abgebildeten Gestalt von
Br
é
guet
gebauten Maschinen liefern einen gleichgerichteten Strom in der Stärke von 8 Bunsen’schen Elementen.
Die zu industriellen Zwecken gebauten Maschinen erhalten an Stelle der permanenten Stahlmagnete viel kräftiger wirkende Elektromagnete, deren Erregung unter Anwendung des dynamischen Principes erfolgt. Eine derartige Maschine ist in Fig. 240 schematisch und in Fig. 241 in perspectivischer Ansicht dargestellt.
Aus der schematischen Zeichnung ist nach dem bisher Gesagten die Strom- führung leicht zu entnehmen.
R
stellt den auf der Axe
A B
befestigten Ring dar,
N A S
und
N
1
B S
1
sind die beiden Elektromagnete, welche bei
N N
1
ihre Nord- pole und bei
S S
1
ihre Südpole besitzen. Die Stromführung ist durch die Pfeile angedeutet. Die eine Schleiffeder berührt den Kupferstreifen 1, welcher mit jenem Spulenpaare in Verbindung steht, von dem aus nach dem früher Gesagten die Ableitung in den äußeren Stromkreis erfolgen muß. Die im Ringe
R
indu- cirten Ströme gelangen daher von 1 in den Elektromagnet
S
1
B N
1
, dann in den zweiten Magnet
N A S
und durch die Schleiffeder 2 zum Ringe zurück. Der
Fig. 239.
Gramme’sche Maschine für Handbetrieb.
Deutlichkeit halber ist in der schematischen Zeichnung von einem äußeren Strom- kreise (in welchem etwa Lampen eingeschaltet sind) abgesehen worden. Die Maschine erscheint daher „kurz“ geschlossen.
Die perspectivische Ansicht in Fig. 241 zeigt das neue Modell einer Lichtmaschine. An zwei gußeisernen verticalen Ständern sind die Schenkel der Elektromagnete horizontal befestigt. Je zwei gleichnamige Pole stoßen in der verticalen Mittellinie der Maschine zusammen und sind daselbst mit je einem Polschuhe versehen. Diese umfassen den Ring an dessen äußerem Umfange derart, daß nur etwa ein Drittel unbedeckt bleibt; möglichst viele Dahtwindungen der Einwirkung der Induction auszusetzen, ist der Zweck dieser Anordnung. Der Ring sitzt auf einer stählernen Axe, deren Lager an den verticalen Ständern befestigt sind. Auch die Oelgefäße zum Schmieren der Lager sind an diesen an- gebracht. Die Riemenscheibe (auf der linken Seite der Figur) dient zum Antriebe der Maschine durch einen Motor. Das abgebildete Modell ist für fünf Bogen-
Fig. 240.
Schema einer Gramme’schen
Marschine
.
Fig. 241.
Gramme’sche Lichtmaschine.
lampen bestimmt; es hat eine Länge von 0·623 Meter, eine Höhe von 0·538 Meter und ein Gewicht von 360 Kilogramm.
Urbanitzky
: Elektricität. 24
In neuester Zeit wurde von Gramme eine Maschine mit Rücksicht darauf construirt, daß möglichst am Gewichte der Maschine und an dem zu ihrer Auf- stellung erforderlichen Raume gespart werde. Diese Maschine ist in Fig. 242
a
und
b
abgebildet. Auf der Axe
A X
ist der wie bei den anderen Maschinen geformte Ring
R
aufgesetzt. Hingegen sind die Eisenkerne
E E
der Elektromagnete nicht aus ebenen, sondern aus cylindrisch gebogenen Platten hergestellt und mit Drahtwindungen
D D
versehen. Jene Theile der Eisenkerne, welche sich dem Ringe gegenüber befinden, sind (bei
s
und
n
) so weit ausgehöhlt, daß der Ring sich mit geringem Spielraume vorbeibewegen kann.
Durch diese Anordnung gewinnt die Maschine eine sehr compacte Form, nimmt wenig Raum ein und ist in allen ihren Theilen gegen Beschädigungen geschützt.
Für galvanoplastische Arbeiten construirte Gramme zunächst eine Maschine mit einer doppelten Ringarmatur und benützte die in der einen Armatur indu- cirten Ströme zur Erregung der Elektromagnete, die in der zweiten Armatur
Fig. 242
a.
Fig. 242
b.
Gramme’sche Maschine.
hervorgerufenen im äußeren Strom- oder Arbeitskreise. Jeder Ring besaß seinen eigenen Stromsammler und zwei Elektromagnete, also hatte die ganze Maschine acht Elektromagnetschenkeln. Sie wog 750 Kilogramm und war im Stande, 600 Gramm Silber aus einer Lösung in der Stunde abzuscheiden, wenn zu ihrem Betriebe eine Pferdekraft
Eine Pferdekraft = 75 Kilogramm-Meter; unter 1 Kilogramm-Meter versteht man jene Kraft, durch welche in einer Secunde 1 Kilogramm 1 Meter hoch gehoben wird.
aufgewandt wurde.
Diese Construction wurde aber später durch eine vortheilhaftere ersetzt. Fig. 243 zeigt das neue Modell. Diese Maschine besitzt nur zwei Elektro- magnete und in derselben Anordnung wie bei der Lichtmaschine. Die Windungen um die Elektromagnetschenkel sind aber nicht aus Kupferdrähten, sondern aus Blechen hergestellt, deren Breite gleich ist der ganzen Länge der Schenkel und die auf diese in 20 bis 30 Lagen aufgerollt werden, wie eine Zeichnung auf eine Holzwalze. Die Oberfläche der Bleche ist blank, um die Wärmeausstrahlung zu erleichtern und dadurch ein Erhitzen der Maschine hintanzuhalten. Die Spiralen der Ring- armatur sind gleichfalls nicht aus cylindrischen Drähten, sondern aus Kupferbändern gebildet, die aber stärker gehalten sind, wie die Bleche der Elektromagnetwindungen, weil sie der in großer Stärke wirkenden Centrifugalkraft zu widerstehen haben.
Als Isolirung der einzelnen Windungsgruppen der Armatur wird kein besonderes Isolirungsmaterial benützt, sondern nur stets ein hinlänglich großer Zwischenraum gelassen, in welchem dann die Luft die Isolirung besorgt.
Obige Ausführung der Armatur- und Elektromagnetwindungen hat darin seine Begründung, daß es bei galvanoplastischen oder überhaupt elektrochemischen Arbeiten mehr auf Quantität als auf Spannung der Elektricität ankommt. Es müssen deshalb auch die Widerstände in der Maschine möglichst gering gemacht werden.
Fig. 243.
Gramme’sche Maschine für Galvanoplastik.
Die Windungen der Elektromagnete und der Armatur sind sammt der Zer- setzungszelle in einen einzigen Stromkreis geschaltet, also das dynamische Princip vollständig durchgeführt. Dies bewirkt gegenüber der früher angegebenen Maschine mit Doppelring folgende Vortheile: Die neue Maschine besitzt nur ein Gewicht von 177·5 Kilogramm, kleinere Dimensionen und erfordert zur gleichen Arbeits- leistung (600 Gramm Silberabscheidung in der Stunde) einen Kraftaufwand von nur 50 Kilogramm-Meter oder zwei Drittel Pferdekraft. Ihrer einfacheren Construction halber und wegen des bedeutend geringeren Materialaufwandes kommt auch die Herstellung der Maschine billiger.
Auch Maschinen für Kraftübertragung wurden von Gramme construirt. Fig. 244 stellt ein Modell einer solchen dar. Bei dieser ist das das Gestelle bildende Sechseck aus einem Stücke gegossen und umhüllt die übrigen Maschinen- bestandtheile fast gänzlich, wodurch diese gegen Beschädigungen sehr gut geschützt
24*
sind. Die Elektromagnete sind in Form eines doppelten Kreuzes angeordnet und umgeben mit vier Polschuhen den Ring fast an seinem ganzen Umfange. Hierbei wechselt die magnetische Polarität von Polschuh zu Polschuh, so daß also der Ring vier Pole inducirt erhält. Die Betrachtung der Wirkungsweise dieser oder ähn- licher Maschinen zu dem Zwecke, zu welchem sie gebaut wurde, wird uns in einem späteren Capitel beschäftigen.
Obwohl die Gramme’schen Maschinen gegenwärtig zu den vorzüglichsten zählen, sind auch sie nicht von allen Mängeln freizusprechen. Diese sind in der
Fig. 244.
Gramme’sche Maschine für Kraftübertragung.
Construction des Ringes zu suchen. Der Kern desselben besteht aus Holz, welches namentlich bei längerem Betriebe Ursache werden kann, daß sich der feste Zusammen- hang lockert. Die Drahtwindungen werden nicht vollständig, sondern der Haupt- sache nach nur an der äußeren Begrenzungsfläche des Ringes ausgenützt, da sie nur dort der kräftigen Einwirkung der Magnetpole ausgesetzt sind. Dies bringt auch noch einen anderen Nachtheil mit sich. Wie wir wissen, wird jeder stromdurch- flossene Leiter in einem der Stromstärke ꝛc. entsprechenden Grade durch den Strom erwärmt. Die durch den Magnetismus der Elektromagnete nicht oder nur in geringem Grade beeinflußten Windungen wirken daher dadurch schädlich, daß sie dazu beitragen, die Umwandlung des elektrischen Stromes in Wärme zu begünstigen. Dadurch setzen sie sowohl der Größe als auch der Tourenzahl der Maschine eine bestimmte Grenze, welche nicht überschritten werden kann, ohne die Maschine selbst zu gefährden. Eine andere Wärmequelle bildet auch die fort- währende Verschiebung der magnetischen Polarität im Ringe. Macht z. B. eine Maschine 1000 Touren in der Minute, so wechselt die Polarität im Ringe stets nach Ablauf von 1/2000 Minute. Dieser Zeitraum ist aber zu kurz, als daß das Eisen den ihm ertheilten Magnetismus verlieren kann. Es muß daher ein Theil des dem Eisen inducirten entgegengesetzten Magnetismus dazu verwendet werden, den ihm früher eigenen Magnetismus zu zerstören. Die Eisenmoleküle müssen daher in beständiger Bewegung erhalten werden und hierin ist abermals eine Ursache zur Wärme-Entwicklung gegeben. Dieser Uebelstand wird allerdings dadurch vermindert, daß Gramme den Eisenring nicht aus einem Stücke, sondern aus einem Bündel gut ausgeglühter Eisendrähte verfertigt, aber die gänzliche Beseitigung ist auch hiermit nicht erreichbar.
Rotirt eine Kupfer- platte in einem magnetischen Felde, so erwärmt sich die- selbe. Eine solche Wärme- Erregung tritt überhaupt immer (in Folge des Auf- tretens der Foucault’schen Ströme) ein, wenn sich ein Leiter im magnetischen Felde bewegt; sie muß daher auch bei der Gramme- schen Maschine zur Ursache der Wärme-Entwicklung werden. Die Wärme-Er- regung ist übrigens ein Uebelstand, der bei allen Maschinen in mehr oder weniger hohem Grade auftritt.
Fig. 245.
Flachring-Maschine von Schuckert.
Man hat diese Uebelstände in verschiedener Weise zu beseitigen gesucht.
Schuckert
erreicht z. B. eine bessere Ausnützung der Drahtwindungen des Ringes in der Weise, daß er den Ring flach gestaltet, so daß dessen Querschnitt ein Oblong bildet. Bei der
Flachringmaschine von Schuckert
(Fig. 245) ist auch der Holz- kern durch Metall ersetzt, wodurch die Festigkeit erhöht wird. Der Eisenkern besteht aus magnetisch voneinander isolirten Blechscheiben, um ein möglichst rasches An- nehmen und Verlieren des Magnetismus zu erleichtern. Ueber den Kern sind die einzelnen Spulen gewickelt, deren Enden wie beim Gramme’schen Ringe verbunden sind. Es muß der Stromsammler daher ebenso viele Theile oder Sectoren haben als der Ring Spulen trägt. Die Verbindung der Drahtenden mit den Theilen des Stromsammlers ist jedoch nicht durch Löthung, sondern durch Verschraubung hergestellt. Es bringt dies den Vortheil mit sich, daß bei einem größeren Betriebe kein Reserve-Anker (oder Reserve-Armatur) nöthig ist, da man jede einzelne Spule leicht auswechseln kann. Zu diesem Ende ist auch der Ring in die verticalen Ständer derart gelagert, daß man ihn ohne Schwierigkeit herausnehmen kann. Wie die Figur deutlich zeigt, sind nämlich die Lager nicht in geschlossenen, sondern nach einer Seite hin offenen Ausschnitten der verticalen Ständer angebracht. Breite Lager und gut angebrachte Schmiervorrichtungen für die Rotationsaxe tragen zum ruhigen und sicheren Gange der Maschine bei.
Die Strominduction wird durch zwei Elektromagnete bewirkt, deren Schenkel horizontal befestigt sind und deren Verbindungen durch die verticalen Eisenständer der Maschine gebildet werden. Je zwei einander zugekehrte, gleichnamige Magnet- pole erzeugen ein nord- und ein südmagnetisches Feld, durch welches der Ring, möglichst nahe an die lappenförmigen Verbindungen der Pole herantretend, durch- rotirt. Das radschuhförmige Umfassen des Ringes durch die an die Magnete
Fig. 246.
Schuckert’sche Maschine für Galvanoplastik.
angesetzten Pollappen führt fast sämmtlichen Draht der Inductionswirkung der Magnete zu.
Schuckert läßt zwischen den Pollappen der oberen Elektromagnetschenkel und jenen der unteren einen ziemlich großen Zwischenraum, um dadurch dem Eisenkerne im Ringe Zeit zu lassen, möglichst vollständig einmal in der einen und hierauf in der entgegengesetzten Art magnetisch zu werden. Das dynamische Princip ist bei den Schuckert’schen Maschinen fast immer vollständig durchgeführt. Die Wirkungs- weise der Maschine bedarf keiner näheren Erörterung, da sie genau dieselbe ist wie jene ihres Vorbildes, nämlich der Gramme’schen Maschine.
Fig. 246 stellt eine von Schuckert für galvanoplastische Arbeiten gebaute Maschine dar. Bei dieser fällt uns sofort auf, daß an jedem Ende der Rotations- axe ein Stromsammler angebracht ist. Um den Zweck dieser Anordnung einzusehen, müssen wir die Arbeit in Betracht ziehen, welche die Maschine zu leisten hat. Der von ihr gelieferte Strom soll in Zersetzungszellen geleitet werden und dort elektro- lytische Arbeit verrichten. Wir erinnern uns im ersten Theile vorliegenden Werkes gehört zu haben, daß hierbei in der Regel die Elektrodenplatten in der Zersetzungs- zelle polarisirt werden und hierdurch einen Gegenstrom hervorrufen. Wir wissen auch, daß bei dynamoelektrischen Maschinen das Ingangsetzen derselben durch den schwachen remanenten Magnetismus in den Eisenkernen der Elektromagnete bewirkt wird und daß die durch die Maschine selbst bewirkte starke Magnetisirung der Elektromagnete verschwindet, sobald die Maschine stillesteht, bedeutend abnimmt, wenn sie langsam rotirt. Bleibt beim Abstellen der Maschine diese mit den Zer- setzungsquellen in Verbindung, so wird der dem Maschinenstrome entgegengesetzt gerichtete Polarisationsstrom immer in die Drahtwindungen der Maschine fließen und dem Eisen einen dem anfänglichen entgegengesetzt polaren remanenten Magnetis- mus ertheilen. Bleibt die Maschine nicht gänzlich stehen, sondern wird nur ihre Rotationsgeschwindigkeit absichtlich oder unabsichtlich verringert, so hängt es von der Stärke der Polarisirung der Elektroden ab, ob der Polarisationsstrom oder der Maschinenstrom die magnetische Polarität in der Maschine bestimmt.
Wir sehen also, daß in beiden Fällen die Magnetpole in der Maschine gewechselt werden können, was offenbar auch einen Wechsel der Richtung des Maschinenstromes bewirken muß. Die Folge davon würde sein, daß die in der Zersetzungszelle durch den anfänglichen Strom geleistete Arbeit (z. B. Silber- abscheidung auf Gegenständen zum Zwecke der Versilberung) durch den zweiten wieder vernichtet würde. (An jenen Drahtenden, an welchen die zu versilbernden Gegenstände eingehängt sind, würde nämlich wegen des Polwechsels Säure ab- geschieden, wodurch das Silber neuerdings in Lösung käme.)
Das Eintreten eines solchen Polwechsels ist es eben, was Schuckert durch Anbringung zweier Stromsammler verhindert. Die Spiralen des Flachringes sind in zwei Gruppen getheilt, deren eine mit dem linksseitigen, deren andere mit dem rechtsseitigen Stromsammler verbunden ist. Dann werden die Ströme von dem einen Stromsammler zur Magnetisirung der Elektromagnete verwendet, die des anderen in die Zersetzungszellen geleitet. Dadurch sind die Elektromagnete aus dem Stromkreis der Zersetzungszelle ausgeschlossen und können daher von dem Polarisationsstrome nicht beeinflußt werden. Wir werden später noch Gelegenheit haben, andere Mittel zur Erreichung desselben Zieles zu betrachten.
Im Uebrigen weicht der Bau der Maschine von jenen, welche zur Beleuchtung dienen sollen, nicht ab. Hingegen ist die Zahl der Drahtwindungen auf der Armatur und auf den Elektromagneten eine bedeutend geringere und der Durchmesser der Drähte ein größerer, entsprechend der Aufgabe der Maschine: keine Spannungs-, sondern Quantitätsströme zu liefern.
Die
Flachringmaschine von Gülcher
ist speciell den auch von diesem Erfinder construirten Lampen angepaßt. Die Construction und Schaltungsweise dieser entsprechend muß, wie wir später sehen werden, die Lichtmaschine derart disponirt sein, daß sie im Stande ist, Elektricität von geringer Spannung, aber großer Quantität zu geben. Sonach mußte Gülcher den inneren Widerstand seiner Maschine so weit als möglich zu verringern trachten. Die nachstehende Beschreibung der Maschine wird zeigen, in welcher Weise ihm dies gelungen ist.
Fig. 247 giebt ein Schema und Fig. 248 eine perspectivische Ansicht der Maschine. Die Elektromagnetschenkel, 8 an der Zahl, haben eine flache Form und sind mit Drahtseilen umwunden, da dicke Kupferdrähte sich schwerer winden lassen. Die gleichnamigen einander gegenüberstehenden Pole sind durch
förmige Pol- schuhe (2, 2, Fig. 247) miteinander verbunden, welche den zwischen den Magnet- polen rotirenden Ring (1, 1) in der Art umgeben, daß auch dessen Seitenflächen einer kräftigen Induction unterliegen. Um den aufgewickelten Draht möglichst aus- zunützen und die Erwärmung zu vermindern, ist der Querschnitt des Ringes keil- förmig gestaltet. Die Anordnung der Spulen und der Bau des Ringes bewirken überdies noch auf mechanischem Wege eine ausreichende Abkühlung. Wie die per- spectivische Ansicht erkennen läßt, bilden die einzelnen Spulen mit den zwischengesetzten Keilen eine Reihe von Kammern, welche im Vereine mit den Polschuhen der Magnete einen förmlichen Ventilator darstellen.
Die Polschuhe sind im Kreise herum abwechselnd nord- und südmagnetisch, wodurch die Maschine vier magnetische Felder erhält. Im Ringe müssen deshalb auch vier Ströme inducirt werden, die, durch Parallelschaltung vereinigt, nur einen Strom
Fig. 247.
Schema der Maschine von Gülcher.
geben. Es ist wohl klar, daß hierdurch der Widerstand des Ringes bedeutend vermindert wird, da die inducirten Ströme bei dieser Anordnung nur einen kleinen Theil der Armaturwindungen zu durchlaufen haben. Die Durchführung des dynami- schen Principes läßt Fig. 247 erkennen. Von dem auf der Axe 3 aufgesetzten Stromsammler 4 fließt der Strom nach
a
und vertheilt sich von hier aus in die parallel geschalteten Windungen der Elektromagnete
E E.
Bei
b
werden sämmtliche Stromzweige wieder vereinigt und der Gesammtstrom fließt von der Klemme + in den äußeren Stromkreis, aus welchem er durch die Klemme — wieder zum Stromsammler zurückkehrt. Letzterer zeichnet sich durch eine vortheilhafte Breite und dadurch aus, daß er, wie auch jener der Maschinen von Schuckert, leicht aus- gewechselt werden kann.
Bei der
dynamoelektrischen Waschine von Fein,
welche Fig. 249 im Längsschnitte darstellt, wird eine bessere Ausnützung der Armaturwindungen dadurch erreicht, daß die Polschuhe der Elektromagnete den in centraler Richtung flach- gedrückten Ring auch an seiner Innenfläche umschließen. Der Kern des Ringes
R
ist aus dünnen, voneinander isolirten Eisenbändern gebildet und ist sammt seinen Drahtspiralen auf dem Messingsterne
S S
befestigt. Dieser ist auf der Rotations- axe
a a
der Maschine aufgekeilt. Die Drahtenden der einzelnen Spiralen führen zu den Sectoren des Stromsammlers
C
, auf welchem die Bürsten
B
schleifen. Die inducirenden Magnete
M M
' sind in derselben Weise gebaut und angeordnet wie bei der Gramme’schen Maschine. Ihre Polschuhe
A A
sind jedoch derart umgebogen, daß sie die Spiralwindungen der Armatur auch an deren Innenfläche umgeben.
Fig. 248.
Maschine von Gülcher.
Die Vorgänge der Stromerregung verlaufen in gleicher Weise wie bei der Gramme- schen Maschine.
In anderer Weise suchte
Heinrichs
die Inductionswirkung der Magnete auf den Ring zu verstärken. Zu diesem Behufe gab er dem Eisenkerne seines Ringes einen hufeisenförmigen Querschnitt in der Art, daß die Oeffnung des Hufeisens gegen die Rotationsaxe gerichtet ist. Die Drahtspiralen liegen daher nur auf drei Seiten unmittelbar am Eisenringe an, während sie die vierte Seite (die offene des Hufeisens) frei überspannen. Es wird hierdurch ein hohler Raum abgeschlossen, der den ganzen Ring durchzieht. Wird letzterer in Drehung versetzt, so entsteht in dessen hohlem Raume eine lebhafte Luftcirculation, die wesentlich zur Abkühlung beiträgt. Die Polschuhe der inducirenden Magnete schmiegen sich der Ringform an, sind also in ihrem Querschnitte gleichfalls hufeisenförmig gestaltet.
Sowohl
in der Construction des Ankers als auch in jener des Commutators weicht die
Flachringmaschine von Brush
von den bisher beschriebenen ab. Der Ring hat seiner äußeren Form nach eine gewisse Aehnlichkeit mit dem Pacinotti’schen
Fig. 249.
Maschine von Fein.
Ringe, wie man dies aus Fig. 250 ersehen kann. Die horizontal gelegten Elektro- magnetschenkel tragen an ihren dem Ringe zugewandten Endflächen lappenförmige Polschuhe, so daß die inducirende Wirkung wie bei der Schuckert’schen Maschine von
Fig. 250.
Maschine von Brush.
beiden Seiten her auf den Ring ausgeübt wird. Je zwei einander gegenüberstehende Magnete besitzen natürlich gleiche Polarität.
Der Ring selbst besteht aus einem massiven Eisenkerne, der sorgfältig ab- gedreht ist und durch einen tief eingeschnittenen Canal von rechteckigem Querschnitte fast in zwei parallele Hälften zerlegt wird. Senkrecht auf diesen durch den ganzen Ring laufenden Canal ist eine bestimmte Anzahl radial gestellter Ausschnitte gemacht, so daß der Ring eine zahnradartige Gestalt erhält. In Fig. 251 ist ein Segment dieses Ringes dargestellt. Die einzelnen Zähne sind neuerdings durch drei zum Umfange des Ringes parallel verlaufende Canäle durchschnitten. In die radialen Ausschnitte zwischen den Eisenzähnen werden die Inductionsspulen gewunden. Der Zweck der vielen Canalisirungen des Ringes ist einerseits der, den Eisenkern leichter zu machen und die Eisenmassen zu theilen, wodurch das Auftreten der Foucault’schen Ströme vermindert wird, andererseits ist damit eine gute Ventilation erzielt, die den Ring vor starker Erwärmung schützt.
Die Zahl der radialen Ausschnitte, beziehungsweise der in denselben an- gebrachten Drahtspulen hängt von der Bestimmung der Maschine ab. Bei der in Fig. 250 abgebildeten Sechzehn-Licht-Maschine (d. h. Maschine zur Speisung von 16 hintereinander in einen Stromkreis geschalteten Voltabogenlampen) sind acht Spulen angebracht. Die Spulen sind alle im selben Sinne gewickelt. Das innere Drahtende jeder Spule ist mit dem inneren Drahtende der ihr diametral gegen-
Fig. 251.
Ringsegment der Brush-Maschine.
Fig. 252.
Commutatorring von Brush.
überliegenden Spule verbunden, während die äußeren Drahtenden zum Commutator führen. Hier stehen sie mit zwei einander ebenfalls diametral gegenüberliegenden Segmenten des von allen übrigen Maschinentheilen sorgfältig isolirten Commutators in Verbindung; die Weiterleitung der Ströme besorgen Schleiffedern.
Der Commutator der Brush-Maschine ist von jenem anderer Maschinen wesentlich verschieden. Die bisher betrachteten Ringmaschinen bedurften überhaupt keines Commutators (d. h. Strom
wenders
), sondern nur eines Stromsammlers, da sie in Folge ihrer Construction sofort gleichgerichtete Ströme gaben, was bei der Brush-Maschine nicht der Fall ist; diese liefert vielmehr wegen der eigenartigen Verbindung der Spulen untereinander zunächst Wechselströme. Der Commutator besteht aus so vielen auf der Rotationsaxe isolirt aufgesetzten Kupferringen, als Spulenpaare am Ringe vorhanden sind. Fig. 252 stellt schematisch einen Schnitt durch einen solchen Ring dar. Die drei Segmente
S S
und
T
des Ringes sind durch Luftzwischenräume voneinander isolirt. Die Schleifsegmente
S S
dienen zur Stromableitung, das von ihnen isolirte ⅛ des Commutatorumfanges bedeckende Segment
T
hat jedoch den Zweck, die Inductionsspulen immer dann aus dem Stromkreise auszuschalten, wenn sie die neutrale Zone, also den Zwischenraum zwischen beiden Polpaaren passiren. Eine derartige Stellung und somit Ausschaltung aus dem Stromkreise tritt bei jeder vollen Umdrehung der Armatur für jede Spule zweimal ein; folglich wird jede Spule nur ¾ der Umlaufsdauer von Strömen durchflossen. Dies bringt den Vortheil mit sich, daß nicht der Influenzirung durch die Elektromagnete unterworfene Spulen aus dem Stromkreise ausgeschaltet werden und daher in diesen die Wärme-Erregung durch den Strom ausgeschlossen wird. Je zwei solcher Ringe werden von zwei einander diametral gegenüberstehenden Bürsten berührt. Die Segmente der Ringe sind mit den Segmenten ihrer Nach- barringe verbunden. Wegen der zeitweisen Ausschaltung der Spulen aus dem Stromkreis ist es erforderlich, die Schleiffedern gut einzustellen, was durch con- centrisches Verschieben der Federnpaare und darauffolgendes Feststellen erreicht wird. Die Träger der Federn sind aus gewelltem Kupferbleche hergestellt, damit sie beim Einstellen der ersteren leichter nachgeben können.
Fig. 253.
Schaltung der Brush-Maschine.
Die Schaltung in der Maschine von Brush ist aus Fig. 253 zu ersehen und nach der von
Richter
in der „Elektrotechnischen Zeitschrift“ (Bd.
III
) ge- gebenen Darstellung folgende: Die Spule
A
1
und die ihr entgegengesetzte
A
5
sind mit den Segmenten des ersten Commutatorringes verbunden; Spule
A
3
und
A
7
mit denen des zweiten; Spule
A
2
und
A
6
mit denen des dritten und Spule
A
4
und
A
8
mit denen des vierten. Die Ringe 1 und 2 bilden den ersten und die Ringe 3 und 4 den zweiten Commutator. Die obere Bürste des ersten und die untere des zweiten Commutators führen zu den Schenkeln, die anderen zu der Leitung. Hiernach ist der Stromlauf, wenn die Spulen
A
1
und
A
5
sich zwischen den beiden Magnetpolen befinden, folgender: Von der Spule
A
1
ausgehend, gelangt der Strom in den Commutator
C
1
, von diesem durch die Bürste
B
1
der Reihe nach in die Drahtwindungen der sämmtlich hintereinander geschalteten Elektro- magnetschenkel
N
2
N
1
S
1
S
2
, dann zur Bürste
B
2
und in den Commutator
C
2
, von diesem durch die Bürste
B
3
in den äußeren Stromkreis und kehrt endlich durch die Bürste
B
4
und den Commutator
C
1
zu der mit der Spule
A
1
in Verbindung stehenden Spule
A
5
in den Ring zurück.
Die Sechzehn-Licht-Maschine macht bei Speisung von 16 Lampen 770 Umdrehungen per Minute und verbraucht dabei an Betriebskraft 15½ Pferde- kräfte; die elektromotorische Kraft ist dann gleich 839 Volts und die Stromstärke 10 Amp
è
res. Natürlich wurden von Brush auch Maschinen größerer Leistungsfähig- keit gebaut, so z. B. eine, mit welcher man 40 Lampen in einem Stromkreise betreiben kann. Diese erfordert einen Kraftaufwand von 35 Pferdekräften und entwickelt
Fig. 254.
Maschine von Bürgin.
Fig. 255.
Maschine von Bürgin.
einen Strom, dessen elektromotorische Kraft 2200 Volts und dessen Stromstärke 10 Amp
è
res beträgt.
Gewissermaßen in der Mitte zwischen den Ringmaschinen und den nachher zu besprechenden Cylindermaschinen, eine Combinirung beider bildend, steht die
dynamo- elektrische Maschine von Bürgin.
Fig. 254 stellt dieselbe und einen aus einer gleichen Maschine herausgenommenen Anker dar, Fig. 255 ist zum Theile im Schnitt gezeichnet und läßt die innere Einrichtung der Maschine besser über- blicken.
Die Form und Anordnung der Elektromagnete ist ähnlich jener der dynamo- elektrischen Maschine von Siemens. Die Armatur hingegen bildet zwar in ihrer Gesammtheit einen Cylinder, besteht aber dem Wesen nach aus einer größeren oder geringeren Anzahl von Gramme’schen Ringen. Das Gestell ist aus zwei starken Gußstücken zusammengesetzt, welche gleichzeitig die Elektromagnetschenkel bilden. Diese sind mit übersponnenen Kupferdrähten
c c
umwunden und gehen in der Mitte in cylindrisch ausgehöhlte Polstücke
S
und
N
über. Innerhalb dieses cylindrischen Hohlraumes kann sich der Armaturcylinder
W
um eine horizontale Axe mit geringem Spielraume zwischen beiden Magnetpolen drehen.
Bei der in der Abbildung vorgeführten Maschine ist der Cylinder aus acht Ringen zusammengesetzt. Die Ringe sind durch die Speichen
d
an den Hülsen
m
befestigt, welche auf der Axe
D
aufgekeilt sind. Die Eisenkerne der Ringe sind aus Eisendrähten
p
gebildet, die über die Speichenenden gespannt sind; die Ringe erhalten dadurch die Form eines Sechseckes. Um die Seiten der Sechsecke sind dann die Inductionsspulen
f
so gewunden, daß der äußere Umfang jedes Ringes der Kreisform so nahe als möglich kommt. Die einzelnen Ringe sind auf der Rotationsaxe derart befestigt, daß die Ecken der aufeinanderfolgenden Sechsecke in einer langgezogenen Spirale liegen. (Siehe Fig. 254.) Die Zahl der Biegungen des Ringes, sowie auch die Zahl der Ringe kann natürlich nach Bedürfniß variirt werden. Bei der durch die Abbildung dargestellten Maschine sind acht sechsseitige Ringe, also 8 × 6 = 48 Spulen angebracht. Sämmtliche Spulen sind im selben Sinne gewickelt; das eine Drahtende jeder Spule des ersten Ringes führt zu einem Segmente des Stromsammlers, die zweiten Enden dieser Spulen sind mit den Anfängen der ihnen auf dem benachbarten Ringe nächstgelegenen Spulen ver- bunden, während gleichzeitig von diesen Vereinigungspunkten aus Leitungen zu Stromsammler-Segmenten abgehen. Die Schaltung der Spulen sämmtlicher Ringe ist also gleich der Spulenschaltung im Gramme’schen Ringe. Es sind daher auch die Vorgänge bei der Stromerregung dieselben und brauchen hier nicht nochmals erörtert zu werden. Die Ableitung der in der Armatur inducirten Ströme erfolgt durch die Bürsten
z
, welche durch Federn an den Stromsammler leicht angedrückt werden. Die Maschinen von Bürgin liefern sehr günstige Resultate und wird namentlich die Solidität der Construction gerühmt.
In der äußeren Form den Cylindermaschinen sehr ähnlich, muß die
Maschine von Schwerd-Scharnweber
ihrer inneren Construction wegen doch zu den Ring- maschinen gezählt werden. Selbe ist in Fig. 256 in einer perspectivischen Ansicht und in Fig. 257 im Längsschnitte dargestellt. Die Elektromagnetschenkel sind flach gestaltet und in horizontaler Lage angeordnet. Ihre Pole wölben sich in Form eines Halbcylinders über die Armatur und tragen an der Vorder- und Rückseite der Maschine Ansätze
m
1
m
2
aus weichem Eisen, welche die Armaturwindungen zum Theile an ihrer Innenseite umfassen. Durch diese mantelartige Form der Magnetpole wird die Inductionswirkung in ähnlicher Weise verstärkt wie bei der Maschine von Fein.
Die Rotationsaxe
A X
besitzt bei
L
1
L
2
breite Lager, welche mit ausreichenden Schmiervorrichtungen versehen sind. Bei
S
ist ein Stück Rothguß auf die Axe aufgekeilt, von welchem vier Speichen 1 ausgehen, an denen die Ringarmatur
R R
befestigt ist. Die Armatur selbst unterscheidet sich vom Gramme’schen Ringe nur durch die Breite, welche ihr das Aussehen eines Cylinders giebt. Die Windungs- weise der Spulen und die Verbindung der Drahtenden mit dem Stromsammler
C
ist dieselbe wie beim Gramme’schen Ringe. Wird die Maschine zum Betriebe von Glühlichtern benützt, so liegen die Windungen der Elektromagnete im Nebenschlusse, während bei Betrieb von Bogenlichtern das dynamische Princip vollständig durch- geführt ist.
Fig. 256.
Maschine von Schwerd-Scharnweber.
Fig. 257.
Maschine von Schwerd-Scharnweber.
Die bisher beschriebenen Maschinen sind durch die Anwendung des Pacinotti- Gramme’schen Ringes charakterisirt. Wir haben nun jene Maschinen zu betrachten, bei welchen an Stelle des Ringes die Trommelarmatur gesetzt ist. Das Vorbild dieser Maschinen bildet die
Trommelmaschine von Siemens und Halske.
Der charakteristische Bestandtheil dieser von
Hefner
von
Alteneck
construirten Maschine ist die nachher genauer zu betrachtende Trommelarmatur. Fig. 258 ist das Schema einer derartigen unter Benützung des dynamischen Principes construirten Maschine. Die Elektromagnete
E
und
E
1
haben bei
S
und
N
ihre Pole, welche bogenförmig die Trommelarmatur umfassen. Sobald die Trommel in Drehung versetzt wird, entstehen in deren Drahtwindungen elektrische Ströme, welche in die Spiralen der Elektromagnete geleitet, diese in kurzer Zeit bis zu ihrer größten Stärke bringen.
Betrachten wir nun mit Hilfe des Schemas Fig. 259 die Inductionsvor- gänge etwas näher, so bemerken wir, daß zur selben Zeit, in welcher sich die eine Hälfte der Drahtwindungen dem Südpole nähert, die andere Hälfte derselben Windungen dem Nordpole immer näher rückt; es werden also in der einen Hälfte der Drahtwindungen Ströme der einen Richtung inducirt, in der anderen Hälfte Ströme der entgegengesetzten Richtung. Da aber jede Drahtwindung sich bei
O
zurückkrümmt und dann in der zweiten Hälfte entgegengesetzt verläuft wie in der
Fig. 258.
Schema der Trommel-Maschine.
Fig. 259.
Schema der Trommel.
ersten Hälfte, so muß die ganze Windung doch nur von Strömen einer Richtung. die sich in ihren Wirkungen addiren, durchflossen sein. Es verhält sich hier ähnlich wie mit der Bewegung eines Uhrzeigers: derselbe bewegt sich unten von rechts nach links, oben umgekehrt, und doch durchläuft er continuirlich in einer Richtung seine Bahn.
Man bemerkt ferner, daß jede Windungshälfte bei jeder vollen Umdrehung der Trommel sich einmal dem Nord- und einmal dem Südpole nähert; es müssen deshalb bei einer vollen Umdrehung in jeder Umwindung
nacheinander
Ströme von entgegengesetzter Richtung inducirt werden. Im Schema (Fig. 259) sind vier derartige Drahtgruppen durch die Curven
c 5 O 5' d, d 7 O 7' e, e 1' O 1 f
und
f 4' O 4 g
dargestellt. Bei
N
und
S
hat man sich die Pole der Elektromagnete zu denken, der mit Buchstaben beschriebene Kreis versinnlicht die voneinander isolirten Theile des Collectors oder Stromsammlers; der Pfeil bei
N
zeigt die Rotationsrichtung des Cylinders, die übrigen Pfeile geben die Richtung der indu- cirten Ströme an. Die über die Punkte 2 2', 3 3', 6 6' und 8 8' verlaufenden Drahtgruppen sind weggelassen, um die Deutlichkeit nicht zu beeinträchtigen. Wir wollen nun die einzelnen Drahtwindungen und die in diesen auftretenden Inductionserscheinungen der Reihe nach betrachten.
1. Jene Windungen, welche von 5' und 7' ausgehend nach
O
laufen,
nähern
sich dem Nordpole
N;
sie erhalten Ströme inducirt von bestimmter Richtung, in der Zeichnung von rückwärts
gegen den Collector
zu.
2. Die Windungen, welche von 1 und 4 ausgehen,
entfernen
sich vom Nordpole, weshalb in jenen Ströme inducirt werden, die der Richtung nach den vorigen entgegengesetzt verlaufen; nun sind aber auch die Seiten, oben und unten, in Beziehung auf den Nordpol verwechselt, wie aus der Zeichnung er- sichtlich ist, daher haben die Ströme wieder die Richtung von rückwärts
gegen den Collector
.
Ein Gleichniß möge dieses Verhalten deutlicher machen: Eine Person bewegt sich gegen einen Spiegel; Person und Bild kommen dadurch einander näher, d. h. sie bewegen sich in entgegengesetzter Richtung, und doch gehen beide, Person und Bild, vorwärts. Da Person und Bild ihre Vorderseiten einander zukehren, muß offenbar das Vorwärtsbewegen des Bildes und das Rückwärtsbewegen der Person im Vergleiche zu einem außerhalb befindlichen Punkte eine und dieselbe Richtung sein. Geradeso verhält es sich nun auch mit den Strömen; bei
N
ist, wenn das Gleichniß hierauf angewandt wird, der Spiegel; was ober- halb
N
die Richtung von rückwärts nach vorne hat, zeigt unterhalb
N
die Richtung von vorne nach rückwärts, und da auch der Magnetpol oben umgekehrt wirkt wie unten, so wird die Richtung noch einmal umgekehrt, d. h. die Ströme laufen ober- und unterhalb
N
in gleicher Richtung.
3. In den Windungen, welche von 5 und 7 ausgehen, werden Ströme inducirt, die ihrer Richtung nach den unter 1 erwähnten Strömen entgegengesetzt gerichtet sind, weil sie sich dem
Südpole
nähern, während die unter 1 betrachteten Windungen sich dem
Nordpole
nähern. Die Stromrichtung wird also sein:
vom Collector
nach rückwärts.
4. Die Windungen, die bei 1' und 4' beginnen,
entfernen
sich vom Südpole, erleiden deshalb entgegengesetzte Inductionen wie die Drähte in 3, haben aber räumlich die entgegengesetzte Lage, und die Ströme bekommen daher durch diese doppelte Umkehr wieder die Richtung der Ströme in 3, also die
vom Collector
nach rückwärts.
Es werden also Ströme mit der Richtung
vom
Collector in jenen Drähten inducirt, welche von den Punkten 4' 1' 7 und 5 auslaufen, Ströme mit der Richtung zum Collector in den von 5' 7' 1 und 4 ausgehenden Drähten. Es tritt daher zwischen 5' und 4', ferner zwischen 4 und 5 ein Stromwechsel für jede in diese Stellung kommende Spule ein. Die Verbindungslinie + — zwischen diesen beiden Punkten steht senkrecht auf der Verbindungslinie der Magnetpole
N S
. Die Ableitung der inducirten Ströme aus der Maschine in den äußeren Stromkreis derart, daß letzterer stets von Strömen
einer
Richtung durchflossen erscheint, wird durch die im Schema angegebene Anordnung des Collectors oder Stromsammlers bewirkt. Von — ausgehend, kann man die Richtung der Ströme über
c 5 O 5' d 7 O 7' e 1' O 1 f 4' O 4 g
bis + verfolgen und ersieht daraus, daß alle diese Windungen einen ununterbrochenen Stromkreis darstellen.
Derselbe Gang der Betrachtung läßt sich auch für jene Drahtwindungen durchführen, welche von den Punkten 5' 8' 2 und 3, ferner von den Punkten
Urbanitzky
: Elektricität. 25
3' 2' 8 und 6 ausgehen. Es ergiebt sich dann, daß die ersterwähnten Windungen Ströme inducirt erhalten mit der Richtung
zum
Collector, die letzterwähnten mit der Richtung
vom
Collector. Die Verbindung der einzelnen Windungen mit den Collectortheilen in einer dex früheren analogen Weise giebt wieder einen geschlossenen Stromkreis, der von — über
c 3' O 3 b 2' O 2 a 8 O 8' h 6 O 6' g
nach + geht. In Fig. 260 ist der Collector mit seinen Verbindungen, aber ohne den mit der Cylinderaxe parallelen Drahtwindungen dargestellt und die einzelnen Punkte sind mit gleichen Buchstaben und Zahlen bezeichnet wie in Fig. 259; der zuletzt angegebene Stromkreis ist punktirt gezeichnet.
Fig. 260.
Schema des Collectors.
Durch die eigenthümliche Anordnung des Collectors wird bewirkt, daß bei
g
und
c
Ströme gleicher Richtung zusammentreffen, die sich geradeso wie im Gramme- schen Ringe wieder vernichten müßten, wenn an diesen Stellen nicht die Ableitungsdrähte + und — in dem äußeren Strom- kreis angebracht wären. Für diese Ableitung, sowie auch für die Stellung der hierzu dienenden Bürsten gilt dasselbe, was bei der Gramme’schen Maschine be- reits gesagt wurde.
Die einfachste Form der Trommelarmatur ist in Fig. 261 dargestellt. Auf einer Stahlaxe
C C
, welche in den Lagern
F
1
F
2
drehbar ist, sitzt ein eiserner Cylinder
s s
1
n n
1
. Um den- selben, und zwar in der Rich- tung seiner Längsaxe, ist isolirter Kupferdraht gewickelt, dessen Enden
c c
zu dem Commutator
p p
1
führen.
N N
1
und
S S
1
stellen die Querschnitte von Magnetpolen dar. Die Magnetpole sind bogenartig geformt, so daß sie die Trommel in mehr als zwei Drittel ihres Umfanges umhüllen; sie wirken durch Influenz auf den Eisenkern und verwandeln diesen in einen kräftigen Quermagnet. Die Magnet- pole und der Eisenkern bilden in dem Raume zwischen sich zwei entgegengesetzt polarisirte, kräftige magnetische Felder. In diesen rotiren die Drahtwindungen, während der cylinderförmige Eisenkern festgelegt ist. Werden jedoch die Draht- windungen auf dem Cylinder selbst angebracht, so daß dieser an der Rotation der Spiralen theilzunehmen gezwungen ist, so tritt im Eisencylinder ein gegen die Rotationsrichtung gerichtetes Wandern der Polaritäten geradeso ein, wie wir es am Gramme’schen Ringe beobachtet haben. In der Wirkungsweise der Maschine wird aber hierdurch nichts geändert. Obwohl die Festlegung der Eisen- trommel vortheilhaft erscheint, wird hiervon doch meistens Abstand genommen, da dies in der mechanischen Durchführung der Maschine große Schwierigkeiten verursacht.
Die Trommelmaschine
wurde von der Firma Siemens \& Halske in sehr verschiedenen Formen und Größen erzeugt. Eine derselben, eingerichtet für
Fig. 261.
Die Cylinderarmatur.
Maschinenbetrieb, ist in Fig. 262 abgebildet. Die verticalen Ständer
F F
1
tragen die Lager für die Rotationsaxe
C C
, auf welcher die Trommel befestigt ist; diese selbst rotirt zwischen bogenförmigen Halbankern der
V
förmigen Stahlmagnete
Fig. 262.
Trommelmaschine von Siemens.
M M
, welche so angeordnet sind, daß sie alle ihre Nordpole bei
N N
, ihre Süd- pole bei
S
diamentral gegenüber haben. Hierdurch entstehen magnetische Felder von großer Intensität, welche auf die rotirende Trommel eine kräftige Inductions- wirkung ausüben. Bei
p p
1
ist der Collector sichtbar, durch welchen stets die Ströme gleicher Richtung gesammelt werden und durch die Bürsten
B B
1
ihre
25*
Ableitung in den äußeren Stromkreis
L L
1
finden. Auf dem entgegengesetzten Ende der Rotationsaxe ist eine Riemenscheibe angebracht, um die Maschine be- treiben zu können.
Aus Vorstehendem läßt sich leicht erkennen, daß bei der Trommelarmatur die Ausnützung der Drahtwindungen zur Induction eine viel vollkommenere ist wie beim Gramme’schen Ringe, da bei der ersteren im Innenraume derselben keine Drahtwindungen vorkommen, wie dies bei dem Ringe der Fall ist. Bei der Trommelarmatur werden mit Ausnahme der Drahtstücke an den beiden Stirn- seiten des Cylinders alle Drähte vollständig ausgenützt.
Bei der praktischen Ausführung der Siemens’schen Maschinen zur Beleuchtung, Elektrochemie und Kraftübertragung werden natürlich an Stelle der Stahlmagnete Elektromagnete angewandt und diese entweder stehend oder liegend, dem speciellen
Fig. 263.
Siemens’sche Lichtmaschine.
Bedürfnisse entsprechend, angeordnet. Hierbei wird auch in der Regel auf die etwas complicirtere Stromführung verzichtet, der Draht auf der Trommel in viele Partien getheilt, die dann keines Collectors bedürfen, sondern in Gramme’scher Weise zu den Sectoren eines Stromsammlers von der bei diesen Maschinen be- nützten Art geleitet werden.
Eine derartige
Maschine für Beleuchtungszwecke
ist in Fig. 263 ab- gebildet. Die Elektromagnete sind hierbei flach gebaut und liegend angeordnet. Die Pole bestehen aus sieben Eisenlamellen, welche in Bogenform die Trommel derart umfassen, daß stets mehr als zwei Drittel derselben der Inductionswirkung ausgesetzt sind. Die Anwendung des dynamischen Principes zeigt die Verfolgung des Stromweges durch die Maschine. Der in den Umwindungen der Trommel inducirte Strom gelangt durch die rechts auf dem Stromsammler schleifende Bürste mittelst eines Drahtbogens in die rechts unten liegende Spule des Elektro- magnetes, durchläuft diese, geht dann in die obere Spule, von hier in die am Gestelle rechts befindliche Klemme, in den äußeren Schließungsbogen (der hier weggelassen ist) zur Klemme links, von dort zu den links befindlichen Spulen des Magnetes und endlich durch die links befindliche Schleiffeder wieder in die Trommel- windungen.
Diese Maschine wird in verschiedenen Größen ausgeführt und besitzt dann natürlich auch eine verschiedene Leistungsfähigkeit. Das mit
D
1
bezeichnete Modell ist z. B. im Stande, ein Licht von 12.000 Normalkerzen zu erzeugen, wenn es 500 Touren per Minute macht, wobei ein Kraftaufwand von sieben Pferdekräften erforderlich ist. Die Maschine hat eine Länge von 1·21, eine Breite von 0·86 und eine Höhe von 0·35 Meter und wiegt 500 Kilogramm.
Fig. 264 stellt eine
Maschine
dar, wie sie
zur Reinmetallgewinnung
aus Lösungen der betreffenden Metallsalze angewandt wird. Wie schon früher er- wähnt, bedarf man zu solchen Zwecken keiner hochgespannten Elektricität, sondern
Fig. 264.
Siemens’sche Maschine zur Reinmetallgewinnung.
kommt hauptsächlich die Quantität derselben in Betracht. Die Spiralen um die Elektromagnete und um die Trommel werden daher hier großen Querschnitt besitzen müssen, hingegen wird eine geringe Anzahl von Windungen genügen. (Bei Anwendung von Batterien würde man, wie wir bereits erfahren haben, einige wenige, dafür aber großplattige Elemente anzuwenden haben.) In der That ersieht man aus der Abbildung, daß jeder Elektromagnetschenkel nur mit sieben Windungen versehen ist. Dieselben sind aber nicht mehr aus Draht, sondern aus Kupferstangen hergestellt und besitzen einen Querschnitt von 13 Quadratcentimeter. Die Windungen auf der Armatur sind gleichfalls aus Kupferbarren hergestellt und bedecken die Trommel nur in einer Lage. Sie sind in der früher angegebenen Weise durch passend geformte Kupferstücke miteinander verbunden. Die Verbindungsstellen sind nicht gelöthet, sondern verschraubt und die Isolirungen zwischen den einzelnen Windungen und den anderen Maschinenbestandtheilen aus unverbrennlichem Asbest hergestellt. Diese Ansführung gestattet, die Leistungsfähigkeit der Maschinen so hoch zu steigern, daß sogar die dicken Windungen heiß werden können, ohne hierdurch die Maschine zu beschädigen. Die Magnetpole sind wie bei der vorbeschriebenen Maschine aus sieben bogenförmigen Lamellen gebildet.
Derartige Maschinen stehen beispielsweise im königlichen Huttenwerke zu Oker am Harz Tag und Nacht seit mehreren Jahren in Verwendung und schlagen jede täglich fünf bis sechs Centner Kupfer in den Zersetzungszellen nieder, wozu sie eines Kraftaufwandes von acht bis zehn Pferdekräften bedürfen.
Ebenso wie der Gramme’sche Ring bildet auch die Siemens-Armatur den typischen Bestandtheil einer ganzen Reihe von mehr oder minder glücklich modifi- cirten Maschinen. Einige derselben wollen wir im Nachstehenden kennen lernen. So stellt Fig. 265 eine
dynamoelektrische Maschine von Edison
dar, welche
Fig. 265.
Fig. 266.
Maschinen von Edison.
dazu bestimmt ist, 60 Glühlichter zu je 16 Normalkerzen zu speisen. An dieser Maschine fällt uns zunächst die von allen anderen Maschinen abweichende Form der Magnete auf. Die beiden cylindrischen Kerne derselben sind vertical gestellt und deren Polschuhe aus einem massiven Eisenblock gebildet, der cylindrisch aus- gehöhlt ist. In diesem cylindrischen Hohlraume dreht sich eine Cylinderarmatur.
In Fig. 266 ist eine ebensolche Maschine für 250 Lampen zu 16 Normal- kerzen abgebildet und in Fig. 267 die große sogenannte Tausend-Licht-Maschine, wie sie in Centralstationen für elektrische Beleuchtung zur Verwendung kommt.
Diese Tausend-Licht-Maschine oder Dampfdynamo, wie sie Edison nennt, umfaßt eine horizontale Dampfmaschine von 125 Pferdekräften und die dynamo- elektrische Maschine, welche beide auf einer Grundplatte befestigt sind. Die inducirenden
Fig. 267.
Die Tausend-Licht-Maschine von Edison.
Elektromagnete sind aus acht cylinderförmigen, mit isolirtem Drahte umwickelten Schenkeln und zwei massiven Eisengußstücken, welche die Pole bilden, zusammengesetzt. Letztere besitzen eine cylindrische Höhlung, in der sich die Armatur dreht. Die Länge der Elektromagnetschenkel beträgt 2·4 Meter; sie sind horizontal befestigt und ihre Umwindungen in den Stromkreis der Maschine eingeschaltet.
Die Armatur bildet ein, dem Principe nach, Siemens’scher Cylinder mit Gramme’scher Verbindungsweise der Drahtenden. Die Windungen sind parallel zur Drehungsaxe des Cylinders angeordnet, aber nicht aus Drähten, sondern aus Kupferstreifen von trapezartigem Querschnitte hergestellt. Die Isolirung der ein- zelnen Streifen voneinander wird durch ein eigens präparirtes Löschpapier bewerkstelligt. An den beiden Stirnseiten des Cylinders sind auf dessen Axe von dieser und voneinander isolirt ebensoviele Kupferscheiben angebracht, als Kupfer- streifen auf dem Umfange vorhanden sind. Je zwei einander diametral gegenüber- liegende Kupferstreifen sind mit ihren auf der einen Stirnseite der Armatur liegenden Enden mit einer Kupferscheibe verbunden; das auf der entgegengesetzten Seite der Armatur befindliche Ende des einen Streifens ist mit einer auf dieser
Fig. 268.
Edison’s Armatur.
Seite befindlichen Kupferscheibe verbunden, das Ende des zweiten Streifens (dem ersten diametral gegenüber) mit einer zweiten Kupferscheibe. Von dieser geht dann eine Verbindung zum dritten Streifen, von hier zu einer Scheibe auf der gegen- überliegenden Seite der Armatur; diese Scheibe ist dann mit dem dem dritten Streifen diametral gegenüberliegenden Streifen verbunden, so daß also alle Kupfer- streifen, -Scheiben und -Verbindungen zusammen eine ununterbrochene Reihe von Windungen um den Cylinder bilden. Fig. 268 wird diese Anordnung verdeutlichen. Auf der Axe
A
ist zunächst ein Holzcylinder
B
befestigt, welcher die den Kern der Armatur bildenden Scheiben
D
aus weichem Eisen trägt.
S
sind die Kupfer- streifen, deren die große Maschine 146 besitzt, und
L L
1
die Kupferscheiben.
C
ist der nach Gramme’scher Weise ausgeführte Stromsammler. Durch diese Anordnung ist der Widerstand der Armatur und speciell derjenige der unthätigen Partien an den Stirnseiten des Cylinders auf ein Minimum gebracht und die Verbindung der einzelnen Windungen ohne Complication von Drähten erreicht. Die Streifen sind beiläufig 1·05 Meter lang und davon befindet sich etwa 1 Meter unter directer Einwirkung der Magnetpole.
Das Gesammtgewicht der Maschine beträgt über 17 Tonnen, wovon bei- läufig 10 Tonnen auf die Elektromagnete und 2·5 Tonnen auf die Armatur kommen. Sie kann 1000 Glühlichtlampen (System Edison) von je 16 Kerzen Lichtstärke oder 2000 solcher Lampen von je 8 Kerzen Lichtstärke mit Strom ver- sehen. Die Welle des Motors ist in der Verlängerung der Armaturwelle angebracht und mit letzterer durch eine Kuppelung verbunden. Derartige Maschinen stehen in der Centralstation in New-York in Verwendung, von welcher aus ein ganzer District zu Beleuchtungszwecken mit elektrischen Strömen versehen wird.
Ein Uebelstand, der sich namentlich häufig bei großen Maschinen geltend macht, besteht in der starken Funkenbildung am Stromsammler, wodurch dieser sehr rasch abgenützt wird. Betrachten wir einmal die Vorgänge am Stromsammler etwas genauer. Letzterer besteht aus einer größeren oder geringeren Anzahl von Metallstreifen, welche mit den Drahtwindungen der Armatur in Verbindung stehen und untereinander durch irgend ein Isolirungsmaterial getrennt sind. Die auf dem Stromsammler schleifenden Bürsten passiren also abwechselnd leitende und isolirende Streifen, d. h. sie stehen mit den Armaturwindungen abwechselnd in und außer Verbindung. Dementsprechend könnte kein continuirlicher Strom im äußeren Strom- kreise auftreten, sondern in diesem müßten lauter einzelne rasch aufeinanderfolgende Ströme kreisen. Um diese fort- währenden Stromunterbrechungen hintanzuhalten, werden daher die Schleifbürsten so angeordnet, daß sie schon den folgenden Metallstreifen berühren, wenn sie den vorher- gehenden noch nicht verlassen haben. Hierdurch erreicht man, daß der Strom nie vollständig unterbrochen wird.
Bei der Gramme’schen Anordnung des Strom- sammlers ist nun der Vorgang an diesem folgender: Die Schleiffeder
f
, Fig. 269, berührt bereits den Metallstreifen 2 des Stromsammlers, während sie den Streifen 1 noch nicht verlassen hat. Dadurch wird aber die zwischen diesen beiden Metallstreifen liegende Spule
S
der Armatur kurz, d. h. durch 1, 2 und
f
geschlossen. Ist nun die Spannungs- differenz zwischen den beiden Enden der Spule
S
eine bedeutende, so wird der kurze Schluß schon hergestellt
Fig. 269.
Stromableitung vom Gramme- schen Stromsammler.
werden, bevor die Streifen 1 und 2 durch
f
verbunden sind, indem eine Selbst- entladung in Form eines Funkens eintritt.
Edison hat nun für seine großen Maschinen eine Anordnung getroffen, durch welche beide Uebelstände, nämlich die Unterbrechung des Stromes und die Funken- bildung, bedeutend vermindert werden. In Fig. 270 bezeichnen
a
1
a
2
a
3
die isolirenden,
b
1
b
2
b
3
die Metallstreifen des Stromsammlers
A
. Die Metallstreisen verlaufen nicht in ihrer ganzen Länge in gleicher Breite, sondern je ein Stück derselben ist, wie die Figur erkennen läßt, schmäler gehalten. Ueber die breiten Theile der Metallstreifen schliefen die Bürsten
d d
, über die schmalen Theile die von letzteren getrennte Bürste
e
. Auf derselben Axe, auf welcher der Strom- sammler
A
befestigt ist, befindet sich auch der Stromunterbrecher
B
. Auf diesem sind voneinander und von der Maschine isolirt die Metallstreifen
c
1
c
2
u. s. w. angebracht. In ihrer Lage stimmen sie genau mit der Lage der schmalen Stücke
b
1
b
2
… des Stromsammlers
A
überein.
Unter Beachtung dieses Umstandes kann der Stromunterbrecher
B
auch getrennt von der Maschine aufgestellt sein.
Ueber die Metallstreifen des Strom- unterbrechers
B
schleifen die beiden voneinander getrennten Bürsten
h
1
h
2
. Die Bürste
h
1
ist mit den Bürsten
d d
,
h
2
mit der Bürste
e
verbunden. Die Bürsten
e
,
h
und
h
2
sind gegenüber den Bürsten
d d
etwas vorgeschoben.
Ist die Maschine im Gange, also
A
und
B
in vollkommen gleicher Rota- tion, so spielen sich die Vorgänge bei der Stromableitung in folgender Weise ab: So oft die Bürsten
d d
auf einem der Metallstreifen
b
1
b
2
… des Strom- sammlers
A
aufruhen, berühren die Bürsten
e
,
h
1
und
h
2
Isolirungsstreifen; die letztgenannten Bürsten nehmen daher an der Stromableitung keinen Antheil, und diese erfolgt in der gewöhnlichen Weise durch die Bürsten
d d
. Bevor jedoch die Bürsten
d d
bei fortdauernder Drehung von
A
die Metallstreifen
b
1
b
2
. . ver- lassen, gelangt die Bürste
e
mit diesen in Berührung, während gleichzeitig die Bürsten
h
1
h
2
auf einen Metallstreifen des Stromunterbrechers
B
gelangen. Der Strom kann nun durch die Bürste
e
, den Verbindungsdraht und die Bürste
h
2
Fig. 270.
Edison’s Funkenbrecher.
in den Metallstreifen auf
B
ge- langen, von dem er dann durch die Bürste
h
1
und den zu dieser gehörigen Verbindungsdraht zu den Bürsten
d d
kommt und von hier aus in den äußeren Strom- kreis abfließt. Dieser Weg bleibt dem Strome so lange offen, so lange die Bürsten
d d
auf einem isolirenden Streifen schleifen. In dem Momente, als sie wieder auf einen Metallstreifen kommen, wird dieser Nebenschluß dadurch unterbrochen, daß die Bürsten
h
1
h
2
auf einen isolirenden Streifen kommen und hierdurch die leitende Verbindung zwischen
h
1
und
h
2
aufgehoben wird.
Durch diese von Edison angegebene Anordnung wird also bewirkt, daß einerseits der Maschinenstrom im äußeren Stromkreise nie unterbrochen wird, andererseits nie ein kurzer Schluß einer Spirale der Armatur eintreten kann. Es bedarf nach Obigem keiner weiteren Erklärung, daß hierdurch auch die Funkenbildung auf ein Minimum gebracht wird.
Die
Maschine von Meston,
Fig. 271, zeigt äußerlich allerdings eine gewisse Aehnlichkeit mit der Maschine von Siemens. Sie unterscheidet sich jedoch von dieser namentlich in der Construction der Armatur. Der Eisenkern derselben ist folgendermaßen gebildet: 36 dünne Eisenscheiben sind an ihrem kreisförmigen Umfange so ausgeschnitten, daß sie die Form 16zähniger Räder erhalten; dieselben werden dann auf die Rotationsaxe mit Einschaltung kleiner Zwischenstücke neben- einander aufgesetzt, und zwar mit den Ecken ihrer Zähne in geraden, zur Rotations- axe parallelen Linien. Dadurch bleibt zwischen je zwei Scheiben ein Zwischenraum, in welchem die Luft circuliren kann. An der Oberfläche des auf diese Art gebildeten Cylinders verlaufen dann parallel zu dessen Axe 16 Rinnen von viereckigem Querschnitte. In diese werden die Drahtwindungen gelegt, untereinander und mit dem Stromsammler so verbunden, wie bei der Siemens’schen Maschine. Die Sec- toren des Stromsammlers sind jedoch nicht in zur Axe parallelen, sondern in spiraligen Streifen angeordnet, die voneinander durch Luftschichten isolirt sind. Diese Form hat den Zweck, immer mehrere Sectoren gleichzeitig mit den Bürsten
Fig. 271.
Maschine von Weston.
in Contact zu bringen und dadurch die Stromableitung zu einer gleichförmigen zu machen.
Die Elektromagnete bestehen aus einzelnen gußeisernen Stäben, die an den beiden verticalen, vielfach durchbrochenen Ständern in horizontaler Lage befestigt
Fig. 272.
Die Weston-Armatur.
sind. Die einander zugekehrten Stabenden sind durch schmiedeeiserne Bögen ver- bunden; nur die beiden äußersten Paare tragen an Stelle der Bögen ellipsoidisch gestaltete Eisenstücke, da nach Weston’s Angaben dies die Regelmäßigkeit der Strom- erregung begünstigen soll.
Der eigenthümlich geformte Eisenkern, die Zwischenräume zwischen den Magnetstäben und die durchbrochenen Ständer geben eine vorzügliche Ventilation, und die Erwärmung einzelner Theile der Maschine ist dadurch nahezu ganz aus- geschlossen.
Fig. 273.
Neue Maschine von Weston.
Die Maschine hat in neuerer Zeit mannigfache Aenderungen und Verbesse- rungen erfahren. Der Eisenkern der Armatur und eine davon getrennte Scheibe sind in Fig. 272 abgebildet. Die Armatur ist wie beim älteren Modell aus den 16zähnigen Eisenscheiben gebildet, die 36 an der Zahl auf die Rotationsaxe auf- gesetzt werden. An den Stirnseiten ist der Cylinder durch abgerundete mehrfach durchbohrte Eisenplatten geschlossen. Der Cylinder ist sonach selbst nach dem Auf- winden des Drahtes hohl und sein Innenraum durch eine große Anzahl von Oeffnungen mit der äußeren Luft in Verbindung. Jede Scheibe besitzt 16 Zähne und bildet daher an ihrem Umfange 16 Oeffnungen; da 36 Scheiben den Cylinder zusammensetzen, so befinden sich an dessen Oberfläche nicht weniger als 576 Oeff- nungen, welche der Luft den Zutritt in das Innere des Cylinders ermöglichen.
Die Maschine selbst, in der ihr in neuerer Zeit gegebenen Gestalt, ist in Fig. 273 abgebildet. Die Verbindungsweise der Drahtspiralen untereinander und mit den Segmenten des Stromsammlers ist unverändert geblieben. Hingegen wurde die Spiralanordnung der Kupferstreifen des Stromsammlers aufgegeben, da hier- durch die Gleichförmigkeit des Stromes denn doch nur auf Kosten der Strom- intensität erreicht werden konnte. Um die Funkenbildung so viel als möglich zu unterdrücken, erhielt der Stromsammler eine bedeutend größere Anzahl von Metall- streifen, nämlich bis zu 140. Da nämlich jeder Streifen einer Vereinigungsstelle der Drähte zweier Spulen entspricht, ist durch diese Anordnung natürlich auch die Anzahl der Windungsgruppen der Armatur vermehrt und folglich die Spannungs- differenz an den beiden Enden jeder Spule vermindert. Die Befestigung des Stromsammlers ist eine derartige, daß durch sie das Auswechseln des Strom- sammlers im Beschädigungsfalle leicht zu bewerkstelligen ist. Die Schleiffedern be- stehen aus elastischen Kupferplatten, die durch Schlitze mehrfach gespalten sind. Ihre Befestigung durch Bürstenträger, welche auf einer drehbaren Scheibe angebracht sind, gestattet, mit der Hand die Stromstärke und die Stärke des magnetischen Feldes zu reguliren, indem man die Bürsten mehr oder weniger nahe an die günstigste Berührungsstelle bringt.
Bei den großen Maschinen dieser Art liegen die Drahtwindungen der Elektro- magnete nicht im Hauptstromkreise, sondern in einem Nebenschlusse zu den Spiralen der Armatur. Eine solche Maschine versorgt 20 Bogenlampen mit Strom, macht hierbei 900 Touren und beansprucht einen Kraftaufwand von 14 Pferdekräften.
Bei Maschinen, welche dazu bestimmt sind, eine größere Anzahl von Lampen mit Strom zu versorgen, die also auch einen höher gespannten Strom liefern müssen, wendet Weston eine besondere Windungs- und Verbindungsart der Drähte auf der Armatur an. Wir haben früher, bei Besprechung der Maschine von Edison, die Wirkungsweise eines Stromsammlers nach Gramme’schem Muster betrachtet und dabei die unvortheilhaften Folgen eines kurzen Schlusses der Armaturspiralen erkannt, welcher durch gleichzeitiges Berühren zweier aufeinanderfolgender Strom- sammler-Segmente durch die Bürsten entsteht. Die Vermeidung dieses Uebelstandes ist es eben, was Weston mit der eigenartigen Drahtführung bezweckt.
Fig. 274 stellt die Ansicht und Fig. 275 den in der Richtung
A A
durch die Armatur geführten Querschnitt dar. Die Drahtlagen in den 16 Rinnen des Eisenkernes sind in zwei Partien getheilt. Es ist dies in den beiden Figuren dadurch versinnlicht, daß die eine Partie weiß, die andere schwarz gezeichnet ist. Dementsprechend ist auch die Anzahl der Stromsammlerstreifen
E E
auf das Doppelte gebracht. Die Drahtführung ist in nachstehender Weise bewerkstelligt: Zunächst versieht man eine Rinne des Cylinders und die ihr diametral gegenüberliegende Rinne mit einer Drahtlage. (In Fig. 275 schwarz gezeichnet und mit 1, 1 bezeichnet.) Die Drahtenden werden dann in die Höhe gezogen und vorläufig frei gelassen. Dann versieht man dieselben Rinnen mit einer zweiten von der ersten völlig getrennten, aber gleich starken Drahtlage (2, 2 weiß); hierauf führt man denselben Draht, nachdem
Fig. 274.
Fig. 275.
man zuvor Schlingen gebildet hat, von welchen aus Leitungen zu den Strom- sammler-Segmenten geführt werden, in die auf beiden Seiten des Cylinders nächst- folgenden Rinnen und bildet dort die untere Lage (3, 3 weiß). Nun nimmt man den früher frei gelassenen, von der Lage 1, 1 kommenden Draht wieder auf und stellt durch ihn die Lage 4, 4 her. In dieser Weise wird der ganze Cylinder bewickelt und erhält dadurch zwei voneinander getrennte Drahtlagen, die elektrisch vollkommen gleichwerthig sind, sowohl was ihre Länge, als auch was ihre Lage zu den inducirenden Magneten anbelangt.
Man kann natürlich auch zuerst die gesammten Rinnen des Cylinders mit der unteren Drahtlage versehen und dann auf diese die gesammte obere Drahtlage anbringen. Es ist dann nur zu beachten, daß immer das Ende der unteren Draht- lage einer Rinne mit dem Anfange der oberen Drahtlage der nächstfolgenden Rinne verbunden werden muß und von hier aus eine Verbindung mit einem Strom- sammlerstreifen herzustellen ist. Aus Fig. 274 ersieht man, daß dann immer ab- wechselnd schwarze Drahtlagen
C
und weiße Drahtlagen
B
mit den aufeinander- folgenden Streifen des Stromsammlers verbunden sind; diese Verbindung wird durch die Strahlstücke
D
hergestellt.
Daß bei dieser Anordnung und Verbindungsweise der einzelnen Windungs- gruppen nie ein kurzer Schluß in der Weise entstehen kann, wie wir es bei Betrachtung der Fig. 269 gesehen haben, zeigt die in gleicher Weise gezeichnete Fig. 276. Es mögen die Segmente 1 2 oder 2 3 oder irgendwelche andere unmittelbar aufeinanderfolgende Segmente des Stromsammlers verbunden wer- den, nie wird hierdurch ein kurzer Schluß in solcher Weise herbei- geführt wie beim Gramme’schen Ringe. Zur Erreichung dieses Zieles ist es natürlich nicht noth- wendig, genau nach der oben angegebenen Weise bei der Be- wicklung des Eisenkernes vor- zugehen; es genügt vielmehr, an dem Principe festzuhalten, daß zwei unmittelbar aufeinander- folgende Segmente des Strom-
Fig. 276.
Stromableitung vom Weston’schen Stromsammler.
sammlers nicht mit den Enden einer in sich geschlossenen Gruppe in Verbindung stehen dürfen. Sonach können auch die Drahtwindungen der gesammten Armatur in mehr als zwei selbstständige Stromkreise getheilt werden, was bei sehr großen Maschinen und höheren Spannungen vortheilhaft erscheinen kann; in der Regel wird jedoch die Zweitheilung zur Erreichung des angestrebten Zweckes vollständig genügen.
Bei der
dynamoelektrischen Maschine von Lord Elphinstone und C. W. Vincent
wird die Herstellung möglichst kräftiger magnetischer Felder dadurch zu erreichen gesucht, daß den Inductionsspulen innen und außen Magnetpole gegen- übergestellt werden. Fig. 277 giebt eine Ansicht, Fig. 278 den Längsschnitt dieser Maschine. Auf den beiden Seitenständern
S S
ist die Stahlaxe
A X
unbeweglich festgestellt. In der Mitte der Axe sind sechs Eisenkerne
E
fächerartig befestigt und mit Drahtwindungen versehen. Die Drahtenden dieser sechs Elektromagnete werden durch entsprechende Bohrungen in der Stahlaxe herausgeleitet. Die Windungen sind so angeordnet, daß bei Einleiten eines Stromes in dieselben Nord- und Südpol im Kreise herum abwechselnd aufeinanderfolgen. Den Polschuhen dieser inneren Elektromagnete stehen sechs Polschuhe der außen angebrachten drei Elektro- magnete
M
von
V
-förmiger Gestalt gegenüber. Die Ströme in diesen sind so geführt, daß ihren Polen ungleichnamige Pole der inneren Elektromagnete gegenüberstehen.
Zwischen diesem Doppelkranze von Elektromagneten bewegen sich die Draht- windungen, in welchen Ströme inducirt werden sollen. Die Spulen sind auf einem
Fig. 277.
Maschine von Elphinstone \& Vincent.
starken Cylinder aus Papiermach
é
befestigt, welcher von den beiden Bronzerädern
R R
getragen wird. Die Axenlager der beweglichen Trommel tragen einerseits die Riemenscheibe
r
, andererseits den Commutator
C.
Die Inductionsspulen müssen sich bei dieser Anordnung mit geringem Spielraume zwischen den Polen der äußeren und inneren Magnete durchbewegen und erfahren daher eine sehr kräftige In- ductionswirkung.
Die Anordnung der Inductionsspulen selbst ist nachstehende: Auf sechs Rahmen, deren Länge gleich ist der Länge der Papiermach
é
-Trommel und deren Breite ein Sechstel des Umfanges der letzteren ausmacht, werden isolirte Drähte, und zwar immer paarweise, aufgewunden, bis eine entsprechende Anzahl von Windungen hergestellt ist. Diese sechs Drahtspulen befestigt man dann auf der Trommel, welche dadurch an ihrem ganzen Umfange mit einer ersten Drahtlage bedeckt erscheint. In gleicher Weise wird eine zweite und eine dritte Lage solcher Spulen angefertigt und dann die zweite Lage auf der ersten so befestigt, daß sie gegen diese um ein Achtzehntel des Trommelumfanges verdreht erscheint, d. h. also, daß die Grenze zwischen zwei Spulen der ersten Lage von der Grenze zweier Spulen der zweiten Lage um ein Drittel der Spulenbreite absteht. Ebenso wird auch die dritte Spulenlage gegen die zweite angeordnet und auf der Trommel
Fig. 278.
Maschine von Elphinstone und Vincenti.
befestigt. Weder zur Befestigung noch zur Herstellung der Spulen wird Eisen, sondern überall Phosphorbronze verwendet. Die Drahtwindungen bestehen natürlich aus Kupferdrähten. Da in jeder Lage sechs Spulen sich befinden und jede Spule zwei Doppelenden besitzt, müssen 72 Drahtenden (6 × 3 × 2 × 2) zum Com- mutator geführt werden. Dieser ist aus 36 Lamellen gebildet, auf welchen sechs Bürsten (Fig. 277) schleifen, welche durch biegsame Kupferkabel mit einer ent- sprechenden Anzahl von Klemmschrauben verbunden sind.
In dieser Anordnung giebt daher die Maschine drei Stromkreise, die getrennt gehalten oder entsprechend dem etwaigen Bedürfnisse in einen Stromkreis vereinigt werden können. Die Drahtenden der Elektromagnete sind gleichfalls zu Klemm- schrauben geführt, wodurch auch eine verschiedenartige Schaltung dieser sowohl untereinander als auch mit dem Stromkreise der Maschine ermöglicht wird. Die
Urbanitzky
: Elektricität. 26
Maschine erhält dadurch die Fähigkeit, ihre elektromotorische Kraft verschiedenen Verhältnissen anzupassen.
Fig. 279 ist ein Versuch, die Stromführung und die Inductionsvorgänge in der Elphinstone-Maschine schematisch darzustellen. Die Beschreibungen der Maschine in den deutschen, französischen und englischen Journalen sind so knapp gehalten, daß die Theorie nicht mit absoluter Sicherheit gegeben werden kann. Immerhin hat die hier vorgeführte Schaltung unter den überhaupt möglichen Klarheit und Einfachheit für sich und giebt doch wenigstens ein Bild, wie die Maschine wirken
kann
.
Fig. 279.
Schema der Elphinstone-Maschine
In Fig. 279 ist auch darauf Rücksicht genommen, daß bei den neueren Maschinen nicht mehr sechs, sondern nur zwei Bürsten zur Anwendung gelangen und dementsprechend Verbindungen zwischen einzelnen Commutatortheilen hergestellt werden mußten. Um die Figur nicht zu compliciren, sind an Stelle der doppelten nur einfache Windungen angenommen und diese nur durch einfache Curven dar- gestellt; dies hatte auch zur Folge, daß der Commutator nur 18 statt 36 Theile erhielt. Gleichfalls aus Rücksicht auf die Uebersichtlichkeit der Darstellung sind die magnetischen Felder, welche durch je einen inneren und einen ihm gegenüberstehenden äußeren Magnet gebildet werden, nur durch die außen angebrachten Segmente
S N
angedeutet. Die fein gezogenen Bögen
I
stellen die erste, die gestrichelten Bögen
II
die zweite, gegen die erste um ein Achtzehntel des Trommelumfanges verschobene Lage dar und endlich die stark gezognen Bögen
III
bilden die dritte abermals um ein Achtzehntel verschobene Lage.
In jeder Lage ist das Ende der einen mit dem Anfange der nächsten Spule verbunden und von dieser Verbindungsstelle eine Ableitung zu einem Segmente des Commutators geführt. Die Verbindungen der Commutator-Segmente untereinander, um an Stelle von sechs Bürsten nur zwei verwenden zu können, sind nur für die Spulenlage
III
ausgeführt. Betrachten wir nun die Inductionsvorgänge in dieser. Von den sechs Spulen derselben befinden sich gleichzeitig je drei unter der Ein- wirkung gleichnamiger Magnetpole; je drei müssen deshalb auch Ströme gleicher Richtung inducirt erhalten. Es sind dies die Spulen
b d f
und
c e a.
Für die Spulen, welche den Nordpolen gegenüberstehen (also die erstgenannten), wurde die Stromrichtung gegen die Uhrzeigerbewegung angenommen und durch Pfeile angedeutet; folglich müssen die Ströme in den Spulen
c e a
, welche Südpolen gegenüber sich befinden, entgegengesetzt, also in der Richtung der Uhrzeigerbewegung verlaufen. Verfolgt man die Richtung der Ströme in den einzelnen Spulen, so erkennt man, daß zu den Commutator-Segmenten 1, 7 und 13 Ströme einer Richtung, zu den Segmenten 4, 10 und 16 Ströme entgegengesetzter Richtung laufen. Würde an jeder dieser sechs Stellen eine Schleifbürste angebracht, so könnten durch diese die inducirten Ströme in drei gesonderte Stromkreise abgeleitet werden. Verbindet man aber die Segmente 1, 7 und 13 untereinander und ebenso die Segmente 4, 10 und 16, so kann man durch Anlegen von nur zwei Bürsten bei 1 und 10 sämmtliche Ströme, welche in der Spulenlage
III
inducirt werden, in einen Stromkreis ableiten. Die Verfolgung der Stromrichtungen in den einzelnen Spulen dieser Lage und in den Verbindungsdrähten zwischen den Commutator-Segmenten zeigt nämlich, daß in 1 nur Ströme einer, in 10 nur Ströme der entgegengesetzten Richtung zusammenlaufen. Verbindet man aber solche Stellen durch einen Schließungs- bogen, so durchfließt diesen ein Summationsstrom einer Richtung. (Dieser Vorgang wurde bei Besprechung des Gramme’schen Ringes ausführlich erörtert, S. 363.)
Schreitet die Drehung der Armatur fort, so kommen nach einer Achtzehntel- Umdrehung die Spulen der Lage
I
genau in dieselbe Stellung zu den Magnet- polen, nach einem weiteren Achtzehntel die Spulen der Lage
II
, hierauf wieder jene der Lage
III
u. s. w. Bei der Anwendung von sechs Bürsten kämen in jenem Momente, in welchem die Spulen der Lage
I
den Magnetpolen gegenüber gelangen, einerseits die Segmente 2, 8 und 14, andererseits die Segmente 5, 11 und 17 unter die Bürsten. Werden jedoch nur zwei Bürsten angewendet, so kommt unter die eine Bürste das Segment 2, welches dann mit den Segmenten 8 und 14 verbunden sein muß, und unter die andere Bürste das Segment 11, von welchem Drähte zu den Segmenten 5 und 17 führen müssen. In gleicher Weise verhält es sich mit der Spulenlage
II.
Auf diese Art bekommt man also im äußeren Stromkreise stets Ströme gleicher Richtung.
Wie wir später erfahren werden, trat mit der Erfindung der elektrischen Kerze durch Jablochkoff ein wichtiger Wendepunkt in der Entwicklung der elek- trischen Beleuchtung ein. Der rationelle Betrieb elektrischer Kerzen erforderte aber die Anwendung von Wechselströmen; dies hat zur Folge, daß das Streben der Maschinenconstructeure darauf gerichtet werden mußte, brauchbare Maschinen zur
26*
Erregung von Wechselströmen zu schaffen. Aber auch später wurden und selbst gegenwärtig werden von verschiedenen Firmen derartige Maschinen gebaut, da sie gewisse Eigenschaften besitzen, welche ihre Anwendung bei verschiedenen Beleuchtungs- systemen wünschenswerther erscheinen lassen, als die der Gleichstrom-Maschinen. Wir wollen daher einige dieser Wechselstrom-Maschinen näher betrachten.
Die Wechselstrom-Maschine von Gramme
ist in den Fig. 280 und 281 im Quer- und Längsschnitte abgebildet. Auf einem gußeisernen Sockel
R
sind zwei ebenfalls gußeiserne Seitenständer
D
von nahezu kreisförmiger Gestalt befestigt. Acht Messingstangen
E
und eine Eisentraverse
U
dienen dazu, die Festigkeit des
Fig. 280.
Gramme’sche Wechselstrom-Maschine (Querschnitt).
Gestelles zu erhöhen. An diesem Gestelle sind die Drahtspulen
a b c d
.... der Armatur mit ihren aus einem oder mehreren Stücken bestehenden Eisenkernen befestigt. Der ganze Spulencylinder ist außen von einem Holzmantel
S
umgeben.
T
ist eine Stahlaxe, auf welcher mittelst der gußeisernen Muffen
H
und achtseitiger Platten die acht Elektromagnete angebracht sind. Jeder derselben ist mit einem Polschuhe aus weichem Eisen versehen, der an der Außenfläche abgerundet ist und über den Elektromagnet hinausragt, so daß zwischen den Polschuhen zweier benachbarter Magnete nur ein kleiner Zwischenraum bleibt. Zwei dünne Scheiben
T
, an den einzelnen Magneten befestigt, schützen diese gegen die Wirkung der Centrifugalkraft. Ferner sind auf der Rotationsaxe bei
N
zwei Scheiben isolirt aufgesetzt und auf diesen schleifen die Bürsten
P.
Sie dienen dazu, um einen Strom in die Elektromagnete zu leiten, den eine kleine Gramme’sche Maschine für gleichgerichtete Ströme, irgend eine andere Elektricitätsquelle oder die Maschine selbst liefert.
Die Elektromagnete sind abwechselnd nach rechts und nach links gewickelt und alle in den Stromkreis der erregenden Elektricitätsquelle eingeschaltet. Die Wirkung eines durch alle Windungen kreisenden Stromes wird also derart sein, daß, wenn ein Magnet den Drahtwindungen
a b c d
.... seinen Südpol zu- wendet, die rechts und links benachbarten Magnete den Nordpol nach außen kehren, oder mit anderen Worten, die im Kreise aufeinanderfolgenden Elektro- magnete sind abwechselnd nord- und südpolarisch.
Fig. 281.
Gramme’sche Wechselstrom-Maschine (Längsschnitt).
Die in acht Gruppen zu je vier Spulen zusammengestellten Drahtwindungen der Armatur sind nicht zu einer einzigen Drahtspirale, wie im Gramme’schen Ringe, verbunden, sondern die Drähte jeder Spule führen zu eigenen auf dem Holzmantel befestigten Klemmen
e e
1
. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, von der Maschine 32 getrennte Stromkreise zu erhalten.
Die Wirkungsweise der Maschine ist nun leicht zu verstehen. Da acht Gruppen von Spulen in der Armatur und gleichfalls acht Elektromagnete auf der Rotationsaxe angebracht sind, so muß in jedem Momente der Drehung der letzteren die Inductionswirkung auf die einzelnen Gruppen untereinander gleich stark sein, denn wenn z. B. einer Spulengruppe ein Magnet gerade gegenübersteht, so muß eben wegen der Gleichheit der Gruppen- und Magnetzahl auch jeder anderen Gruppe ein Magnet gerade gegenüberstehen. Die Stärke der inducirten Ströme wird also jederzeit in allen Spulengruppen gleich sein, aber die Richtung der Ströme muß in den einzelnen Gruppen wechseln, da ihnen verschiedene Magnetpole gegenüber zu stehen kommen. Es werden in den Gruppen 1, 3, 5 und 7 Ströme in der einen Richtung, in den Gruppen 2, 4, 6 und 8 Ströme in der entgegen- gesetzten Richtung circuliren. Schreitet die Drehung der Elektromagnete fort, so kommt zu jener Spulengruppe, wo früher ein Südpol war, ein Nordpol und umgekehrt: es werden jetzt die Spulengruppen 2, 4, 6 und 8 Ströme in der ersten Richtung und die Gruppen 1, 3, 5 und 7 Ströme in der zweiten Richtung inducirt erhalten.
Ist jede einzelne Spule durch einen Bogen geschlossen, so erhält man demnach 32 getrennte Stromkreise, und in jedem derfelben circulirt ein Strom wechselnder Richtung. Will man nur vier Stromkreise erhalten, so hat man die erste, dritte, fünfte und siebente Spule
a
für den einen Pol und die zweite, vierte, sechste und achte Spule
a
für den zweiten Pol zu verbinden; ferner die erste, dritte, fünfte und siebente Spule
b
für den einen Pol des zweiten Stromkreises und die zweite, vierte, sechste und achte Spule
b
für den andern Pol desselben zu verbinden; verfährt man in gleicher Weise mit den Spulen
c
und
d
, so erhält man die gewünschten vier Stromkreise.
Wenn nämlich, wie früher erwähnt, die Stellung der einzelnen Magnete zu den entsprechenden
Spulengruppen
bei allen Paaren dieselbe ist, so muß auch die Stellung der Magnete zu den einzelnen
Spulen
gleicher Bezeichnung dieselbe sein, das heißt, wenn z. B. in einer Gruppe der Spule
a
ein Magnet gerade gegenübersteht, so muß auch in allen anderen Spulengruppen den Spulen
a
ein Magnet gegenüberstehen. Da aber die Magnete abwechselnd ihre Nord- und Südpole den Spulen zukehren, so muß auch in den im Kreise aufeinanderfolgenden Spulen
a
abwechselnd ein Strom in der einen und in der andern Richtung inducirt werden. Es werden folglich in der ersten, dritten, fünften und siebenten Spule
a
Ströme in der einen Richtung und in der zweiten, vierten, sechsten und achten Spule
a
Ströme in der entgegengesetzten Richtung laufen. Die Spulen der geraden Zahlen mit einem Pole, die Spulen der ungeraden Zahlen mit dem andern Pole verbunden, und die beiden Pole durch einen Schließungsbogen vereinigt, geben einen Stromkreis, in welchem für einen gegebenen Moment ein Strom von bestimmter Richtung läuft. Im nächsten Momente der Drehung kommen den Spulen die den früher ihnen gegenübergestandenen Magnetpolen entgegengesetzten Magnetpole gegen- über, daher wird jetzt in der ersten, dritten, fünften und siebenten Spule ein Strom circuliren, der die entgegengesetzte Richtung des früheren, also die Richtung des früher in der zweiten, vierten, sechsten und achten Spule kreisenden Stromes hat und ebenso wird sich jetzt in den letztgenannten Spulen der Strom umgekehrt haben. Im ganzen Schließungskreise muß deshalb ebenfalls die Stromrichtung die ent- gegengesetzte des früheren Stromes sein. Dasselbe gilt für die Spulen, welche mit
b
bezeichnet sind, dasselbe für die mit
c
und dasselbe für die mit
d
bezeichneten. Man erhält daher vier getrennte Stromkreise, in deren jedem Wechselströme circu- liren; die Ströme in den so erhaltenen vier Stromkreisen sind gleich stark.
Die in den Fig. 280 und 281 abgebildete Maschine speist 16 Jablochkoff- Kerzen zu je 100 Carcelbrenner Lichtstärke und erfordert zu ihrem Betriebe einen Kraftaufwand von 16 Pferdekräften. Sie kostet inclusive einer kleinen Hilfsmaschine zum Anregen der Magnete 10.000 Frcs., ist 0·89 Meter lang, 0·76 Meter breit und 0·78 Meter hoch. Ihre Maximalgeschwindigkeit beträgt 600 Touren per Minute und ihr Gesammtgewicht 650 Kilogramm. Es werden derartige Maschinen nicht nur von den angegebenen Dimensionen gebaut, sondern auch solche, welche nur für vier oder sechs Lichter bestimmt sind.
Die Erregung der Elektromagnete durch Ströme, welche von einer Erreger- maschine, die von der Wechselstrom-Maschine vollständig unabhängig ist, erzeugt werden, führte mannigfache Uebelstände mit sich. Jede Schwankung dieses Stromes machte sich in erhöhtem Maße in den von der Wechselstrom-Maschine erzeugten Strömen geltend und veranlaßte ein unruhiges Brennen der Kerzen. Gramme hat daher in einer späteren Construction die Erreger-Maschine mit der Wechselstrom-Maschine zu einem Ganzen vereinigt und diese neue Wechselstrom-Maschine
Auto-Excitatrice
benannt.
Fig. 282.
Auto-Excitatrice.
Diese in Fig. 282 abgebildete Maschine stellt eine Combinirung der Gramme- schen Maschine für Gleichstrom
A
mit der eben geschilderten Wechselstrom-Maschine
B
dar. Die Wechselstrom-Maschine ist geradeso gebaut, wie vorbeschrieben. Die Maschine für Gleichstrom weicht durch die Anordnung der erregenden Elektromagnete etwas von den gewöhnlichen Ringmaschinen ab. Von der Innenseite des cylindrisch gebauten Seitenständers
A A
ragen in radialer Richtung die Elektromagnete
E
hinein. An zwei einander gegenüberliegenden Scheitelpunkten der durch die Elektromagnete gebildeten Winkeln sind die beiden Polschuhe
P P
angebracht, welche je zwei Elektro- magnete verbinden. Die Drahtwindungen in den Elektromagnetschenkeln sind so geführt, das je zwei derselben an den durch einen Polschuh vereinigten Enden gleiche Pola- rität erhalten. Innerhalb des cylindrischen Raumes, welcher durch die Polschuhe gebildet wird, rotirt ein Gramme’scher Ring
R
gewöhnlicher Construction. Er bewegt sich also wie bei den früher beschriebenen Maschinen zwischen zwei diametral einander gegenüberliegenden entgegengesetzten Magnetpolen und erfährt daher auch ganz dieselben Inductionswirkungen. Der Ring ist auf derselben Axe aufgekeilt, auf welcher die inducirenden Elektromagnete der Wechselstrom-Maschine
B
befestigt sind. Die im Ringe
R
inducirten Ströme werden durch die Bürsten
B
1
B
2
den Elektro- magneten der Wechselstrom-Maschine zugeführt.
Um die Ströme beider Maschinen reguliren zu können, sind die Bürsten der Erregermaschine nicht unmittelbar mit den Drahwindungen der Elektromagnetschenkel in der Wechselstrom-Maschine verbunden, sondern die Verbindung ist eine derartige, daß durch sie ein bequemes Ein- oder Ausschalten größerer oder geringerer Draht- widerstände ermöglicht wird.
Fig. 283.
Wechselstrom-Maschine von Zipernowsky.
Auch in der Bewicklung der Wechselstrom-Maschine ist gegenüber dem älteren Modelle insoferne eine Abänderung eingetreten, indem an Stelle eines Drahtes gleichzeitig zwei Drähte gewickelt werden. Diese Anordnung bezweckt, durch entspre- chende Schaltung sowohl die Erzeugung von Intensitätsströmen für kleinere Kerzen als auch jene von Quantitätsströmen für größere Kerzen zu ermöglichen.
Die Auto-Excitatrice giebt nicht nur bessere Resultate als die ältere Wechsel- strom-Maschine, sondern stellt sich überdies auch noch billiger im Preise. Eine derartige Maschine im Gewichte von 470 Kilogramm liefert Ströme für 24 Kerzen zu 20 bis 30 Carcelbrenner Lichtstärke oder für 16 Kerzen zu 40 bis 50 Carcelbrenner Lichtstärke. Eine Maschine, welche für 12 Kerzen zu je 20 bis 30 Carcelbrenner Lichtstärke die Ströme zu liefern im Stande ist, wiegt 280 Kilogramm.
Der Gramme’schen Wechselstrom-Maschine sehr ähnlich ist die von
Zipernowsky
construirte
Wechselstrom-Maschine der Firma Ganz und Comp.
in Budapest. Die inducirenden Elektromagnete besitzen ebenfalls flache prismatische Eisenkerne
E
, Fig. 283, und sind ihrer sechs sternförmig auf der Rotationsaxe befestigt, während die freien Enden Polschuhe
p
tragen. In der Figur sind in der oberen Hälfte die Drahtwindungen an der ebenen Fläche eines Eisenkernes gezeichnet, während in der unteren Hälfte durch Wegnahme der vorderen Drahtlage der Eisenkern
E
bloß- gelegt ist. Die zu beiden Seiten des durch die Elektromagnete gebildeten Sternrades an die Magnete befestigten Metallscheiben
M M
dienen zur Versteifung; sie sind vielfach durchbrochen, um einerseits eine gute Ventilation der Maschine zu ermög- lichen, andererseits um das Auftreten von Inductionsströmen (Foucault’schen Strömen) hintanzuhalten.
Abweichend von dem Gramme’schen Vorbilde ist die Construction und Anordnung der Armaturspulen
A A.
Während Gramme diese mit ihren Ebenen radial anordnet, sind sie bei der Maschine von Ganz und Comp. concentrisch zu der die Elektromagnete umhüllenden Trommel angebracht. Als Kerne der Inductions- spulen werden gerippte zickzackförmige mit Holzstücken ausgepolsterte Guß- oder Schmiedeeisen-Sectoren und zur Bewicklung wohl auch 0-förmig gestanzte Kupferbleche verwendet. Letztere sind auf einer Seite aufgeschnitten und werden dann in ent- sprechender Anzahl auf die Kerne aufgeschoben. Hierauf verlöthet man die Enden wechselseitig derart, daß alle Bleche zusammen eine ge- schlossene Spirale bilden. In Fig. 284 ist die Verbindung zweier solcher Bleche skizzirt. Zur Isolirung der einzelnen Windungen voneinander wird Asbest oder Papier ver- wendet. Die Spulen werden dann zu einer Trommel zusammengestellt und ihre Windungen alle hintereinander oder parallel zueinander verbunden. Man kann sie in der einen oder
oder
andern Schaltung in einen Strom- kreis vereinigen oder deren mehrere anordnen. Die schützende Verkleidung der Trommel wird durch dicke Papierplatten bewirkt, die außen durch schmale Holzringe (Fig. 283) zusammengehalten werden. In die durch die Holzringe auf dem Umfange der Trommel gebildeten Rinnen windet man dünne, gut ausgeglühte Eisendrähte, oder füllt sie
Fig. 284.
Armaturspirale.
durch dünne Eisenringe aus. Hierdurch soll nicht nur die Festigkeit der Trommel erhöht, sondern auch die Inductionswirkung in den Spulen verstärkt werden. Die Befestigung der Trommel an die Lagerständer
L
vermitteln die Traversen
T
, an welche gleichzeitig auch die Armaturspiralen angeschraubt sind.
Siemens erzeugt Wechselströme, indem er flache Drahtspulen sich durch kräftige magnetische Felder bewegen läßt.
Die Wechselstrom-Maschine von Siemens und Halske
ist in Fig. 285 sammt ihrer kleinen Erregermaschine abgebildet.
Auf der Grundplatte der Wechselstrom-Maschine sind zwei gußeiserne Ständer befestigt, die oben durch eine Stange zusammengehalten werden. Jeder derselben trägt 12 Elektromagnete, deren Drahtwindungen so angeordnet sind, daß jeder einzelne die entgegengesetzte Polarität besitzt als der ihm gegenüberliegende und als die ihm benachbarten, auf dem Ständer befestigten Elektromagnete, sobald die Drahtwindungen von einem Strome durchflossen sind. Zwischen den Polen dieser Elektromagnete dreht sich eine mit Drahtspulen besetzte Scheibe; die Kerne der Drahtspulen bestehen aus Holz. Wird die Scheibe in Rotation versetzt, so muß jede Spule der Reihe nach an sämmtlichen Magnetpolen vorbeigehen, d. h. sie ist abwechselnd der inducirenden Wirkung verschieden polarisirter Magnete ausgesetzt. Es werden also in einer Spule Ströme inducirt, die ihre Richtung ebenso rasch wechseln, als die Spule den Weg von einem Magnetpole bis zu den benachbarten zurücklegt. Besitzt die Maschine ebenso viele Spulen als Elektromagnetpaare (je zwei einander gegenüberstehende Magnete als Paar betrachtet), so muß offenbar der Stromwechsel immer in allen Spulen gleichzeitig eintreten. Die in den Spulen inducirten Ströme werden zu einer Reihe von Metallringen geleitet, die auf der Axe der maschine aufgesetzt sind, und können von hier durch Schleiffedern nach außen geführt werden. Die Elektromagnete empfangen ihren Strom von einer kleinen Erregermaschine der bereits früher beschriebenen Construction.
Die Wirkungsweise der Maschine wird uns wieder eine schematische Zeichnung (Fig. 286
A
,
B
,
C
veranschaulichen.
S
und
N
bezeichnen hierbei die schraffirten
Fig. 285.
Wechselstrom-Maschine von Siemens und Halske.
Magnetpole, auf welchen überdies noch die Richtung der Amp
è
re’schen Ströme angegeben ist. Es sind ferner stets zwei benachbarte Spulen durch einige Windungen angedeutet und deren Verbindung untereinander sowie auch mit den Schleifringen auf der Axe gezeichnet. Der Pfeil außerhalb der Figur giebt die Drehungsrichtung der Spulen an.
In der Stellung
A
entfernt sich die Spule
I
vom Südpol
S
1
, muß also durch diesen einen Strom inducirt erhalten, der sich
in der Richtung
des Uhrzeigers bewegt; die Spule
I
nähert sich aber gleichzeitig auch dem Nordpole
N
1
, muß deshalb auch von diesem Pole einen Strom,
in der Richtung
der Uhrzeiger- bewegung verlaufend, inducirt erhalten. Die Wirkungen der Pole
N
1
und
S
1
auf die Spirale
I
verstärken sich also gegenseitig. Spule
II
entfernt sich vom Nordpole
N
1
und nähert sich dem Südpole
S
2
, erhält daher Ströme inducirt, welche
gegen die Richtung
der Uhrzeigerbewegung verlaufen. Würden nun die beiden Spulen
I
und
II
einfach miteinander verbunden, so müßten sich, gleichstarke Elektromagnete und gleichartige Spulen vorausgesetzt, die in den Spulen inducirten Ströme gegenseitig aufheben. Dies wird jedoch dadurch vermieden, daß, wie die Figur zeigt, die Spule
I
nach rechts, die Spule
II
nach links gewunden ist. Durch diese Anordnung wird, wie durch Verfolgen der Pfeilrichtungen leicht einzusehen ist, erreicht, daß die in den Spulen
I
und
II
inducirten Ströme von entgegengesetzter Richtung sich zu einem Strome einer bestimmten Richtung summiren, und daß dieser durch die Schleiffedern + — in den äußeren Stromkreis abgeleitet werden kann.
Bei dieser Betrachtung wurde nur ein Kreis von Magnetpolen berücksichtigt, an welchen sich die Spulen
I
und
II
vorbeibewegen. In Wirklichkeit ist dies aber nicht der Fall; die Spulen bewegen sich vielmehr zwischen zwei Kreisen von Magneten, die ihre entgegengesetzten Pole den sich vorbeibewegenden Spulen zukehren. So steht z. B. dem Südpole
S
1
ein Nordpol
n
1
, dem Norpole
N
1
ein Südpol
s
1
Fig. 286.
Wechselstrom-Maschine von Siemens und Halske.
u. s. w. gegenüber und je ein derartiges Polpaar wirkt auf die sich zwischen durch bewegenden Spulen. Es muß daher die Frage aufgeworfen werden, ob dadurch die Inductionserscheinungen in den Spulen nicht geändert werden. Diese Frage beantwortet sich durch den Anblick der Fig. 287. In dieser sind ein derartiges Polpaar und die Spule
I
in derselben Stellung wie in Fig. 286
A
dargestellt, d. h. die Spule bewegt sich in der Richtung von diesem Paare. Die Richtung der Amp
è
re’schen Ströme erhalten wir wie gewöhnlich am einfachsten dadurch, daß wir uns auf den Polschuhen
S
1
und
n
1
Uhrzeiger kreisend denken; am Südpole bewegen sich die Amp
è
re’schen Ströme in der Richtung der Uhrzeigerbewegung und am Nordpole gegen dieselbe. Da die beiden Magnete ihre Polflächen einander zukehren, so muß die Bewegungsrichtung der Amp
è
re’schen Ströme auf einem Pole zu der entgegengesetzten auf dem andern Pole parallel verlaufen, wie dies auch die Pfeile anzeigen. Die Spule
I
entfernt sich von diesem Polpaare, muß daher einen Strom inducirt erhalten, der mit den Amp
è
re’schen Strömen gleiche Richtung hat.
Vergleicht man die Stromrichtung für die Spule
I
in der Fig. 287 mit jener in der Fig. 286
A
, so sieht man, daß die Stromrichtungen übereinstimmen. Hieraus ergiebt sich also, daß der dem Magnetpole
S
1
gegenüberstehende Magnet- pol
n
1
im selben Sinne wirkt wie der erstere; da ferner sämmtliche Polpaare untereinander vollkommen gleichartig sind, so gilt dies für alle Paare und wir können unsere Betrachtungen über die Inductionsvorgänge in der Maschine fortsetzen, ohne den zweiten Kreis der Elektromagnete zu berücksichtigen.
Setzen die Spulen
I
und
II
, welche in der Stellung 286
A
eben die Pole
S
1
und
N
1
verließen, ihre Drehung fort, so gelangen sie dann in die Stellung 286
B.
In diesem Momente entfernt sich die Spule
I
vom Südpole
S
1
in demselben Maße als sie sich dem Südpole
S
2
nähert. Es muß sowohl die Bewegung der Spule in Bezug auf den Pol
S
1
sowie auch in Bezug auf den Pol
S
2
Inductions- ströme in der Spule zur Folge haben. Aber während die Entfernung einen Strom gleicher Richtung, also in unserem Falle
in der Richtung
der Uhrzeigerbewegung verursacht, bewirkt die Annäherung einen Strom entgegengesetzter Richtung, also
gegen die Richtung
der Uhrzeigerbewegung. Sind die Pole
S
1
und
S
2
gleich stark, so müssen sich deshalb ihre inducirenden Wirkungen auf die Spirale
I
aufheben. Betrachten wir nun die Wirkung des Nordpoles
N
1
auf die Spule
I.
Den Magnetismus dieses Poles in seinem Mittelpunkte concentrirt gedacht, nähern sich
Fig. 287.
Elektromagnetpaar.
die linksseitigen Theile der Spule dem Magnetpole, erhalten daher Ströme inducirt in der Richtung
von unten nach oben
; die rechtsseitigen Theile der Spule entfernen sich von demselben Pole, erhalten daher gleichfalls Ströme inducirt in der Richtung
von unten nach oben
. Die durch den Nordpol
N
1
in der Spule
I
inducirten Ströme sind also ebenfalls gleich stark und gegen- einander gerichtet und müssen sich in Folge dessen gleichfalls aufheben. Das Gesammt- resultat der inducirenden Wirkungen der Pole
S
1
,
N
1
und
S
2
auf die Spule
I
ist daher gleich Null, d. h. die Spule ist in dieser Stellung stromlos. Die Betrachtung, in ähnlicher Weise für die Spule
II
in der Stellung 286
B
durchgeführt, ergiebt, daß auch diese stromlos ist.
Die Spulen gelangen nun in die Stellung 286
C.
Eine Vergleichung dieser Stellung mit der Stellung in
A
lehrt, daß ohne Rücksicht auf die Polarität der Magnete die Lage der Spulen zu denselben die gleiche ist, in Bezug auf die Magnetpole haben aber die Spulen
I
und
II
ihre Rollen getauscht, d. h. in der Stellung
C
entfernt sich die Spule
I
von einem Nordpole und die Spule
II
von einem Südpole, während in der Stellung
A
das Umgekehrte der Fall ist. Im Uebrigen gilt für die Stellung
C
dieselbe Betrachtungsweise wie für
A.
Es wird deshalb auch in der Stellung
C
ein continuirlicher Strom die Windungen beider Spulen durchlaufen, aber die Richtung dieses Gesammtstromes wird jener
entgegen- gesetzt
sein, welche der Strom in
A
erhielt.
Wird die Drehung der Spulen weiter fortgesetzt, so gelangen diese wieder in eine Lage, welche jener in
B
gleich ist; auf diese folgt eine gleich
A
, dann eine gleich
B
u. s. w., so lange die Spulen sich bewegen. Hierbei wechselt die Strom- richtung im äußeren Stromkreise fortwährend und zwischen jedem Wechsel ist eine Strompause. Was für die bisher betrachteten zwei Spulen gilt, muß für sämmtliche Spulen der Maschine gelten, da, wie wir vorausgesetzt haben, ebenso viele Spulen vorhanden sind, als Magnetpaare. Bei dieser Anordnung müssen, sobald die Spule
I
einem Nordpole gegenübersteht, sämmtliche Spulen mit ungeraden Nummern Nordpolen gegenüberstehen und sämmtliche Spulen mit geraden Nummern Südpole decken. Sind daher die Spulen mit ungeraden Nummern mit einem Gleitringe, sämmtliche Spulen mit geraden Nummern mit einem zweiten Gleitringe verbunden, so kann durch zwei auf diesen Ringen schleifende Federn ein Strom in den äußeren Stromkreis geleitet werden, welcher die Summe der in sämmtlichen Spulen gleich- zeitig inducirten Ströme aufnimmt. In Folge der gleichen Anzahl von Spulen und Elektromagnetpaaren wird auch die Stromrichtung in allen Spulen gleichzeitig wechseln, und zwar immer nach jener Zeit, welche eine Spule braucht, um von einem Magnetpole zu dem ihm in der Drehrichtung zunächstliegenden Pole zu gelangen. Man erhält daher auch im äußeren Stromkreise Summenströme von fortwährend wechselnder Richtung, unterbrochen durch die bei jedem Stromwechsel eintretende Strompause. Letztere ist aber wegen der raschen Bewegung der Spulen von so kurzer Dauer, daß sie im äußeren Stromkreise gar nicht bemerkt wird.
Die Firma Siemens und Halske baut auch Maschinen für
gleichgerichtete Ströme
, welche der eben beschriebenen Wechselstrom-Maschine sehr ähnlich sind. Es wurde daher auch von einer Abbildung derselben abgesehen. Ein schon bei oberflächlichem Besehen auffallender Unterschied zwischen beiden Maschinen besteht jedoch darin, daß bei der Gleichstrom-Maschine die Zahl der magnetischen Felder nicht mehr gleich ist der Spulenanzahl, wie dies bei der Wechselstrom-Maschine der Fall ist. Besitzt die Gleichstrom-Maschine z. B. zehn magnetische Felder, so erhält die rotirende Scheibe nur acht Inductionsspulen. Hieraus ergiebt sich bereits, daß bei dieser Maschine nicht mehr alle Spulen gleichzeitig ganz in die magnetischen Felder eintreten können, sondern vielmehr nur je zwei gleichzeitig in diese Lage gelangen. Folglich können auch die Inductionswirkungen nicht in allen Spulen gleichzeitig ihre größte Intensität erreichen, sondern diese muß in den aufeinander- folgenden Spulen in nacheinanderfolgenden Zeiten eintreten.
Die Elektromagnete sind bei der Gleichstrom-Maschine ebenso angeordnet wie bei der Wechselstrom-Maschine, es besitzt also jeder Magnetpol sich gegenüber und zu beiden Seiten entgegengesetzte Pole. Auf welche Weise werden nun bei dieser Anordnung im äußeren Stromkreise Ströme stets gleichbleibender Richtung erzielt? Die Drahtwindungen sämmtlicher Spulen sind untereinander so verbunden, daß sie alle zusammen einen ununterbrochenen Stromkreis bilden. Hierbei ist immer eine Spule rechts und die nächstfolgende links gewunden. Nähern sich daher zwei benachbarte (entgegengesetzt gewundene) Spulen zweien benachbarten (entgegengesetzten) Magnetpolen, so müssen sich die in beiden Spulen auftretenden Stromimpulse offenbar addiren. Es wird nämlich in der einen Spule ein Strom der einen, in der andern Spule ein Strom der entgegengesetzten Richtung inducirt, welche beide aber, weil auch die Spulen entgegengesetzt gewunden sind, gleichgerichtet erscheinen müssen. Der in diesen beiden Spulen inducirte Strom behält aber nicht dieselbe Richtung bei, wenn die Spulen ihre Rotation fortsetzen, weil dann die Spule, welche sich vorher einem Nordpole näherte, jetzt gegen einen Südpol in Bewegung ist und die zweite Spule einen Südpol verläßt und sich einem Nordpole nähert; die beiden Spulen nähern sich entgegengesetzten magnetischen Polaritäten wie früher, folglich muß auch die Richtung der inducirten Ströme eine umgekehrte sein. Die Maschine würde also abermals Wechselströme erzeugen, wenn die inducirten Ströme nicht vor ihrer Ableitung in den äußeren Stromkreis einen Commutator zu passiren hätten.
Auf der Rotationsaxe der Maschine sitzt ein Stromsammler von derselben Form wie sie z. B. bei der Gramme’schen Maschine angewandt wird. Dieser besteht bei der von uns angenommenen Spulenzahl aus 40 voneinander und von der Axe isolirten Sectoren. Letztere sind in acht Gruppen getheilt, so daß jede Gruppe fünf Sectoren umfaßt; dabei ist die Zusammenfassung von je fünf Sectoren in eine Gruppe in der Weise durchgeführt, daß zwischen je zwei
dieser
Sectoren stets sieben Sectoren anderer Gruppen inzwischen liegen. An der Maschine ist diese Gruppenverbindung durch acht auf die Axe isolirt aufgesetzte Metallringe hergestellt, welche durch sternförmig von ihnen ausgehende Ansätze mit den betreffenden Sectoren ihrer Gruppe verbunden sind.
Zur Erläuterung der etwas complicirten Anordnung möge uns das Schema in Fig. 288 dienen. Die im Kreise angeordneten Rechtecke stellen die magnetischen Felder wechselnder Polarität (durch schwarz und weiß angedeutet) dar, die kleinen
Fig. 288.
Schema der Gleichstrom-Maschine von Siemens und Halske.
Kreisscheiben die abwechselnd rechts und links gewundenen Spiralen (wobei schwarz und weiß die verschiedene Windungs- richtung anzeigt), der mit Ziffern 1 bis 8 ..... beschriebene Kreis den Stromsammler mit seinen 40 Sectoren und endlich die Linien zwischen den Kreis- scheiben die Verbindungsdrähte zwischen den Spulen. Die acht Metallringe sind weggelassen; die Stellung der Spulen zu den Magnetpolen und den Sectoren entspricht nur in Bezug auf die Winkelstellung den thatsächlichen Verhältnissen, ist aber im Uebri- gen eine der Deutlichkeit wegen veränderte. Für eine der acht Sectorengruppen sind die fünf Verbindungen durch die Linien 1 1 unter Hinweglassung des dazugehörigen Metallringes gezeichnet. In Wirklichkeit steht jeder Verbindungsdraht zweier aufeinanderfolgender Spulen durch Vermittlung eines Metallringes mit fünf Sectoren in Verbindung. Für die Verbindungsstelle 2 der beiden nächsten Spulen müßten sämmtliche mit 2 bezeichneten Sectoren mit dem Punkte 2 der Spulenverbindungen durch ähnliche Linien verbunden werden u. s. w. Man ersieht aus diesem Schema deutlich, daß zwischen je zwei aufeinander- folgenden Sectoren
einer
Gruppe sieben Sectoren
anderer
Gruppen liegen.
Wir wollen nun die Wirkungsweise des Commutators (d. h. des Strom- sammlers im Vereine mit den Metallringen) mit Hilfe des Schemas Fig. 289 näher betrachten. Zur Erklärung dieses Schemas möge zu dem bei Fig. 288 Gesagten noch hinzugefügt werden, daß die schwarzen Rechtecke nord- und die weißen südpolare Felder bezeichnen, daß die schwarzen Kreisscheiben links- und die weißen rechtsgewundene Spiralen vorstellen und die Spulen sammt den Sectoren in der Richtung des oben gezeichneten Pfeiles (also in der Uhrzeigerrichtung) an den feststehenden magnetischen Feldern vorbeirotiren. Wir erinnern uns ferner von früher her, daß ein Inductionsstrom
einer
Richtung resultirt, wenn zwei aufeinander- folgende, also entgegengesetzt gewundene, Spiralen sich zwei aufeinanderfolgenden, also entgegengesetzt polaren magnetischen Feldern nähern. Wir können dies im Hinblicke auf unser Schema auch so ausdrücken: es entsteht ein Strom
einer
Richtung, wenn gleichfarbige Spulen sich gleichfarbigen magnetischen Feldern nähern, ein Strom
entgegengesetzter
Richtung, wenn ungleich farbige Spulen sich gegen die aufeinander- folgenden magnetischen Felder bewegen. Nehmen wir, um mit
bestimmten
Rich- tungen rechnen zu können, an, daß durch das Annähern gleichfarbiger Spulen im äußeren Stromkreise ein Strom in der Richtung der Uhrzeigerbewegung, durch das Annähern ungleichfarbiger Spulen ein gegen die Uhrzeigerbewegung gerichteter Strom erhalten wird. Die Ableitung der inducirten Ströme in den äußeren Stromkreis erfolgt durch Bürsten, welche bei + und — auf den Sec- toren schleifen.
Bei der nachstehenden Betrachtung der Inductions- wirkungen sind immer nur jene (wie wir bereits wissen, zwei) Spulen berücksichtigt, die ein Maximum der Induction erfahren, d. h. mitten in die magnetischen Felder gelangt sind. In unserem Schema tritt dieser Fall zunächst für die Spulen
a
und
e
ein. Die weiße Spule
a
nähert sich dem schwarzen Magnetfelde
N
1
, erhält daher einen Strom inducirt, der gegen die Uhr- zeigerbewegung verläuft; die weiße Spule
e
nähert sich dem weißen Südpole
S
4
, erhält daher einen Strom in der Richtung der Uhrzeiger-
Fig. 289.
Schema der Gleichstrom-Maschine von Siemens und Halske.
bewegung. Das Drahtende 3 der Spule
a
steht, wie wir wissen, mit allen mit 3 bezeichneten Sectoren in Verbindung; einer derselben steht aber gerade unter der Schleifbürste —, folglich kann der in der Spule
a
inducirte Strom (mit der Richtung
gegen die Uhrzeigerbewegung
) in den äußeren Stromkreis abfließen. Das Drahtende 7 der Spule
e
steht in derselben Weise mit sämmtlichen Sectoren der Zahl 7 in Verbindung, und einer derselben befindet sich unter der Schleif- feder +, folglich kann der in der Spule
e
inducirte Strom (mit der Richtung in der
Uhrzeigerbewegung
) gleichfalls in den äußeren Stromkreis abfließen. Die Stromrichtung
in
und
gegen
die Uhrzeigerbewegung hat aber hier, wo sich die eine Spule einem Nord-, die andere einem Südpole nähert, offenbar keine andere Bedeutung als das Inbewegungsetzen positiver, beziehungsweise negativer Elektricität. Die Bewegung dieser beiden Elektricitäten in einem und demselben Leiter gegeneinander bildet aber eben den elektrischen Strom.
Wird die Drehung der Spulen mit dem Sectorencylinder fortgesetzt, so gelangen zunächst die Spulen
b
und
f
vollkommen in die magnetischen Felder und erfahren daher diese Spulen die kräftigste Induction. Hierbei nähert sich die schwarze Spule
b
dem weißen Südpole
S
2
, erhält daher einen Strom inducirt, der gegen die Uhrzeigerbewegung gerichtet ist; indessen ist durch die Drehung ein mit 2 bezeichneter Sector unter die Schleifbürste — gekommen, und dieser steht wie alle übrigen ebenso bezeichneten Sectoren mit dem Drahtende 2 der Spule
b
in Ver- bindung. Es wird daher wie im ersten Falle ein Strom mit der Richtung gegen die Uhrzeigerbewegung von der Schleifbürste — in den äußeren Stromkreis ab- fließen. Wir erhalten also an der Schleifbürste — abermals negative Elektricität. Gleichzeitig gelangt die schwarze Spule
f
in das schwarze magnetische Feld
N
4
, erhält daher einen Strom inducirt, dessen Richtung mit der Bewegungsrichtung des Uhrzeigers übereinstimmt. Unter die Schleiffeder + ist jetzt einer der mit 6 bezeichneten Sectoren gelangt, der vermöge seiner Verbindung mit dem Spulen- ende 6 die Ableitung des Stromes durch die Bürste + ermöglicht. Auch diese Spule giebt wie im ersten Falle an der Bürste + positive Elektricität.
Im nächsten Momente der Drehung rückt dann die Spule
c
in das magne- tische Feld
N
2
ein und die Spule
g
in
S
5
. Weiß
c
und schwarz
N
2
giebt —, weiß
g
und weiß
S
5
giebt +, während mit 1 und 5 bezeichnete Sectoren unter die Schleifbürsten — und + kommen und wegen ihrer Verbindung mit den Draht- enden 1 der Spule
c
und 5 der Spule
g
das Ableiten — Elektricität von der Schleiffeder — und das Ableiten + Elektricität von der Schleiffeder + gestatten.
Man mag nun die Drehung fortsetzen
Man verschafft sich am leichtesten in der Weise Klarheit, daß man auf einem sepa- raten Blatte den Sectoren- und Spulenkreis zeichnet und dann diese Scheibe innerhalb der magnetischen Felder dreht. Das in Rede stehende Schema ist einem Vortrage
Hefner v. Alteneck
’s entnommen, aber wie das vorhergehende etwas abgeändert worden (Elektrotechn. Zeitschr.,
II.
J.).
so lange man will, immer wird sich dasselbe Resultat ergeben, d. h. es wird immer bei der Schleiffeder + positive und bei der Schleiffeder — negative Elektricität zur Ableitung kommen. Die Maschine liefert daher in Folge der Anordnung ihres Commutators
gleich- gerichtete
Ströme im äußeren Stromkreise. Schon ein Blick auf das Schema deutet dies an, da dieses durch die punktirte Linie 3 7 in zwei Theile zerlegt wird, in dessen einem stets ungleichfarbige Spulen sich den magnetischen Feldern nähern, während in der zweiten Hälfte stets Spulen und magnetische Felder gleicher Farbe sich nähern. Hierdurch zeigt die Maschine eine sehr interessante Analogie mit den Vorgängen im Gramme’schen Ringe; im letzteren, wie auch in der ersteren erfolgt die Stromerregung in zwei Hälften in parallel geschalteten Zweigen. Während beim Gramme’schen Ringe im Eisenkerne die magnetischen Polaritäten im der Rotation des Ringes entgegengesetzten Sinne wandern, wandern hier die Maxima der Stromimpulse im Spulenkreise, und zwar ebenfalls entgegen der Richtung der Rotation; diese Wanderung erfolgt aber bedeutend rascher als die Rotation. Beim Gramme’schen Ringe stehen hingegen die Stromzweige fest, bei der Siemens’schen Maschine die magnetischen Felder.
Der vorliegenden Betrachtung lag eine Maschine zu Grunde, welche bei 10 Elektromagnetpaaren acht Inductionsspulen besaß. Die Construction derartiger Maschinen ist jedoch keineswegs an dieses Zahlenverhältniß gebunden, sondern es können vielmehr sehr verschiedene Verhältnisse angenommen werden, nur darf die Anzahl der Spulen nicht gleich sein jener der Elektromagnetpaare. Es können z. B. auch weniger Elektromagnetpaare als Spulen sein oder umgekehrt kann bei der obigen Anzahl der Elektromagnetpaare die Anzahl der Spulen verdoppelt werden. In diesem Falle ordnet man die Spulen in zwei parallelen Ebenen so an, daß die Spulen der einen Ebene jene der andern immer zur Hälfte decken. Durch diese Anordnung erreicht man einen ruhigeren Gang der Maschine und ver- mindert durch den vieltheiligen Commutator die Funkenbildung.
Diese Construction einer Gleichstrommaschine besitzt gegenüber anderen gewisse Vorzüge. Die Elektromagnete, welche die magnetischen Felder bilden, werden alle direct durch einen continuirlichen, ihre Drahtwindungen durchfließenden Strom erregt, während bei den Cylindermaschinen ebenso wie bei den Ringmaschinen der eine Pol jedes magnetischen Feldes nur durch Influenz, also im abgeschwächten Maße erregt wird. (Es sind dies nämlich die im Eisenringe, beziehungsweise Cylinder gegen die Rotationsrichtung wandernden Magnetpole, die durch die stehenden Elektromagnete inducirt werden.) Ferner enthalten die rotirenden Spulen der eben beschriebenen Maschine kein Eisen, und findet überhaupt in der ganzen Maschine an keiner Stelle ein Polwechsel statt; wir wissen, daß durch häufigen Polwechsel ein nicht unbeträchtlicher Theil der in der Maschine aufgewandten Arbeit nicht nur unnütz in Wärme umgewandelt wird, sondern daß letztere sogar schädlich wirken kann. Das vielfache Theilen der Eisenkerne durch zahlreiche Einschnitte, durch An- fertigen derselben aus Blechen oder Drähten kann diesen Arbeitsverlust nicht beseitigen, sondern nur vermindern.
Weitere Vortheile machen sich beim Bau der Maschine geltend. Die Draht- windungen der einzelnen Spulen sind äußerst einfach und rasch herzustellen und können auf der Drehbank ausgeführt werden, während die Wicklung der Spulen auf dem Cylinder oder auf dem Ringe mit der Hand gemacht werden muß. Dies erfordert nicht nur eine geschickte und geübte Hand, sondern bringt noch die Gefahr mit sich, daß eben wegen der schwierigeren Herstellung der Windungen schon während der Anfertigung der Spulen die Isolirung der Drähte leicht verletzt werden kann. Wegen der Einfachheit der Drahtwindungen ist ferner auch eine durch irgend einen Umstand schadhaft gewordene Spule leichter auszuwechseln oder zu repariren. Die Erwärmung der Maschine ist im Verhältnisse zur Stromstärke wegen der früher schon erwähnten Vermeidung jedes Polwechsels natürlich eine sehr geringe.
Die Wechselstrom-Maschine von Ferranti-Thomson,
welche das Product gemeinsamer Arbeiten von
Sir William Thomson, Ziani de Ferranti
und
Alfred Tompson
ist, unterscheidet sich sowohl dem äußeren Anblicke nach, als auch in Bezug auf ihr Constructionsprincip nur unwesentlich von der Wechselstrom- Maschine der Firma Siemens \& Halske. Fig. 290 giebt eine Totalansicht der Maschine, Fig. 291 zeigt die Armatur derselben. Auf der Axe der letzteren befinden sich zwei Blöcke, die unter sich und von der Axe isolirt sind; zwischen diesen ist gleichfalls isolirt ein Messingring. Auf der Peripherie des letzteren sind in regelmäßigen Intervallen die in einem abgerundeten Zickzack gewundenen Kupfer- bänder der Armatur befestigt.
Die acht Windungen der Armatur sind aus Kupferbändern von je 31 Milli- meter Breite und 1·75 Millimeter Dicke verfertigt. Die Uebereinanderlagerung dieser Kupferbänder ist derart hergestellt, daß alle Bänder dieselbe Länge und dieselbe Lage erhalten, somit alle elektrisch gleichwerthig erscheinen. Wir wollen den Bau der Armatur an der schematischen Fig. 292 studiren, in welcher der
Urbanitzky
: Elektricität. 27
Deutlichkeit wegen nur acht Schlingen und vier Bandlagen angenommen sind. Das erste Kupferband
I
wird in den Schlingen
a
und
b
befestigt und dann so über
c
und
d
weitergeführt, daß es oberhalb des zweiten Kupferbandes
II
, welches
Fig. 290.
Maschine von Ferranti-Thomson.
Fig. 291.
Armatur der Maschine von Ferranti.
bei der Schlinge
c
beginnt und für diese (
c
), sowie auch für die folgende Schleife
d
die unterste Windung bildet, fortläuft. Es werden also von der Schleife
c
an die beiden Kupferbänder
I
und
II
gemeinsam bis zur Schleife
e
weitergeführt; hier beginnt das Kupferband
III
, welches für die Schlingen
e
und
f
die unterste Lage bildet, indem es mit den Bändern
I
und
II
gemeinsam fortgeführt wird bis zur Schlinge
g
. Hier beginnt das vierte und in unserem Schema letzte Kupfer- band
IV
. Nun werden aus sämmtlichen vier Kupferbändern die Schlingen
g
und
h
gebildet, und dann endet bei der letztgenannten Schlinge das Band
I
bei 1. Die übrigen drei Bänder setzen ihren Weg über die Windungen
a
und
b
fort; bei
b
endet das zweite Band bei 2. In gleicher Weise vollenden die Bänder
III
und
IV
ihren Lauf in den Punkten 3 und 4.
Jedes Kupferband ist daher einmal durch sämmtliche Schlingen geführt, und zwar so, daß es in zwei Windungen die erste, in den darauffolgenden zwei die zweite, hierauf die dritte und schließlich die vierte Lage bildet und oberhalb seines
Fig. 292.
Schema der Ferranti-Armatur.
Anfangspunktes endet. Auf diese Weise ist für alle Bänder die gleiche Länge und die gleiche Lage bewerkstelligt. Die einzelnen Kupferbänder
I
1,
II
2 .... sind durch zwischengelegte Kautschukstreifen oder ein anderes Isolirungsmittel voneinander isolirt. Die Armatur besitzt einen Durchmesser von 0·9 Meter und rotirt mit einer Schnelligkeit von 1000 Touren in der Minute.
Auf der Axe sind zu beiden Seiten der Armatur Sammelringe aufgesetzt, von welchen der eine mit dem vorerwähnten Messingkerne in leitender Verbindung steht, indeß zu dem andern die Enden 1, 2, 3 und 4 der Kupferwindungen führen. Vom Messingringe gehen bei
I
,
II
,
III
und
IV
die Bänder aus; die einzelnen Verbindungen sind alle durch massive Stücke (nicht durch Drähte) hergestellt. Die Ableitung der in den Kupferbändern inducirten Ströme aus den zu beiden Seiten
27*
der Armatur angebrachten Sammelringen erfolgt nicht wie gewöhnlich durch Schleifbürsten oder Federn, sondern durch massive Metallstücke, welche die Ringe bakenförmig beiläufig im halben Umfange umfassen und durch Spiralfedern an selbe angedrückt werden. Von den Collectoren werden die Ströme ebenfalls wieder durch dicke Kupferbarren innerhalb des Maschinengestelles bis zu den Polklemmen weitergeführt.
Die Figuren zeigen deutlich, daß zwischen dieser Armatur und jener von Siemens \& Halske kein principieller Unterschied besteht; es fällt dies namentlich auf bei Vergleichung der Figuren 292 und 286. Auch die Inductionsvorgänge spielen sich in gleicher Weise ab. Für die Spule
a
in Fig. 292 sind zwei auf- einanderfolgende Magnetpole
S N
angedeutet und ist in der Schlinge
a
des Kupfer- bandes
I
1 die Richtung der inducirten Ströme durch Pfeile bezeichnet. Natürlich haben die in den übrigen Schlingen
a
der Kupferbänder
II
2,
III
3 und
IV
4 inducirten Ströme dieselben Richtungen. Vermöge der Zickzackführung der Bänder und in Folge der wechselweisen Anordnung der aufeinanderfolgenden Magnetpole werden, wie wir dies bei der Siemens’schen Maschine genauer betrachtet haben, in jedem gegebenen Momente der Drehung in sämmtlichen Schleifen Inductions- ströme erregt, die alle so gerichtet sind, daß sie die Armatur im selben Sinne durchlaufen. Es muß daher der eine Sammelring, welcher mit den Bandenden
I
,
II
,
III
und
IV
in Verbindung steht, in diesem Momente von sämmtlichen Spulen Elektricität der einen Art, der zweite Sammelring, zu welchem die Enden 1, 2, 3 und 4 führen, Elektricität der andern Art erhalten. Hierauf tritt bei fort- gesetzter Drehung eine Strompause und dann ein Gesammtstrom entgegengesetzter Richtung auf u. s. w., wie an vorerwähnter Stelle angegeben wurde. Ferranti bildet die Armaturwindungen sämmtlich aus continuirlich die ganze Armatur durch- laufenden Leitungen, während Siemens diese in einzelne gewissermaßen selbstständige Spulen auflöst. In der That soll die Constructionsweise der Ferranti-Armatur bereits vor längerer Zeit bei Siemens \& Halske versucht worden sein
Elektrotechn. Zeitschr,
IV
,
p.
15.
. Ja, noch mehr, dieser Versuch führte dann eben zu der Construction der Siemens’schen Wechselstrom-Maschine, weil die Zerlegung in einzelne mechanisch voneinander getrennte Spulen vortheilhafter erschien.
Der Armatur stehen auf jeder Seite 32 Elektromagnete gegenüber; die Pole sind so angeordnet, daß jedem Nordpole ein Südpol gegenübersteht und auch im Kreise herum die beiden Polaritäten stets wechseln. Die Maschine von Ferranti unterscheidet sich also auch hierin nicht von jener der Firma Siemens \& Halske. Hingegen ist die technische Ausführung dieses Principes wieder eine andere. Die Eisenkerne der Magnete sind bei Ferranti’s Maschine mit je einer Hälfte des Gestelles in einem Stücke gegossen. Die beiden Hälften sind vollkommen symmetrisch und werden durch sechs kräftige horizontale Bolzen zusammengehalten.
Die Windungen um die Elektromagnete sind analog jenen der Armatur nicht aus Kupferdrähten, sondern aus ebensolchen Barren hergestellt, die einen Querschnitt von 18 zu 22 Millimeter besitzen. Auch die Führung der Windungen ist eine eigenartige. Es werden nämlich diese gerade so wie jene der Armatur nicht für jede Spule getrennt, sondern für alle gemeinsam ausgeführt. Fig. 293 giebt das Windungsschema für acht Elektromagnete und die ersten vier Windungslagen. Die einzelnen Magnete
N S
, welche bei der Maschine unmittelbar aneinander stehen, sind hierin anseinandergerückt, um den Verlauf der Curven leichter verfolgen zu können, und die einzelnen die Windungen darstellenden Curven sind aus demselben Grunde in verschiedenen Linienarten ausgeführt. Bei der Herstellung der Windungen wird die erste Kupferbarre
I
um den ersten Eisenkern in der einen, um den zweiten nach der entgegengesetzten Richtung geschlungen, um den dritten wieder in der ersten, um den vierten abermals in der zweiten Art die Windung ausgeführt u. s. w. bis zum letzten Eisenkerne, wo die Barre bei 1 endet. Hierauf folgt die bei
II
beginnende zweite Lage (in der Figur die feingezogene Linie), welche die zweite Kupferbarre durch zur ersten Lage entgegengesetzte Windungen bildet und bei 2 endet. Die dritte Lage wird durch die Kupferbarre
III
3 gebildet (punktirte Linie) und verläuft parallel mit der ersten Lage; die vierte Lage
IV
4 endlich (Strich- punktlinie) ist wieder parallel zur dritten Lage u. s. w. Hierauf wird das Ende 1 der ersten Lage mit dem Ende 2 der zweiten Lage, der Anfang
II
der zweiten Lage mit dem An- fang
III
der dritten Lage und das Ende 3 der dritten Lage mit dem Ende 4 der vierten Lage verbunden u. s. w., so daß sämmtliche Lagen einen ununter- brochenen Stromkreis bilden, der bei
I
beginnt und bei
IV
endet. Die im Schema ausein- andergezerrten Lagen werden in Wirklichkeit natürlich ebenso an- einander und an die Eisenkerne angelegt, wie bei Elektromagneten, deren Windungen in der gewöhn- lichen Weise hergestellt sind. Der Anblick des Schemas lehrt, daß diese Windungen, wenn ein Strom durch sie gesandt wird, gerade so wirken müssen, wie jene bei der gewöhnlichen Bewicklung der Elektromagnete.
Fig. 293.
Schema der Elektromagnete der Ferranti-Maschine.
Aus der Verfolgung der die Kupferbarren darstellenden Curven ersieht man auch, daß die aufeinanderfolgenden Eisenkerne abwechselnd in der einen und in der entgegengesetzten Richtung vom erregenden Strome umkreist werden müssen und daß daher Nord- und Südpol im Kreise herum stets wechseln wird. Die Elektro- magnete selbst erscheinen hintereinander geschaltet, da der Strom sämmtliche Kupfer- barren, es sind deren neun, nacheinander durchlaufen muß. Um die einzelnen Windungen zu isoliren, sind in jede Krümmung der Barren vier isolirende Stifte eingeschaltet. Der Strom wird in die Windungen der Elektromagnete durch den einen an der Maschine, Fig. 290 links unten, sichtbaren Ring eingeleitet, durch- fließt alle Windungen der einen Serie von Magneten, gelangt dann durch ein massives (in der Zeichnung nicht sichtbares) Verbindungsstück in die zweite Serie der Elektromagnetwindungen und verläßt durch den zweiten (links unten befindlichen) Ring die Maschine.
Sie giebt bei einer Rotationsgeschwindigkeit ihres Ankers von 1000 Touren (per Minute) einen Strom von 2000 Amp
è
res bei einer elektromotorischen Kraft von 200 Volts. Die Maschine ist zum Betriebe von Glühlichtern gebaut, und deshalb trachtete man eben ihre Widerstände möglichst gering zu machen; bei den in Parallelschaltung zu betreibenden Glühlichtern bedarf man eben Ströme von relativ geringer Spannung, wie wir dies bereits bei der Maschine von Edison gesehen haben. Die Maschine ist sehr solid gebaut, mit ausreichenden Schmier- vorrichtungen versehen und kann in kurzer Zeit demontirt werden. Ihr haftet jedoch der Nachtheil an, daß beim Schadhaftwerden irgend eines Theiles die Maschine meistens ganz demontirt werden muß, da sie ja eigentlich nur aus drei Theilen besteht, nämlich den beiden Hälften des Gestelles, die mit ihren Elektromagnet- windungen je ein zusammenhängendes Ganzes darstellen und der Armatur, die auch ein gewissermaßen untheilbares Stück bildet. Entsteht in den Windungen der Armatur oder der Elektromagnete z. B. ein Isolationsfehler, so muß wegen der eigenartigen zusammenhängenden Art der Windungen die ganze Maschine demontirt und der ganze Theil, in welchem der Fehler auftrat, zerlegt werden. Bei der Maschine von Siemens hingegen löst man die betreffende Spule von ihren Verbindungen, reparirt sie und setzt hernach diese oder eine neue ebenso leicht wieder ein.
Den Strom zur Erregung der Elektromagnete liefert eine von denselben Erfindern construirte Gleichstrom-Maschine. Die Elektromagnete derselben sind ebenso gebaut, wie jene der eben beschriebenen Lichtmaschine und mit Kupferbarren umwunden, die einen Querschnitt von 37 zu 85 Millimeter haben. Die Armatur besitzt nur fünf Schlingen und ist aus vier Kupferbändern von 37 Millimeter Breite gebildet, die sich je zweimal um die ganze Armatur herumschlingen. Die Bänder sind auf Quantität (also parallel) verbunden und stehen durch isolirte durch die Axe geführte Leitungen mit einem eigenthümlich construirten Commutator in Verbindung. Die Armatur macht 300 bis 400 Touren pro Minute und giebt dann einen Strom von 800 Amp
è
res bei einer elektromotorischen Kraft von 10 Volts.
Ueber diese Wechselstrom-Maschine und die zur Erregung ihrer Elektromagnete dienende Gleichstrom-Maschine liegen gegenwärtig noch zu wenige Angaben vor, um ein sicheres Urtheil bezüglich der Leitungsfähigkeit fällen zu können. Hingegen berichtet der „Engineering“ über eine Maschine, welche sich bei der elektrischen Ausstellung im Aquarium zu London (1883) im Betriebe befand, Nachstehendes: Die Maschine macht 1900 Umdrehungen in der Minute und wird durch zwei Ledertreibriemen getrieben, welche mit einer Geschwindigkeit von 6000 Fuß in der Minute laufen. Trotz dieser bedeutenden Geschwindigkeit werden die 320 Swan- Lampen, welche die Maschine mit Strom versorgen soll, nur unvollständig gespeist; ihr Licht erscheint röther als das der Gasflammen. Messungen über den Arbeits- verbrauch der Maschine liegen nicht vor, aber der bloße Anblick lehrt bereits, daß die 32 Pferdekräfte, welche die Lampen erfordern, beiweitem überschritten werden, da jeder Riemen, gering gerechnet, 50 Pferdekräfte übertragen kann und der Contrast zwischen dem Umfange der Transmission und dem geringen hierdurch erzielten Lichteffect zu sehr in die Augen springt. Auch wird die auffallend starke Erwärmung gerügt, indem der Berichterstatter des „Engineering“ schreibt: Es ist natürlich, daß jede Dynamomaschine einen beträchtlichen Windzug verursacht, doch sahen wir kaum jemals eine, welche einen so heftigen und nur annähernd so heißen Luftstrom hervorbrachte wie diese.
Auch bei der
Gleichstrom-Maschine von G
é
rard
rotiren einzelne Spulen an Magneten vorbei und erhalten hierdurch Ströme wechselnder Richtung inducirt; diese werden jedoch durch einen Commutator gleichgerichtet. Die äußere Umhüllung der Maschine (Fig. 294), welche ihr Gestelle bildet, hat die Form eines Cylinders. Dieser ist aus Eisen gefertigt und trägt an seinen beiden Stirnseiten gabelförmige, gebogene Ansätze, auf welchen die aus Hartbronze gegossenen Lager für die Welle
Fig. 294.
Gleichstrom-Maschine von G
é
rard.
der Maschine ruhen. Die Welle besteht aus Stahl und ist an einem Ende mit einer Riemenscheibe, am entgegengesetzten Ende (in der Figur auf der Vorderseite) mit einem Commutator ausgerüstet. Auf der Stahlwelle sind in Form eines Kreuzes vier Eisenplatten angebracht, um welche die vier Inductionsspulen gewickelt sind. (Zwei derselben sind in der Figur sichtbar und mit
I
und
IV
bezeichnet.) Die auf der Rotationsaxe aufgesetzte Armatur besteht also aus vier Spulen. Die Windungen derselben sind untereinander verbunden und der Anfang der ersten sowie auch das Ende der letzten Spule führen zu voneinander isolirten Theilen des Commutators. Dieser besteht aus zwei Theilen, von welchen jedoch jeder zweifach ausgeschnitten ist, so daß er gewissermaßen einen mit zwei Zähnen versehenen Ring bildet; die Zähne des einen Theiles greifen dann in die Zahnlücken des andern Theiles ein, wie dies in der Fig. 295
A
separat dargestellt ist.
Die Maschine besitzt, entsprechend den vier Inductionsspulen, auch vier Elektromagnete
N
,
N
1
,
S
und
S
1
. Sie sind an der Innenwandung der Trommel so befestigt, daß sie gleichfalls ein Kreuz bilden. Ihre gegen die Armatur gewandten Enden tragen Polschuhe, welche in der Weise ausgedreht sind, daß sie die Armatur in Form eines möglichst nahe herantretenden Cylinders umschließen. Die Draht-
Fig. 295
A
.
Gleichstrom-Maschine von G
é
rard.
windungen der Elektromagnete sind untereinander verbunden und derart geführt, daß bei Durchgang eines Stromes ein Nordpol stets zwei Südpole zur Seite hat oder mit anderen Worten, daß sich stets gleichnamige Pole gegenüberstehen. Das dynamische Princip ist vollständig durchgeführt und erfolgt die Ableitung der Ströme vom Commutator in die Elektromagnete, beziehungsweise in den äußeren Stromkreis durch zwei Bürsten, welche unter einem rechten Winkel gegeneinander gestellt sind.
Die Stromführung in G
é
rard’s Maschine erkennen wir mit Hilfe der Fig. 295
A.
Hierin sind die Elektromagnete durch je zwei Drahtwindungen bei
N
,
N
1
,
S
und
S
1
angedeutet, während die vier Spulen der Armatur mit den Zahlen
I
,
II
,
III
und
IV
bezeichnet sind. Die schraffirten Segmente 1 bis 4 stellen den Commutator im Schnitte nach der Ebene
x y
, und
b b
1
die darauf schleifenden Ableitungsbürsten vor. Um die Figur übersichtlicher zu machen, wurde der Stromkreis der Elektromagnete durch voll gezogene, der Stromkreis der Armatur durch Strichpunktlinien dargestellt. Die beigesetzten Pfeile geben die Stromrichtung an. Diese muß bei
S
, als einem Südpole, mit der Richtung der Uhrzeigerbewegung übereinstimmen, bei
N
derselben entgegengesetzt gerichtet sein, bei
S
1
wieder mit ihr übereinstimmen und endlich bei
N
1
abermals gegen die Uhrzeigerbewegung gerichtet sein. (Hierbei ist die Uhr stets mit ihrem Zifferblatte gegen den Commutator zugewandt zu denken.)
In der Fig. 295
A
ist jener Moment der Drehung dargestellt, in welchem die Spule
I
eben gegenüber dem Nordpole
N
1
, die Spule
II
gegenüber dem Südpole
S
, die Spule
III
dem Nordpole
N
und endlich die Spule
IV
dem Pole
S
1
gegenüber angelangt ist. Es werden daher in allen Spulen Ströme inducirt, deren Richtung jener der Amp
è
re’schen Ströme an den betreffenden Magnet- polen entgegengesetzt ist, wie dies die in die Spulen
I
bis
IV
gezeichneten Pfeile erkennen lassen. Verfolgen wir nun den Verlauf der Ströme für den gesammten inneren und äußeren Stromkreis der Maschine, indem wir bei dem Segmente 1 des Commutators beginnen. Der in der Armatur inducirte Strom gelangt vom Commutator-Segmente 1, an welches das eine Ende der Spule
I
befestigt ist, durch die Schleifbürste
b
in die Windungen des Elektromagnetes
S
, von diesem in jene des Magnetes
N
, welcher in entgegengesetzter Richtung umflossen wird, hierauf in die Windungen des Magnetes
S
1
, in welchen der Strom wieder in derselben Richtung kreist wie in
S
, und schließlich werden die Windungen des vierten Elektromagnetes
N
1
wieder in derselben Richtung durchflossen wie in
N
. Der Strom gelangt dann in den äußeren Stromkreis und kehrt durch die Bürste
b
1
zum Commutator zurück.
Das Commutator-Segment 2, auf welchem die Bürste
b
1
schleift, ist aber mit dem Segmente 4 leitend verbunden, wodurch der Zusammenhang des oben angegebenen Stromkreises (Elektromagnete und äußerer Stromkreis) mit dem Stromkreise der Armatur hergestellt ist. In dieser haben die Ströme nachstehenden Verlauf: Von dem Segmente 4 gelangen sie in die Spule
IV
, durchlaufen dann die Spule
III
, hierauf die Spule
II
und schließlich die Spule
I
, deren Drahtende, wie bereits oben erwähnt wurde, an das Commutator-Segment 1 angeschlossen ist. Hiermit ist der continuirliche Stromlauf durch alle drei Stromkreise, nämlich jenen der Armatur, den der Elektromagnete und durch den äußeren Stromkreis hergestellt. Wir ersehen daraus, daß sämmtliche in den Armaturspiralen inducirten Ströme den äußeren Stromkreis in
einer
Richtung (in der gewählten Stellung in der Richtung der Uhrzeigerbewegung) durchfließen.
Verfolgen wir nun den Stromverlauf, wenn die Armatur bei Fortsetzung ihrer Rotation in der Richtung des gefiederten Pfeiles nacheinander in jene Stellun- gen kommt, welche durch die Fig. 295
B
,
C
und
D
angedeutet sind. Auf die Stellung 295
A
, die uns jenen Drehungsmoment versinnlichte, in welchem die Spulen
I
bei
N
1
,
II
bei
S
,
III
bei
N
und
IV
bei
S
1
angelangt waren, folgt zunächst die durch Fig. 295
B
angezeigte Stellung. In dieser sind die Spulen
I
bei
S
,
II
bei
N
,
III
bei
S
1
und
IV
bei
N
1
angekommen. In dieser und in den nachfolgenden Stellungen sind sämmtliche Windungen der Armatur und der Magnete weggelassen und der von ihnen eingenommene Platz nur durch die entsprechenden Ziffern, beziehungsweise Buchstaben bezeichnet. Wir werden daher auch nicht mehr von den Stromrichtungen in den einzelneu Spiralen, sondern nur mehr von jenen in den einzelnen Stromkreisen sprechen.
In der Stellung 295
A
nahmen die Ströme im Stromkreise der Elektro- magnete die Richtung von
S
über
N
,
S
1
und
N
1
; ihre Richtung stimmte also mit jener der Uhrzeigerbewegung überein. Dasselbe gilt von der Stromrichtung im äußeren Stromkreise. Im Stromkreise der Armatur flossen die Ströme von der Spule
IV
über
III
und
II
nach
I
, also in der Richtung entgegengesetzt der Uhr- zeigerbewegung.
In der Stellung 295
B
ist die Spule
I
bei
S
angelangt; die Spule
I
, die in der vorhergegangenen Stellung der Inductionswirkung eines nordmagnetischen Feldes ausgesetzt gewesen war, ist nun der Einwirkung eines südmagnetischen Feldes unterworfen. Ebenso ist die Spule
II
aus einem südmagnetischen in ein nord- magnetisches, die Spule
III
aus einem nordmagnetischen in ein südmagnetisches und endlich die Spule
IV
aus einem südmagnetischen in ein nordmagnetisches Feld gelangt. Folglich muß die Richtung der in diesen Spulen inducirten Ströme überall die umgekehrte sein, und es muß daher auch der Stromverlauf im gesammten
Fig. 295.
Schema der Gleichstrom-Maschine von G
é
rard.
Stromkreise der Armatur in der Stellung
B
in entgegengesetzter Richtung statt- finden wie in der Stellung
A
. In letzterer war aber die Richtung der Ströme entgegengesetzt der Richtung der Uhrzeigerbewegung, folglich müssen in der Stellung
B
die inducirten Ströme mit der Richtung der Uhrzeigerbewegung übereinstimmen, wie dies auch durch die eingesetzten Pfeile angedeutet ist. Die Ströme im Armatur- kreise gehen also von der Spule
I
aus über
II
und
III
nach
IV
.
Trotzdem die inducirten Ströme in der Stellung
B
entgegengesetzt verlaufen wie in
A
, bleibt doch die Stromrichtung im Stromkreise der Elektromagnete und im äußeren Stromkreise
A
unverändert. Dieses Resultat wird durch den Commutator bewirkt. Gleichzeitig als die Spulen
I
unter
S
und
IV
unter
N
1
kamen, sind auch die Commutator-Segmente 1 unter der Schleifbürste
b
1
und 4 unter der Schleif- bürste
b
angelangt. Daher ist der Verlauf der Ströme in sämmtlichen Stromkreisen folgender: Die in der Armatur inducirten Ströme kommen von der Spule
IV
in das Commutator-Segment 4, gelangen dann durch die Schleiffeder in den Strom- kreis der Elektromagnete, welchen sie in der Richtung von
S
über
N
und
S
1
nach
N
1
durchlaufen, gehen dann durch den äußeren Stromkreis
A
, und zwar in der Richtung der Uhrzeigerbewegung (also wie in der ersten Stellung) und kehren durch die Bürste
b
1
wieder zum Commutator zurück. Von hier aus, nämlich vom Segmente 1 beginnt wieder der Stromlauf der Armatur, der bei dem Segmente 4 oder der Bürste
b
, also dem Anfangspunkte der eben angegebenen Stromkreise endet.
Auf die Stellung
B
folgt bei Fortsetzung der Armaturdrehung im selben Sinne die Stellung
C
. In dieser sind die Spulen
I
bei
N
,
II
bei
S
1
,
III
bei
N
1
und
IV
bei
S
angelangt. Die Spulen
I
und
III
stehen also wie in der Stellung
A
wieder je einem Nordpole, die Spulen
II
und
IV
je einem Südpole gegenüber. Die Stromrichtung im Armaturstromkreise muß also in der Stellung
C
dieselbe sein wie in der Stellung
A
, d. h. entgegengesetzt jener der Uhrzeigerbewegung. Hierauf kann der Umstand, daß die Spule
I
in der Stellung
C
jenem Nordpole gegenübersteht, welchem in der Stellung
A
die Spule
III
gegenüberstand, und daß die Spule
II
in gleicher Weise mit der Spule
IV
die Lage gewechselt hat, keinen Einfluß ausüben, da beide Nordpole und ebenso beide Südpole untereinander gleichwerthig sind. Hingegen hat sich die Stellung des Commutators geändert und dadurch gestaltet sich der Stromlauf in sämmtlichen Stromkreisen folgendermaßen: Die in der Armatur inducirten Ströme gelangen auf das Commutator-Segment 1, welches mit dem Segmente 3 in leitender Verbindung steht, fließen dann vom letzteren durch die Schleiffeder
b
in den Stromkreis der Elektromagnete
S
,
N
,
S
1
und
N
1
, durcheilen hierauf den äußeren Stromkreis
A
und kehren durch die Schleif- feder
b
1
zum Commutator zurück, durch dessen Segment 4 der Anschluß an den Armaturstromkreis bewirkt wird.
Aus der Verfolgung des Stromverlaufes ersehen wir, daß auch für die Stellung
C
die Stromrichtung im Kreise der Elektromagnete und im äußeren Stromkreise dieselbe bleibt wie in den Drehungsmomenten, welche in
A
und
B
dargestellt sind.
Fig. 295
D
versinnlicht das letzte Stadium der Drehung, welches wir bei Verfolgung einer vollen Umdrehung der Armatur zu betrachten haben, da nach diesem Stadium jenes in 295
A
wiederkehrt. In diesem letzten Stadium sind die Spulen
I
bei
S
1
,
II
bei
N
1
,
III
bei
S
und
IV
bei
N
angelangt, d. h. die Armatur nimmt jetzt die Gegenstellung von der in
B
innegehabten Stellung ein. Die Spulen
I
und
III
stehen nämlich wieder Südpolen, die Spulen
II
und
IV
Nordpolen gegenüber, die Spulen haben nur die gleichnamigen Pole untereinander getauscht. Die Stromrichtung im Armaturstromkreise muß also wieder dieselbe sein wie in der Stellung
B
, d. h. identisch mit jener der Uhrzeigerbewegung. Die Stellung des Commutators hat sich in der Weise geändert, daß jetzt das Segment 2 unter die Bürste
b
und das Segment 3 unter die Bürste
b
1
gekommen ist. Hiernach ergiebt sich der Verlauf der Ströme in sämmtlichen
Sromkreisen
folgender- maßen: Die in den Spulen der Armatur inducirten Ströme fließen auf das Segment 4 des Commutators, von wo aus sie wegen dessen Verbindung mit dem Segmente 2 auf letzteres übergehen und nun durch die Schleiffeder
b
in den Strom- kreis der Elektromagnete gelangen. Diesen durchfließen die Ströme in der Richtung von
S
über
N
und
S
1
nach
N
1
, gelangen dann in den äußeren Stromkreis
A
und kehren durch die Bürste
b
1
zum Commutator zurück. Der Anschluß an die Armaturwindungen ist dadurch gegeben, daß das Segment 3, auf welchem die Bürste
b
1
schleift, mit dem Segmente 1 in leitender Verbindung steht. Hier setzt aber der im Segmente 4 endende Stromkreis der Armatur an.
Die Stromrichtung im äußeren Stromkreise und im Stromkreise der Elektro- magnete ist also auch in dem durch das Schema 295
D
dargestellten Drehungs- momente nicht geändert worden. Es durchfließen daher bei continuirlicher Rotation der Armatur stets Ströme gleicher Richtung den äußeren Stromkreis, trotzdem die einzelnen Spulen bei jeder Vierteldrehung abwechselnd nord- und südmagnetische Felder passiren.
G
é
rard’s Gleichstrom-Maschine, welche in verschiedenen Größen ausgeführt wird, giebt recht gute Resultate. Das kleinste oder Schulmodell (Nr. 00) wird
Fig. 296.
Wechselstrom-Maschine von G
é
rard.
durch die Hand betrieben und giebt einen Strom gleich zwei Bunsen’schen Elementen. Das für den Gebrauch in Laboratorien bestimmte Modell (Nr. 0), welches gleich- falls mit der Hand betrieben wird, zeigt die Fig. 294. Die Maschine ist zu diesem Behufe auf einem Grundbrette aufgeschraubt, welches auch einen Ständer mit zwei Riemenscheiben trägt, die durch ihre Treibriemen die Armatur in sehr rasche Um- drehung versetzen, sobald das mit Handhabe versehene Rad gedreht wird. Diese Maschine kostet 100 fl. ö. W. und ist im Stande, einen Strom zu liefern, der beiläufig dem von zehn Bunsen’schen Elementen erregten an Stärke gleichkommt. Dasselbe Modell wird auch mit entsprechend geänderter Form des Gestelles für Fußbetrieb hergestellt. Um endlich auch noch eine Gleichstrom-Maschine für Maschinen- betrieb zu erwähnen, möge angegeben werden, daß das mit Nr. 2 bezeichnete Modell dazu bestimmt ist, fünf Bogenlampen zu je 50 bis 60 Carcelbrenner Lichtstärke zu betreiben.
Die Wechselstrom-Maschine von G
é
rard
(oder der
„Société anonyme d’électricité“
) ist in Fig. 296 abgebildet und zeigt, wie der Anblick lehrt, große Aehnlichkeit mit der Wechselstrom-Maschine von Siemens und Halske. Hingegen haben die Armaturspulen mit den Elektromogneten ihre Stellung getauscht. Während bei der Maschine von Siemens und Halske die Armatur rotirt und die Elektro- magnete festgelegt sind, ist bei der Maschine von G
é
rard das Umgekehrte der Fall.
Auf der Rotationsaxe der Maschine ist eine mehrfach durchbrochene starke Kreisscheibe aufgesetzt, die an ihrer Peripherie die Elektromagnete trägt. Die Draht- windungen der letzteren sind ebenso angeordnet wie bei der Maschine von Siemens, d. h. also derart, daß ein die Windungen durchfließender Strom die im Kreise aufeinanderfolgenden Pole abwechselnd nord- und südmagnetisch macht. Den Strom zur Erregung der Elektromagnete muß eine eigene Erreger-Maschine liefern. Inner- halb der Ständer, welche die Lager für die Rotationswelle tragen, sind zwei kreisförmige Ständer auf der Fundamentplatte verschraubt. Jeder dieser Ständer besteht aus zwei halbkreisförmigen Ringen, die an ihren Zusammenstoß-Enden durch Flanschen und Schrauben vereinigt sind. Außerdem werden die Ringe beider Seitenständer noch durch eine Anzahl horizontaler Traversen zusammengehalten. Die Armaturspulen, zu deren Befestigung die Kreisständer dienen, haben einen länglich-ovalen Querschnitt, und die Drahtenden jeder Spule werden getrennt voneinander weitergeführt; sie führen zu einem oberhalb der Maschine angebrachten Brette mit Klemmschrauben. Diese Anordnung hat den Zweck, die einzelnen Spulen untereinander je nach Bedürfniß in der einen oder andern Art schalten zu können. Man kann also die Zahl der voneinander unabhängigen Stromkreise innerhalb der Spulenanzahl beliebig variiren und kann die Spulen auf Spannung oder auch auf Quantität verbinden. Die Maschine kann daher für verschiedene Zwecke Verwendung finden.
Die Wirkungsweise der Maschine ist principiell von jener der Firma Siemens und Halske nicht verschieden. Derartige Maschinen werden für 12, 24, 48 und 96 Bogenlichter construirt.
Die Abbildung in Fig. 297 stellt endlich noch eine große Wechselstrom- Maschine desselben Constructeurs dar, welche mit einer Corliß-Dampfmaschine von 250 Pferdekräften direct gekuppelt ist. Auch bei dieser sind die Armaturspiralen auf zwei
sestgelegten
Radkränzen angebracht, während zwischen beiden das die Elektromagnete tragende Rad gewissermaßen das Schwungrad der Dampfmaschine rotirt. Diese Maschine ist zum Betriebe von 1000 Bogenlampen (die Construction dieser wird später besprochen werden) oder 3000 Incandescenzlampen bestimmt.
Diese Maschine wird an Größe noch übertroffen von
Gordon’s Wechsel- strom-Maschine,
die von der
Telegraph Construction and Maintenance Company
in
Greenwich
gebaut wurde. Gleichwie bei der Wechselstrom-Maschine von G
é
rard ist auch bei dieser Maschine die Armatur festgesetzt, während die Elektromagnete in Rotation gesetzt werden. Fig. 298 stellt diese Maschine zur Hälfte im Querschnitte und zur Hälfte in der Seitenansicht dar.
Die Rotationswelle
W
dreht sich in zwei Lagern aus Phosphorbronze und trägt in ihrer Mitte zwei schmiedeeiserne Scheiben
A
von 2·67 Meter Durchmesser.
Fig. 297.
Wechselstrom-Maschine von G
é
rard.
An jede derselben ist ein flacher Kegel
B
aus starkem Bleche angenietet, der mit seiner Spitze an den Naben
N
befestigt ist. Letztere sind auf der Rotationswelle aufgekeilt und werden durch eine zwischen ihnen angebrachte Eisenscheibe in richtiger Entfernung voneinander gehalten. Der Zweck dieser Blechkegel besteht darin, die Scheiben
A
zu versteifen. In den Räumen zwischen den Naben und den Axenlagern ist je ein Ring
E
auf der Rotationswelle befestigt, der mit einer eingedrehten Nuth versehen ist. Diese füllt ein Ring aus Vulcanit aus, auf welchen die Contactringe
C
aufgesetzt sind. Letztere sind aus Phosphorbronze verfertigt und dienen mit den darauf schleifenden Kupferbürsten zur Zuleitung des Stromes, welcher die Elektro-
Fig. 298.
Gordon’s Wechselstrom-Maschine.
magnete zu erregen bestimmt ist. Es werden hierzu zwei Bürgin-Maschinen verwendet. Jede der Scheiben
A
trägt an ihrem Umfange 32 Elektromagnete, deren Windungen von den Strömen so durchflossen werden, daß Nord- und Südpol im Kreise herum beständig wechseln; die Magnete sind hierbei hintereinander geschaltet.
Zu beiden Seiten des Armaturrades
A
sind an massiven gußeisernen Ständern starke Eisenringe
R
angebracht, die durch horizontale Bolzen
H
in ihrer Stellung unverrückbar festgehalten werden. Die Ringständer oder Böcke sind unten auf eine rahmenförmige Grundplatte geschraubt; diese Form der letzteren erlaubt, die Rotations- axe möglichst tief zu legen. An der Innenseite jedes gußeisernen Ringes sind 64 Inductionsspulen
F
befestigt, welche durch Holzplatten vom Ringe isolirt sind; die Maschine besitzt also im Ganzen 128 Inductionsspulen.
Die Spulen sind in zwei voneinander getrennten Stromkreisen gruppirt, was an der Maschine dadurch gekennzeichnet wird, daß man die Spulen abwechselnd roth und blau überstreicht. Die Eisenkerne der Spulen besitzen Keilform; darüber ist isolirter Kupferdraht gewickelt, dessen Durchmesser wie jener der Elektromagnet- windungen 4·7 Millimeter Durchmesser beträgt. Die einzelnen Spulen sind mit Hilfe von Verlängerungen ihres Kernes an die Eisenringe befestigt, von welchen sie die bereits erwähnten Holzscheiben isoliren. Die Spulen sind an jener Seite, welche sie den rotirenden Magneten zukehren, durch mehrfach geschlitzte Neusilber- bleche gedeckt und geschützt. An diesen rotiren die Elektromagnete in einer Entfernung von nur drei Millimeter vorbei.
Die Isolirung der zu den Umwindungen benützten Kupferdrähte besteht aus einem zweifachen Baumwollüberzuge; jede fertig gewickelte Spule wird in Schellackfirniß getaucht und hierauf bei höherer Temperatur getrocknet. Schließlich erhält sie noch einen Anstrich mit Asbestfarbe, um das Abblättern zu vermeiden.
Das Gewicht der rotirenden Scheiben mit ihren Elektromagneten beträgt 7000 Kilogramm, das der ganzen Maschine 18.000 Kilogramm. Aus der perspec- tivischen Ansicht dieser Maschine, Fig. 299, ersieht man, daß die, die Inductions- spulen tragenden Ringe aus mehreren Stücken zusammengesetzt sind. Das kleine mittlere Stück am oberen Theile des Ringes, welches zwischen den beiden seitlichen an der unteren Seite zusammengeschraubten Ringsegmenten eingesetzt ist, läßt sich leicht entfernen. Es bietet diese Anordnung die Möglichkeit dar, etwa an den Magneten entstandene Schäden oder Fehler leicht beseitigen zu können.
Der „Engineering“ theilt die bei einem Versuche mit dieser Maschine erhaltenen Versuchsresultate mit. Hiernach wurde die den Strom für die Elektromagnete liefernde dynamoelektrische Maschine durch eine fünfpferdige Dampfmaschine angetrieben und gab einen Strom von 25 Amp
è
re. Für die große Dampfmaschine, welche die Wechselstrom-Maschine in Bewegung setzte, ergab die Messung 170 Pferdestärken, also für beide Maschinen zusammen einen Gesammtkraftaufwand von 175 Pferde- kräften. Die Wechselstrom-Maschine lieferte hierbei einen Strom, dessen elektro- magnetische Kraft 103 Volt betrug; dieser speiste 1400 Swan-Lampen zu je zwei Lampen hintereinander in zwei Stromreihen geschaltet. Die Leuchtkraft einer Lampe wurde per 22—23 Kerzen bestimmt und ihr Widerstand zu 30 Ohm. (Der Gesammtwiderstand der Maschine betrug 0·0985 Ohm und jener der Leitung 0·006 Ohm.) Hieraus ergiebt sich ein Strom von 1030 Amp
è
re. Für jede Pferdekraft wurden in den Lampen 180 Kerzen erzeugt. Das Verhältniß der im Cylinder der Dampfmaschine gemessenen und der durch die Wechselstrom-Maschine geleisteten elektrischen Arbeit war gleich 0·816.
Die Dampf-Lichtmaschine von Ganz und Comp.
wurde von
Mechwart
und
Zipernowsky
construirt. Erregermaschine, Lichtmaschine und Dampfmaschine sind hierbei so innig miteinander verbunden, daß alle drei zusammen nur eine Maschine darstellen. Am Schwungrade der Dampfmaschine sind alle rotirenden Theile befestigt und es kommt weder irgend eine Art Riemen- oder Seiltransmission noch eine Kuppelung vor. Die Fig 300 und 301 stellen die Dampflicht-Maschine in perspectivischer Ansicht und im Schnitte dar.
Die beweglichen Theile der Maschine sind die Elektromagnete der Wechselstrom- Maschine und der Gramme’sche Ring der Erregermaschine. Am Umfange des Schwungrades
B B
der Dampfmaschine sind nämlich 36 Elektromagnete
m
befestigt, die mit ihren flachen Polschuhen knapp an den Inductionsspulen
r r
, gleichfalls
Fig. 299.
Gordon’s Wechselstrom-Maschine.
36 an der Zahl, vorbeirotiren. Letztere sind an der Innenseite der feststehenden Trommel
A A
befestigt. Die Trommel ist wie bei den kleineren Maschinen derselben
Urbanitzky
: Elektricität. 28
Firma außen mit Eisendraht umwickelt und wird von einem soliden eisernen Gerippe getragen. Die Stromführung in den Drahtwindungen der Elektromagnete ist derart, daß die magnetischen Polaritäten im Kreise herum stets wechseln. Es müssen daher auch in den Inductionsspulen der Trommel Wechselströme erzeugt werden.
Fig. 300.
Dampf-Lichtmaschine von Ganz \& Comp.
Die Erregermaschine besteht aus dem Gramme’schen Ringe
R R
, der, wie bereits erwähnt, gleichfalls auf dem Schwungrade der Dampfmaschine befestigt ist, und den inducirenden Elektromagneten
P
, welche von innen und außen an den Ring herantreten. Die Elektromagnete, 12 innerhalb und 12 außerhalb des Ringes, sind an der feststehenden Trommel befestigt, und bezüglich ihrer Polarität im Kreise herum paarweise abwechselnd nord- und südmagnetisch. (Die Polschuhe verbinden nämlich je zwei nebeneinander befindliche, in gleicher Weise vom Strome durchflossene Spulen.) Die Erregermaschine nimmt somit den mittleren Theil der ganzen Lichtmaschine ein. Die im Gramme’schen Ringe inducirten Ströme werden vom Commutator
C
durch Bürsten abgeleitet und durch weitere zwei Bürsten und
Fig. 301
Dampf-Lichtmaschine von Ganz \& Comp.
die auf der Maschinenaxe isolirt aufgesetzten Schleifringe
S S
1
den Elektromagneten der Wechselstrom-Maschine zugeführt.
Der mittlere Durchmesser des Gramme’schen Ringes der Erreger-Maschine beträgt 1·5 Meter, der lichte Durchmesser der fixen Trommel, welche die Inductions- spulen der Wechselstrommaschine trägt, ist 3 Meter.
28*
Den Betrieb der Lichtmaschine besorgt eine Compound-Dampfmaschine
D
der Prager Maschinenbau-Actiengesellschaft; diese Dampfmaschine entwickelt bei 180 Touren per Minute 150 Pferdekräfte. Dank der innigen Vereinigung der Dampf- und Lichtmaschine besitzt die Gesammtmaschine nur drei Lager
L
und konnten die rotirenden Theile der elektrischen Maschine ohne Anbringung neuer Lager auf- montirt werden.
Auch bei der Maschine von Ganz \& Comp. ist wie bei jener von Gordon die Rotationsaxe möglichst tief gelegt und daher die Trommel zum Theile in eine ausgemauerte Grube versenkt. Auch auf leichte Demontage der Maschine bei Reparatursbedürftigkeit ist Rücksicht genommen. Die Trommel ist zu diesen Behufe an zwei Seiten mit Ringen versehen, mittelst welcher sie auf den Stangen
d
des Grundgestelles verschoben werden kann. Es wird dies durch Drehen des Speichen- rades
b
bewirkt, welches durch sein Getriebe die Zahnräder
c
in Bewegung setzt, die ihrerseits wieder durch die Schraubenspindeln
a
die Trommel verschieben. Hierdurch ist dann das Schwungrad mit seinen Elektromagneten und dem Gramme’schen Ringe freigelegt und die Trommel mit den Inductionsspulen und den inducirenden Elektromagneten der Erreger-Maschine gleichfalls leicht zugänglich. (Das Handrad auf der linken Seite der perspectivischen Zeichnung dient zur Stellung der Schleifbürsten.)
Die enge Verbindung von Licht- und Dampfmaschine bringt nachstehende Vortheile mit sich. Die Betriebssicherheit der Anlage wird erhöht, weil die Riemen- oder Seiltransmissionen wegfallen; die Wartung der Maschine ist eine einfache eben wegen des Wegfalles dieser Transmissionen und weil nur drei Lager zu besorgen sind. Letztere werden überdies noch im Verhältnisse zu jenen anderer Maschinen wenig abgenützt, da die Tourenzahl eine niedrige ist.
Schließlich mögen hier noch die Disposition und die elektrischen Größen mitgetheilt werden nach Angaben der genannten Firma. Die 36 Drahtrollen der Wechselstrommaschine sind sämmtlich auf Quantität geschaltet und haben einen Widerstand von 0·0039 Ohm. Die 36 in sechs Stromkreise geschalteten Elektro- magnete besitzen einen Widerstand von 0·41 Ohm, der Ring der Erreger-Maschine mit seinen sechs Bürsten am Collector 0·165 Ohm und die 24 in sechs Strom- kreisen angeordneten Elektromagnetspulen der Erregermaschine 0·24 Ohm. Bei 180 Touren und einem normalen äußeren Widerstande von 0·038 Ohm ist die Potentialdifferenz an den Klemmen der Wechselstrommaschine 57·6 Volt und zwischen den Bürsten der Erregermaschine während ihrer Magnetisirungsarbeit (also bei 0·24 Ohm äußerem Widerstand) 36·4 Volt. Hieraus wird eine gesammte elektrische Arbeit von 140 Pferdekräften und 85 Procent Nutzeffect der elektrischen Arbeitswerthe berechnet.
Die Maschine speiste auf der elektrischen Ausstellung in Wien (1883) 1035 Glühlichter, System Swan, welche zur Beleuchtung des Theaters, sowohl Bühne als auch Zuschauerraum, dienten. Nach einer in der Zeitschrift des „Wiener elektro- technischen Vereines“ veröffentlichten Erklärung des Directions-Comit
é
s hat diese Maschine während der Dauer der Ausstellung den Strom für die Beleuchtung des Ausstellungstheaters ohne die geringste Störung geliefert.
Es erübrigt uns noch eine Gruppe von Maschinen zu besprechen, welche von den bisher betrachteten dadurch abweichen, daß die Leiter, in welchen Ströme inducirt werden sollen, nicht abwechselnd verschiedene magnetische Felder durchlaufen, sondern sich stets in einem und demselben Felde bewegen; man nennt diese Maschinen daher auch
Unipolar-Maschinen
.
Gewissermaßen in der Mitte zwischen den Unipolar- und den früher besprochenen Maschinen steht die
Anipolar-Maschine von Ball.
Diese in Fig. 302 abgebildete Maschine kann strenge genommen nicht zu den Unipolar-Maschinen gerechnet werden, obgleich nur ein Magnetpol von außen auf die Armatur wirkt, weil eben dieser äußere Magnetpol doch im Kerne der Armatur zwei entgegengesetzte Pole inducirt und somit die Drähte, in welchen Ströme inducirt werden, doch abwechselnd der Einwirkung des Nord- und Südmagnetismus ausgesetzt sind. Die Ball’sche Maschine kann als eine Gramme’sche Maschine mit verschobenen Polschuhen und doppelten Ringen betrachtet werden.
Auf den verticalen Seitenständern der Maschine sind horizontale Eisenkerne befestigt, die fast in ihrer ganzen Länge mit isolirten Drähten bewickelt sind. Hierbei sind die Windungen so geführt, daß beim Durchfließen eines Stromes an jenen
Fig. 302.
Unipolar-Maschine von Ball.
Stellen, an welchen die Polschuhe befestigt sind, stets gleichnamige Pole zusammen- stoßen. Die Elektromagnete stellen daher im Vereine mit den beiden Ständern zwei Hufeisenmagnete dar, deren Schenkel ungleich lang sind, und welche ihre gleichnamigen Pole einander zukehren. Der eine Polschuh umfaßt den oberen Theil eines Gramme’schen Ringes, der andere Polschuh den unteren Theil eines zweiten Gramme’schen Ringes. Die beiden Polschuhe besitzen entgegengesetzte magnetische Polarität. Jeder der Gramme’schen Ringe ist auf einer eigenen Rotationsaxe aufgesetzt und beim Betriebe der Maschine wird der eine Ring in entgegengesetzter Richtung in Umdrehung gesetzt wie der andere Ring.
Die Wirkungsweise der Maschine ist genau dieselbe wie zweier gekoppelter Gramme’scher Maschinen, trotzdem die Ringe nur auf je einer Seite der Einwirkung eines Magnetpoles unterliegen. Der Gramme’sche Ring enthält nämlich, wie wir wissen, einen Eisenkern und in diesem wird der Magnetismus, sowohl Nord- als Südmagnetismus, auch durch nur
einen
von außen wirkenden Magnetpol geradeso erregt wie bei der gewöhnlichen Gramme’schen Maschine. In der dem Elektro- magnetpole zunächst befindlichen Ringhälfte wird ungleichnamiger und in der ihm gegenüberliegenden Ringhälfte gleichnamiger Magnetismus hervorgerufen. Die Drahtspulen erfahren daher ebenfalls sowohl durch Süd- als auch durch Nord- magnetismus inducirende Wirkungen. Dieses Verhalten ergiebt sich schon aus dem einfachen Versuche, die Schleifbürsten in die günstige Stellung zu bringen; hierbei erhält man nämlich dieselbe Stellung wie bei der gewöhnlichen Gramme’schen Maschine, woraus die Richtigkeit der gegebenen Erklärung für die Strominduction hervorgeht.
Die Ball’sche Maschine unterscheidet sich also dadurch von der Gramme’schen, daß bei ersterer für zwei Armaturen auch nur zwei magnetische Felder zu erregen sind, während bei der Gramme’schen Maschine für jede Armatur zwei solche Felder geschaffen werden müssen. Ferner ist die Erhitzung bei der Ball’schen Maschine eine geringere, da eine bestimmte Drahtmasse statt auf einen auf zwei Ringe ver- theilt wird. Es scheint fast, als ob zur Erregung zweier kräftiger Pole im Ringe
Fig. 303.
Unipolar-Maschine von Siemens.
ein einziges magnetisches Feld genüge, was den Vortheil mit sich bringt, das Entstehen Foucault’scher Ströme herabzudrücken.
Robert Sabine
in London unterzog die Ball’sche Maschine einer Prüfung und fand hierbei nachstehende Resultate: Die Intensität der Stromes ergab sich zu 15 Amp
è
res, die Potentialdifferenz an den Polklemmen zu 195 Volts und der Widerstand der Maschine zu 4·5 Ohm. Hierbei machte die Maschine 1650 bis 1715 Touren in der Minute. Die an der Dynamomaschine geleistete Arbeit berechnete Sabine zu 5·68 Pferdekräfte; hiervon entfallen 3·92 Pferdekräfte auf den äußeren und 1·35 Pferdekräfte auf den inneren Stromkreis. Die gesammte elektrische Arbeit betrug sonach 5·27 Pferdekräfte, woraus sich der gesammte elek- trische Effect zu 0·92 ergiebt.
In der ersten Abtheilung vorliegenden Werkes wurde bereits erwähnt, daß zur Hervorrufung inducirter Ströme nicht immer eine Veränderung der Stärke oder ein Wechsel der magnetischen Felder nothwendig sei, in welchen sich der Leiter bewegt. (Siehe S. 297.) Hierzu genügt vielmehr jede Bewegung eines Leiters in einem magnetischen Felde, wenn nur die Bewegungsrichtung nicht mit der Richtung der Kraftlinien zusammenfällt. Was wir uns unter letzteren vorzustellen haben, wissen wir bereits von früher her. (Seite 90, 290 u. s. w.) Inductionsströme entstehen immer, sobald ein Leiter sich derart bewegt, daß er hierbei Kraftlinien durchschneidet. Am kräftigsten wird diese Induction dann sein, wenn die Kraftlinien senkrecht geschnitten werden, wenn also die Bewegungsrichtung des Leiters senkrecht steht auf der Richtung der Kraftlinien; die Richtung der inducirten Ströme steht hierbei senkrecht auf der Bewegungsrichtung. Bewegt man einen Draht in unmittel- barer Nähe über einen Magnetpol hinweg, so steht die Bewegungsrichtung senkrecht auf der Richtung der Kraftlinien; durch diese Bewegung des Drahtes durch die magnetischen Kraftlinien wird im ersteren ein Strom inducirt, der in der Längs- richtung des Drahtes verläuft. Es stehen daher alle drei Richtungen, nämlich die Richtung der Kraftlinien, die Bewegungsrichtung und die Längsrichtung des Drahtes, aufeinander senkrecht. Dieses Verhältniß besteht z. B. bei der Siemens’schen Trommel-Armatur. Immerhin rotirt diese aber in wechselnden magnetischen Feldern.
Polwechsel ist aber stets mit Arbeitsverlusten verbunden und deshalb erscheint das Bestreben, diesen bei Construction von Maschinen möglichst zu beschränken, vortheilhaft. Siemens und Andere haben diesen Weg bereits bei einigen der vorhin beschriebenen Maschinen eingeschlagen. So enthalten z. B. die Inductionsspulen der neuen Gleichstrom- und der Wechselstrom-Maschine keine Eisenkerne mehr; ebenso sind die Armaturen der Maschinen von Elphinstone und von Thomson eisenfrei. Hingegen ist auch bei diesen Maschinen noch der Wechsel der Stromrichtung in den Armaturwindungen geblieben.
Weder ein Wechsel des magnetischen Feldes noch ein Wechsel in der Richtung der inducirten Ströme tritt hingegen bei der
Anipolar-Maschine von Siemens
ein; Fig. 303 stellt selbe in perspectivischer Ansicht dar. Der horizontal befestigte Elektromagnet
E
ist beiderseits mit cylindrisch gekrümmten Pollappen
L L
1
der- art versehen, daß durch sie zwei cylindrische Hohlräume entstehen. Jeder dieser Hohlräume bildet sonach ein magnetisches Feld von nur einer Art. Innerhalb derselben kann je eine Axe in Rotation gesetzt werden, die ihre Lager in den Ständern
A
und
B
besitzt. Auf jeder Axe sind vier Kupferstreifen isolirt und parallel zur Längsrichtung der Axe befestigt. Jedes Ende dieser Streifen ist mit einem der gleichfalls isolirt auf der Axe aufgesetzten Schleifringe
S S
1
verbunden. Zur Ableitung der in den Streifen inducirten Ströme dienen die Bürsten
B B
1
. Die beiden Armaturen werden durch die Räder
R R
1
von einem Treibriemen in Bewegung gesetzt.
Bei dieser Maschine werden also die Kupferstreifen der Armaturen stets rechtwinkelig durch die Kraftlinien geführt und erhalten dadurch Ströme von immer gleichbleibender Richtung inducirt, da sie sich stets in einem und demselben magnetischen Felde bewegen. Die Richtung dieser Ströme stimmt mit der Längs- richtung der Kupferstreifen überein und geht entweder von rechts nach links oder von links nach rechts, je nachdem die Armaturen in einem oder dem andern Sinne gedreht werden.
Die Maschine von Siemens ist zwar selbst bisher zu keiner praktischen Anordnung gelangt, wohl aber diente sie als Vorbild für die Construction der
Anipolar-Maschine von E. Ferraris;
diese steht bereits in praktischer Ver- wendung. Der Bergwerksdirector Ferraris wurde zur Construction dieser Maschine durch das Bedürfniß geführt, einen Elektricitätsgenerator zu schaffen, der allen Anforderungen entspricht, welche man an ihn bei der Leistung elektrochemischer Arbeiten stellen muß. Wir wollen hierauf an dieser Stelle nicht näher eingehen, da sich uns ohnehin später noch Gelegenheit zu ausführlichen Erörterungen hierüber darbieten wird. Hingegen möge schon hier darauf hingewiesen werden, daß in der Verwendung elektrischer Ströme für chemische und metallurgische Processe ein Arbeitsfeld von unschätzbarer Ausdehnung gegeben ist. Der Grund,
Fig. 304.
Unipolar-Maschine von Ferraris.
warum diese Gebiete gegen- wärtig noch nicht von der Elektricität beherrscht wer- den, sondern noch immer die Kohle die Hauptrolle spielt, liegt darin, daß unsere Kenntnisse aus der Elektro- chemie noch sehr beschränkte sind. Hier harrt noch ein ebenso großes als ergiebiges Feld der Bearbeitung.
Die Unipolar-Ma- schine von Ferraris ist in den Fig. 304, 305 und 306 in perspectivischer An- sicht, in einem Längsschnitte und in einem Querschnitte dargestellt. Die Maschine besitzt gleich jener von Siemens zwei Armaturen, welche auf den Axen
A X
isolirt befestigt sind. Sie bestehen aus parallel zur Axe laufenden Kupferbarren
b b
, deren Enden an den Stirnseiten der Cylinder mit Endscheiben
r r
verschraubt sind. Letztere gehen dann in Halsringe über, welche zur Aufnahme der lagerförmig gestalteten Collectoren
c c
dienen. Es ist vortheil-
Fig. 305.
Unipolar-Maschine von Ferraris.
hafter, den Cylinder aus voneinander getrennten Barren zu bilden, wie aus einem geschlossenen Mantel, weil bei der erstgenannten Anordnung das Auftreten störender Querströme vermieden wird. Sowohl die Endscheiben als auch die Halsringe sind von der Rotationsaxe sorgfältig isolirt; auf einer Seite der Cylinder sind die Lagerschalen durch das Stück
s
verbunden, während sie auf der entgegengesetzten Seite die Polklemmen
K k
der Maschine tragen. Die Kupferbarren beider Armaturen erscheinen dadurch hintereinander oder auf Spannung verbunden. Die Polklemmen
K K
dienen zur Ableitung der inducirten Ströme in den äußeren Stromkreis, während mit Hilfe der Klemmen
k k
ein Zweigstrom in die Draht- windungen der Elektromagnete
E
geleitet werden kann.
Die Lagerschalen
c c
sind, wie erwähnt, in den Stromkreis der Maschine eingeschaltet; es kann daher zum Schmieren dieser Lager keines der gewöhnlichen Schmiermittel angewandt werden, da ein solches den Uebergang der Ströme verhindern könnte. Diese Schwierigkeit wurde dadurch beseitigt, daß man die Schalen inwendig mit Schmierstiften versah. Diese bestehen aus einer Thallium- legirung, die schon wiederholt bei leichten Transmissionen mit Erfolg zur Anwendung gelangte. Hierdurch wurde das Anbringen großer Contactflächen ermöglicht, ohne gleichzeitig starke Reibung zu verursachen.
Die Elektromagnete
E E
sind flach und in gleicher Weise angeordnet wie bei der Trommelmaschine von Siemens. Die oberen sowie auch die unteren Schenkel kehren sich ihre gleichnamigen Pole zu und diese sind durch je einen halbcylindrisch ausgehöhlten Polschuh verbunden (Fig. 306). Die Aushöhlungen der letzteren sind jedoch nicht einander zugekehrt, sondern voneinander abgewandt. Jeder Polschuh umfaßt daher in entgegengesetzter Richtung je einen Armaturcylinder zur Hälfte. Die Elektromagnetschenkel sind an ihren von den Amaturen abgewandten Stirnseiten durch Eisenstücke verbunden, welche gleichzeitig die Seitenständer
S S
1
der Maschine bilden. Die vier Elektromagnetschenkel und die beiden Seiten- ständer zusammen stellen also zwei Hufeisen- magnete dar, die sich ihre gleichnamigen Pole zukehren.
Die Rotationsaxen der Armaturen sind auf einer Seite der Maschine mit je einer Riemen- scheibe
R
zum Antriebe durch einen Riemen ver- sehen. Die entgegengesetzten Enden der Axen tragen die Frictionsräder
F F
, um die Bewegung des
Fig. 306.
Unipolar-Maschine von Ferraris.
einen Cylinders auf den andern zu übertragen. Da die Frictionsräder und die Axen aus weichem Eisen verfertigt sind, bilden sie zusammen einen hufeisenartigen Anker (
X F F X
, Fig. 305) für die Elektromagnete und erzielen dadurch eine Concentrirung der Kraftlinien. Zur Erreichung desselben Zweckes ist auch der Naum zwischen dem Cylindermantel und der Axe theilweise mit Eisenscheiben ausgefüllt.
Der Stromkreis der Magnete kann durch die Klemmen
k k
als Nebenschluß zu dem Stromkreise der Armaturen angeordnet werden. Es ist jedoch an jedem Magnete ein Commutator angebracht, durch welchen es ermöglicht wird, die Elektromagnetschenkel hintereinander oder nebeneinander zu schalten, also auf Spannung oder Quantität zu verbinden, je nach Bedarf. Durch diese Commutatoren können auch verschiedene Widerstände eingeschaltet werden; ferner kann man auch die Elektromagnetwindungen mit einer Hilfsmaschine (Erregermaschine) in Verbin- dung setzen. Hierdurch erhält die Maschine eine ziemlich weit begrenzte Verwendungs- fähigkeit. Sie kann aber auch als gewöhnliche dynamoelektrische Maschine fungiren, da ihre eigenthümliche Bauart gestattet, die ungleichnamigen Pole ihrer Elektro- magnete so weit voneinander zu entfernen, daß zwischen beiden eine Armatur von Siemens, Edison, Bürgin ꝛc. Raum findet.
Die Wirkungsweise der Maschine bedarf nach dem früher Gesagten kaum einer Erklärung. Der obere Cylinder rotirt oberhalb eines Poles in der einen Richtung, der untere Cylinder unterhalb des entgegengesetzten Poles in der ent- gegengesetzten Richtung; die in den Kupferbarren des oberen Cylinders inducirten Ströme müssen daher die entgegengesetzte Richtung wie jene im unteren Cylinder erhalten. Da beide durch das Stück
s
einseitig verbunden sind, so bildet dieses mit den beiden Cylindern gewissermaßen eine Schleife, und in dieser müssen sämmtliche inducirten Ströme einen continuirlichen Verlauf zeigen. Es wird daher an einer Klemme
K
stets positive und an der andern Klemme
K
stets negative Elektricität auftreten müssen.
Wir wollen schließlich noch einer Maschine gedenken, deren Construction sich
Fig. 307.
Maschine von Edison.
Edison
patentiren ließ. Es wohnt ihr zwar aus constructiven Rücksichten keine praktische Bedeutung inne, son- dern sie ist vielmehr höchstens als erster Versuch zur Construction einer Maschine zu betrachten, deren Aus- gangspunkt der Rotationsapparat von Foucault bildet. (Siehe Seite 296.) Wir wissen, daß bei diesem eine Kupfer- scheibe zwischen den beiden Polen eines kräftigen Magnetes in Rotation gesetzt wird und dadurch Ströme inducirt er- hält, welche in radialer Richtung auf der Scheibe verlaufen. Man kann sich vom Auftreten dieser Ströme über- zeugen, indem man auf der Axe und auf dem Umfange der Scheibe je eine Feder schleifen läßt und diese beiden Federn mit der Multiplicationsspule eines Galvanometers in Verbindung setzt. Die so erhaltenen Inductions- ströme haben natürlich sowohl wegen ihrer geringen Spannung als auch ihrer geringen Quantität keinerlei prak- tischen Werth. Hingegen läßt sich zwi- schen dem Foucault’schen Apparate und den für industrielle Zwecke bereits vorzüglich bewährten Siemens’schen Spulen- maschinen (wenn letzterer Ausdruck für die auf Seite 409 bis Seite 417 beschrie- benen Maschinen gestattet ist) ein interessanter theoretischer Zusammenhang herstellen. Die Zwischenglieder zwischen dem Foucault’schen Apparate und der genannten Siemens’schen Maschine bilden die Maschine von Ferranti-Thomson und die von Edison vorgeschlagene neue Construction. Diese soll uns nun beschäftigen.
Der Foucault’sche Apparat ist zur Erzeugung von elektrischen Strömen für industrielle Verwendung nicht geeignet, weil, wie bereits erwähnt, seine Ergiebigkeit zu unbedeutend ist, ferner wegen der unpraktischen Ableitung der Ströme am Umfange der Scheibe und endlich weil in der vollen Scheibe auch Querströmungen auftreten. Diese Fehler sucht Edison bei der Construction jener Maschine zu vermeiden, welche in Fig. 307 im Quer- und Längsschnitte dargestellt ist. Statt eines hufeisenförmigen Elektromagnetes wendet er deren zwei an und läßt ihre Polschuhe
A A
2
und
B B
2
möglichst nahe aneinander treten. Die Kupferscheibe, welche durch die in dieser Weise gebildeten kräftigen magnetischen Felder rotiren soll, ist nicht mehr ein volles ununterbrochenes Kupferblech, sondern sie ist vielmehr aus einzelnen radialen Streifen 1 bis 16 zusammengesetzt; eine isolirende Substanz zwischen ihnen vereinigt sie zu einer Scheibe. Wird diese Scheibe zwischen den Polschuhen der Elektromagnete in Rotation versetzt, so treten wie in der Foucault- schen Scheibe Inductionsströme auf, die radial verlaufen. Diese müssen in der einen Hälfte der Scheibe offenbar centripetal, in der andern Hälfte centrifugal gerichtet sein, da ja auch die Kraftlinien in den beiden magnetischen Feldern entgegengesetzte Richtungen besitzen.
Um die in den Kupferstreifen inducirten Ströme nach außen ableiten zu können, sind ihre inneren Enden mit einem Stromsammler (nach Art des Gramme’schen) passend verbunden, während die am Umfange der Scheibe liegenden Enden mit den 8 voneinander isolirten Kupferringen daselbst in der Weise in Verbindung stehen, daß die ganze Armatur eine geschlossene Leitung darstellt. Die Ströme werden also ähnlich wie beim Gramme’schen Ringe in den beiden Armatur- hälften in parallel geschalteten Zweigen inducirt. Bei dieser Armatur tritt aber kein Wandern magnetischer Polaritäten ein, ja es wird überhaupt gar kein Magnetismus inducirt. Der Ausschluß jedes Polwechsels in der Armatur ist jeden- falls als ein Fortschritt zu bezeichnen.
Immerhin ist aber Edison’s Maschine nur ein interessanter Versuch. Verfolgt man die von Edison eingeschlagene Richtung in der Umbildung des Foucault’schen Apparates zu einer Maschine für Stromerzeugung weiter, so gelangt man zur Maschine von Ferranti-Thomson. Die Zahl der radialen Streifen (die bei der Induction eigentlich ja doch nur iu Betracht kommen) sind hierbei auf 32 gebracht und jeder derselben aus 8 Kupferbändern zusammengesetzt. Die Verbindung der radialen Streifen ist in bedeutend einfacherer Weise (siehe Seite 418) hergestellt. Die Zahl der magnetischen Felder wurde von 2 auf 32 vermehrt. Ferranti’s Maschine ergiebt sich also ganz ungezwungen als ein weiteres Entwicklungsstadium. In welcher Weise endlich die Maschine von Siemens und Halske mit der letzt- genannten Maschine im Zusammenhange steht, wurde bereits hinreichend besprochen (Seite 420).
Wenngleich bei der Siemens’schen Maschine vielleicht nicht vom Foucault’schen Apparate ausgegangen wurde, sondern andere Erwägungen hierzu führten, so halten wir es doch für nützlich, auf den oben erläuterten inneren Zusammenhang hinzuweisen, da dies für die Beurtheilung der Leistungsfähigkeit und Verwend- barkeit einer Maschine wichtige Fingerzeige geben kann.
3. Constructions- und Betriebsverhältnisse der elektrischen Maschinen.
Vorstehende Betrachtungen der Maschinen beanspruchen keineswegs das vorhandene Material vollständig zu erschöpfen; es wurden vielmehr nur solche Maschinen in den Kreis dieser Betrachtungen einbezogen, welche entweder besondere, erwähnenswerthe Eigenthümlichkeiten in Bezug auf die Constructionsprincipien oder auch auf die mechanische Durchführung derselben
ausweisen
, oder endlich auch solche, die in großer Anzahl in Verwendung stehen. Es würde den Leser nicht nur ermüden, sondern für ihn auch nutzlos sein, die fast täglich neu auftauchenden Constructionen alle vorzuführen, da sie zumeist gar nichts Originelles darbieten und sehr häufig gar nie zur praktischen Ausführung oder Verwendung gelangen.
Auf eine strenge Classeneintheilung der Maschinen wurde verzichtet, weil die Constructionsprincipien derselben nicht so markant unterschieden sind, daß sich eine consequente Durchführung der Eintheilung auf Grundlage eines Unterscheidungs- merkmales empfehlen würde. Man theilt die Maschinen z. B. ein in
Wechselstrom
- und
Gleichstrom-Maschinen
. Hierbei müßten aber beispielsweise die Wechselstrom- und die Gleichstrom-Maschine von Siemens (Spulenmaschinen auf Seite 109 u. f.) getrennt behandelt werden, was wegen der großen Aehnlichkeit beider Maschinen untereinander kaum zweckmäßig erscheinen dürfte. Ferner erzeugen die Cylinder- und Trommelmaschinen und ebenso jene Maschinen, welche den Pacinotti’schen oder einen ähnlich construirten Ring besitzen, zunächst auch Wechselströme und nur die Art der Stromführung bewirkt das Auftreten gleichgerichteter Ströme im äußeren Schließungsbogen. Eine Gleichstrom-Maschine im strengen Sinne des Wortes ist die Unipolarmaschine von Ferraris. Ganz unzweckmäßig ist die Eintheilung in Maschinen für Einzellicht und Theilungslicht; ganz abgesehen davon, daß dann die Maschinen für elektrochemische Arbeiten und für Kraftübertragung in eigene Gruppen eingeordnet werden müßten, hätte man dann häufig Maschinen getrennt zu behandeln, die sich nur durch die Dimensionen ihrer Drähte u. dgl. von- einander unterscheiden, hingegen die Unipolarmaschine von Ferraris neben die Maschine für Metallabscheidung von Simens oder Gramme zu stellen u. s. w. Die Eintheilung in
magnetelektrische
und
dynamoelektrische
Maschinen führt ebenfalls zu keiner übersichtlichen Gruppirung, da, wie wir gesehen haben, häufig bei einer und derselben Maschine die Elektromagnete je nach der Arbeit, welche gefordert wird, in der einen oder andern Art erregt werden; ein Beispiel hierfür bietet abermals die Maschine von Ferraris. Sonach schien es am zweckmäßigsten, von dem Pacinotti’schen Vorbilde auszugehen, hieran die Modificationen desselben zu reihen und ebenso nach Betrachtung der Siemens’schen Construction die Modificationen der letzteren zu behandeln. Hierauf folgen dann jene Maschinen, bei welchen die Armatur oder die Elektromagnete, zumeist beide, in mehr oder weniger voneinander getrennte Spulen aufgelöst sind; den Schluß bilden die Unipolarmaschinen.
Bei allen Maschinen erfolgt die Erregung elektrischer Ströme in der Weise, daß stromlose Drähte und magnetische Felder fortwährend ihre gegenseitige Lage zueinander ändern, oder daß durch eine von außen her wirkende Kraft ein Theil der Maschine (die Armatur oder die Elektromagnete) in Bewegung gesetzt und darin erhalten werden. (Auch der dritte Fall, Armatur und Elektromagnete gegeneinander in Bewegung zu setzen, würde keine principielle Schwierigkeit verursachen).
Die elektrischen Ströme erscheinen aber stets als Umwandlungsproduct jener mechanischen Arbeit
, welche von dem die Strommaschine in Bewegung setzenden und erhal- tenden Motor geleistet wird. Es bedarf nur eines geringen Kraftaufwandes, um irgend eine elektrische Maschine in Bewegung zu setzen und ebenso eines geringen Kraftaufwandes, sie in Bewegung zu erhalten, wenn das dynamoelektrische Princip durchgeführt und der äußere Stromkreis unterbrochen ist. Im letzteren Falle kann die dynamoelektrische Maschine keine Ströme liefern, weil die durch den schwachen remanenten Magnetismus in der Armatur erregten äußerst schwachen Ströme durch die Unterbrechung des äußeren Stromkreises verhindert werden, in die Elektromagnet- windungen zu fließen. Bei Maschinen, welche permanente (Stahl-) Magnete besitzen oder bei solchen, deren Elektromagnete durch eine selbstständige Elektricitätsquelle erregt werden, entstehen in der Armatur auch dann Ströme, wenn der äußere Stromkreis unterbrochen ist. Zur Erhaltung der Bewegung dieser Maschinen oder dynamoelektrischer Maschinen mit
geschlossenem
äußeren Stromkreise ist jedoch ein bedeutend größerer Kraftaufwand nöthig. Man kann sich davon schon an den kleinen Maschinen für Handbetrieb überzeugen; die ersten Umdrehungen einer solchen dynamoelektrischen Maschine erfordern eine äußerst geringe Anstrengung; diese muß aber rasch gesteigert werden in demselben Maße, als die successive Steigerung der Stromstärke eintritt.
Aus diesem Verhalten ersieht man, daß durch die Erregung von Strömen in der Armatur eine
Gegenkraft
erweckt wird, die der Umdrehung des rotirenden Theiles der Maschine entgegenwirkt. Worin dieser durch die Wirksamkeit der Maschine selbst geschaffene Widerstand liegt, ist leicht einzusehen. Durch den Betrieb der Maschine werden stromdurchflossene Spulen an Magneten oder Magnete an stromdurchflossenen Spulen vorbeibewegt. Wir wissen aber, daß zwei derartige Körper stets eine abstoßende oder anziehende Wirkung aufeinander ausüben und die eine oder die andere Wirkung eintritt, je nachdem die Richtungen der Ströme (Amp
è
re’schen und inducirten) einander entgegengesetzte oder gleiche sind. Eine derartige Rückwirkung muß daher auch in jeder elektrischen Maschine zwischen dem feststehenden und dem bewegten Theile eintreten. Hierbei sind für diese Anziehung, beziehungsweise Ab- stoßung nur zwei Fälle möglich: entweder wird hierdurch eine Kraft wirksam, die den rotirenden Theil in jener Richtung zu drehen sucht, in welcher er durch die von außen her wirkende Kraft (z. B. Dampfmaschine) gedreht wird, oder aber diese innere Kraft sucht den beweglichen Theil in entgegengesetzter Richtung zu bewegen. Ob das eine oder das andere Verhalten eintritt, können wir z. B. aus der schematischen Zeichnung des Gramme’schen Ringes, Fig. 235, Seite 366, ersehen.
Der Ring wird in der Richtung der Uhrzeigerbewegung in Rotation gesetzt, wobei sich die Spulen 7, 8, 1 und 2 dem Nordpole
N
nähern, die Spulen 3, 4, 5 und 6 von ihm entfernen. Die erstgenannten Spulen erhalten daher alle Ströme einer Richtung inducirt und senden diese Ströme durch die bei
A
angebrachte Bürste in den äußeren Stromkreis; die Ströme entgegengesetzter Richtung fließen von den letztgenannten Spulen bei
B
eben dorthin. Die Spulen 7, 8, 1 und 2 erhalten Ströme inducirt, die in der Richtung der Uhrzeigerbewegung verlaufen, also mit der Richtung der Amp
è
re’schen Ströme am Südpole des Magnetes übereinstimmen, aber entgegengesetzt gerichtet sind jenen am Nordpole. Der Nordpol muß daher die Spulen 7, 8, 1 und 2 abstoßen, während sie vom Südpole angezogen werden, d. h. es muß das Bestreben auftreten, die Spulen in entgegen- gesetzter Weise zu drehen, als sie durch die von außen angewandte Kraft gedreht werden. Da in den Spulen 3, 4, 5 und 6 die Ströme den entgegengesetzten Verlauf nehmen, wie in den eben genannten Spulen, so muß auch die Wirkung der Magnetpole eine entgegengesetze sein, d. h. die Spulen 3, 4, 5 und 6 müssen vom Nordpole angezogen und vom Südpole abgestoßen werden. Ein Blick auf die Figur lehrt, daß auch durch die Wechselwirkung zwischen diesen Spulen und den Magnetpolen das Bestreben hervorgerufen wird, den Spulen eine Bewegung zu ertheilen, deren Richtung entgegengesetzt ist jener, welche ihnen von außen ertheilt wird.
Diese Gegenwirkung, welche wir beim Gramme’schen Ringe eingehender betrachtet haben, tritt beim Betriebe jeder Maschine auf. Sie mag wie immer construirt sein, so müssen doch immer in jenen Leitern oder Leitertheilen, welche einem Magnetpole genähert werden, Ströme auftreten, die den Amp
è
re’schen Strömen jenes Magnetpoles entgegengesetzt gerichtet sind. Letzterer muß daher erstere zurückzustoßen suchen. Leitertheile oder Leiter, welche sich von einem Magnet- pole entfernen, erhalten Ströme inducirt, deren Richtung mit jener der Amp
è
re’schen Ströme jenes Poles übereinstimmen; letzterer wird daher das Bestreben haben, die Leiter oder Leitertheile zurückzuhalten, d. h. also, das ganze System steht unter Einwirkung einer Kraft, welche es in entgegengesetzter Richtung zu bewegen sucht, als jene ist, welche es von außen her erhält.
Hieraus erklärt sich nun, warum zum Betriebe einer elektrischen Maschine ein bestimmter mit der Stärke des von der Maschine gelieferten Stromes veränder- licher Kraftaufwand erforderlich ist. Es braucht wohl kaum erwähnt zu werden, daß ein Theil jener Arbeit, welche der Motor (die Menschenhand, Gas-Dampf- maschine ꝛc.) leistet, dazu verwendet wird, die Reibungswiderstände in den Trans- missionen, Axenlagern u. s. w. zu überwinden. Der größte Theil der Arbeit wird jedoch dadurch in Elektricität umgewandelt, daß durch die Bewegung eines Theiles der elektrischen Maschine die Anziehung zwischen diesem und dem feststehenden Theile überwunden wird. Da diese Anziehung (oder Abstoßung) so lange wirkt als die Maschine im Gange ist, und stärker oder schwächer wird, je nachdem der von der Maschine erzeugte Strom seine Stärke ändert, so muß einerseits der elektrischen Maschine stets Arbeit zugeführt werden und andererseits die Größe dieser Arbeit mit der Stromstärke zu- und abnehmen. Es bildet daher das Verhalten der elektri- schen Maschinen eine schöne Bestätigung des Naturgesetzes von der Erhaltung der Kraft, welches besagt, daß man von einer Maschine nie mehr Arbeit erhalten kann, als in dieselbe hineingegeben wurde.
Durch obige Betrachtungen haben wir zugleich einen Factor kennen gelernt, welcher auf
die Stärke der
von einer Maschine gelieferten
Ströme
bestimmend wirkt. Das Ohm’sche Gesetz, welches natürlich auch für die Maschinenströme Geltung besitzt, ist bekanntlich gegeben durch den Ausdruck:
Um die Stromstärke zu bekommen, müssen wir also die elektromotorische Kraft und den Gesammtwiderstand kennen. Wir haben daher zunächst zu untersuchen, wovon die beiden letzteren abhängen. Die elektromotorische Kraft muß offenbar desto größer werden, je kräftiger die auf die Drahtwindungen ausgeübte Induction ist. Diese aber hängt von der Stärke der Magnete und von der Entfernung der Magnetpole von den inducirten Windungen ab. Die elektromotorische Kraft wird also erhöht, wenn die Kraft der inducirenden Magnete verstärkt und ihre Ent- fernung von den inducirten Drähten verringert wird. Man muß daher bei jeder Maschine dafür Sorge tragen, daß Magnete und Armatur möglichst nahe aneinander kommen. Bei Maschinen, welche Stahlmagnete besitzen, ist die Stärke der letzteren eine bestimmte und unveränderliche. Daher bleibt auch bei einer gegebenen Maschine mit Stahlmagneten die elektromotorische Kraft in Bezug auf die Wirkungsweise der inducirenden Magnete unverändert. Sie bleibt natürlich auch unverändert, wenn die Maschine zwar Elektromagnete besitzt, diese aber durch eine selbstständige constante Elektricitätsquelle erregt werden.
Gleichwie die elektromotorische Kraft einer galvanischen Batterie nicht nur von der Spannungsdifferenz der zur Berührung gebrachten Körper, sondern auch von der
Zahl
der Berührungsstellen, d. h. der Zahl der hintereinander verbundenen Elemente abhängt, ändert sich auch die elektromotorische Kraft einer Maschine mit der Zahl der Armaturwindungen. Unter sonst gleichen Umständen ist die elektro- motorische Kraft der Zahl der Armaturwindungen direct proportional. Die elektro- motorische Kraft eines Inductionsstromes ist aber auch, wie wir bereits wissen, desto größer, je rascher der Inductionsstrom verläuft. Er muß daher bei einer Maschine eine desto größere elektromotorische Kraft erhalten, je schneller die Rotation erfolgt. Somit ist die elektromotorische Kraft auch der Tourenzahl der Maschine direct proportional.
Bei einer magnetelektrischen Maschine, d. h. also einer Maschine, die Stahl- magnete besitzt oder deren Elektromagnete durch eine von der Maschine unabhängige constante Stromquelle erregt werden, wird also die elektromotorische Kraft blos von der Intensität der Magnete, der Zahl der der Induction ausgesetzten Windungen und der Rotationsgeschwindigkeit derselben bestimmt.
Anders verhält es sich jedoch bei dynamoelektrischen Maschinen; bei diesen werden die Elektromagnete durch den Strom der Maschine selbst erregt. Hier läßt uns die Ohm’sche Formel sofort erkennen, daß sich die elektromotorische Kraft auch mit dem Gesammtwiderstande, oder, da der innere Widerstand der Maschine unveränder- lich ist, mit dem Widerstande des äußeren Stromkreises sich ändern muß.
Ist nämlich der Widerstand des äußeren Stromkreises ein sehr bedeutender, so wird nach dem Ohm’schen Gesetze die Stromstärke sehr klein ausfallen, und da der Maschinenstrom die Elektromagnete zu erregen hat, so wird der sehr schwache Strom auch nur eine geringe Intensität der Magnete bewirken. Ist der äußere Widerstand unendlich groß, d. h. der äußere Stromkreis ganz unterbrochen, so wird die Intensität der Magnete (von dem geringen remanenten Magnetismus abgesehen) gleich Null; die dynamoelektrische Maschine wird also, auch wenn die Armatur fortwährend in Rotation erhalten wird, keinen Strom geben. Ist hingegen der Widerstand des äußeren Stromkreises ein sehr geringer, ist z. B. die Maschine durch einen kurzen dicken Kupferdraht geschlossen, so erlangt der Strom eine bedeutende Stärke und erzeugt sehr kräftige Elektromagnete. Die Stromstärke einer dynamoelektrischen Maschine hängt daher wesentlich vom Widerstande im äußeren Stromkreise ab und ist für Widerstandsschwankungen sehr empfindlich. Hierbei nimmt wegen der Wechselwirkung zwischen den inducirten Strömen und der Stärke des Magnetismus die Stromstärke im äußeren Stromkreise viel bedeutender zu oder ab als der Widerstand ab- oder zunimmt.
Obige Betrachtungen gelten für eine dynamoelektrische Maschine, bei welcher Armatur, Magnetpole und äußerer Stromkreis hintereinander geschaltet sind. Eine derartige Schaltung ist für eine Edison-Maschine durch die schematische Fig. 308 dargestellt. Diese Anordnung und die hierdurch bedingte Empfindlichkeit der Maschine in Bezug auf Widerstandsschwankungen im äußeren Stromkreise bringt häufig Uebelstände mit sich, die sehr störend werden können; denken wir uns z. B. die Maschine zum Betriebe einer oder mehrerer Lampen mit Voltabogen in Verwendung stehend. Die Kohlen in den Lampen brennen ab, vergrößern dadurch die Bogen- länge und daher auch den Widerstand im äußeren Stromkreise. Führt der Nachschub- mechanismus in der Lampe die Kohlen nicht fortwährend und genau im Ver- hältnisse ihres Abbrennens gegeneinander, so bleibt dieser erhöhte Widerstand längere oder kürzere Zeit bestehen und führt dadurch eine Schwächung des Stromes herbei. Abgesehen davon, daß in dieser Weise der Strom und also auch das Licht keine constante Intensität erhalten können, tritt die Stromschwächung gerade zu einer Zeit ein, in welcher wegen der vergrößerten Bogenlänge ein stärkerer Strom erwünscht wäre. Ebenso können auch Unreinigkeiten der Lampenkohlen eine Vergrößerung des Widerstandes herbeiführen.
Man suchte die Abhängigkeit der Stromstärke von dem Widerstande im äußeren Stromkreise in verschiedener Weise zu vermeiden. Eine derselben besteht darin, daß man die Armatur mit doppelten Windungen versieht und die in einer Gruppe inducirten Ströme nur zur Erregung der Elektromagnete, die in der zweiten Gruppe erzeugten Ströme ausschließlich im äußeren Stromkreise verwendet. Ebenso können auch einzelne Spulen der Armatur mit den Elektromagnetwindungen
Fig. 308.
Fig. 309.
Schaltungsweisen der Magnete.
in Verbindung gesetzt werden, während die in den übrigen Spulen inducirten Ströme in den äußeren Stromkreis abgeleitet werden. Derlei Maschinen stimmen principiell mit jenen magnetelektrischen Maschinen überein, deren Magnete durch eine eigene Stromquelle erregt werden.
Eine häufig angewandte Schaltung ist in Fig. 309 dargestellt. Bei dieser theilen sich die durch die Bürsten aus der Armatur abgeleiteten Ströme bei
b
in zwei Zweige, indem ein Theil der Ströme durch die Winduugen der Elektromagnete fließt, während der andere Theil den äußeren Stromkreis durchströmt. Bei
b
1
vereinigen sich beide Theilströme wieder und kehren zur Armatur zurück. Wir wissen, daß in verzweigten Leitern die Stromstärken in den einzelnen Zweigen sich umgekehrt verhalten wie die Widerstände dieser Zweige. Sonach wird bei einer derartigen Schaltung die Stromstärke im äußeren Stromkreise durch das Verhältniß der Widerstände beider Stromkreise zueinander bestimmt sein und sich mit der Veränderung dieses Verhältnisses gleichfalls ändern.
Nimmt der Widerstand im äußeren Stromkreise zu, so wird ein größerer Stromantheil in die Elektromagnetwindungen fließen, und nimmt dieser Widerstand ab, so wird der Strom im Stromkreise der Elektromagnete abnehmen. Eine dynamoelektrische Maschine, welche diese Schaltung besitzt, verhält sich also gewisser- maßen umgekehrt wie eine Maschine mit der vorbesprochenen Schaltung. Wenn wir hier beispielsweise wieder eine Lampe in den äußeren Stromkreis einschalten, wird die Erhöhung des Widerstandes in dieser Lampe durch die vorhin angegebenen Ursachen den Strom in den Elektromagneten verstärken. Daher muß dann die elektromotorische Kraft des Stromes im äußeren Stromkreise wachsen. Umgekehrt wird diese abnehmen, wenn der Widerstand im äußeren Stromkreise abnimmt. Die Schaltung der Elektromagnete im Nebenschluß bewirkt daher eine Art Stromreguli- rung, entsprechend dem jeweiligen Bedürfnisse an Strom im äußeren Schließungskreise.
Obige Schaltungsweisen sind nicht die einzigen, welche bei Maschinen zur Verwendung kommen; man bedient sich vielmehr, ohne an den Constructions- principien der Maschinen etwas zu ändern, auch noch anderer Schaltungen, von welchen z. B. die Compound-Schaltung genannt werden möge; da aber diese Schaltungen eigentlich Stromregulirung bewirken, so sollen sie auch erst an jener Stelle in den Kreis unserer Betrachtungen einbezogen werden, an welcher wir uns mit der Stromregulirung zu beschäftigen haben werden.
Der
innere Widerstand
einer Maschine, d. h. der Widerstand der Draht- windungen auf der Armatur und den Elektromagneten muß nach dem Zwecke, für welchen die Maschine bestimmt ist, bemessen werden; von ihm hängt die Spannung des erzeugten Stromes ab. Bei großem inneren Widerstande erhält man Ströme von hoher Spannung, kann daher auch die Ströme in einem äußeren Stromkreise von hohem Widerstande, also z. B. zum Betriebe einer größeren Anzahl hinter- einander geschalteter Lampen verwenden. Für kurze Leitungen und einen Arbeits- stromkreis von geringem Widerstande werden auch Maschinen mit geringem inneren Widerstande verwendet. Ein gewisser Widerstand ist jedoch bei jeder Maschine nothwendig, da sonst die Stromerzeugung unmöglich würde, weil sowohl im Voltabogen als auch in der Zersetzungszelle oder der secundären Maschine bei der Kraftübertragung stets ein Gegenstrom auftritt. Bei Wechselstrommaschinen, welche natürlich nur dem ersterwähnten Zwecke dienen können, tritt dieser Gegenstrom allerdings nicht schwächend auf, sondern er kommt vielmehr dem jedesmal folgenden Maschinenstrome als gleichgerichtet zu Gute. Doch sind die Gleichstrommaschinen stets den Wechselstrommaschinen vorzuziehen, da letztere einen bedeutend geringeren Nutzeffect geben; die einzige Ausnahme hiervon ist beim Betriebe von elektrischen Kerzen zu machen.
Beim Baue jeder Maschine müssen unnütze Widerstände, wie z. B. die unproductiven Drähte an den Stirnseiten der Siemens’schen Trommel, möglichst vermindert werden. Jeder von Elektricität durchströmte Leiter wird erwärmt und zwar umso mehr, je größer unter sonst gleichen Umständen der Widerstand des Leiters ist. Die
Umwandlung von Elektricität in Wärme
innerhalb der Maschine bedeutet aber stets einen Kraftverlust, da man von der Maschine ver- langt, daß sie die in sie hineingesteckte Arbeit als Elektricität und nicht als Wärme wiedergebe. Starke Erwärmung wird überdies noch dadurch schädlich, daß sie die Isolirungen gefährdet.
Eine andere Ursache, durch welche stets Wärme erzeugt wird, ist der häufige Polwechsel oder die Polverschiebung. Bekanntlich verliert auch das weichste Eisen
Urbanitzky
: Elektricität. 29
nicht sofort seinen Magnetismus, sobald der inducirende Magnet oder Strom zu wirken aufhört, sondern braucht hierzu eine gewisse Zeit. Bei der schnellen Rotation der Maschinen ist es daher unvermeidlich, daß das betreffende Eisenstück noch Magnetismus einer Art enthält, wenn bereits Magnetismus der entgegengesetzten Art inducirt wird. Hierdurch werden die Eisentheilchen in beständiger Bewegung erhalten, von welcher sich nur ein Theil in Magnetismus umsetzt, während der andere in Wärme übergeht. Außerdem wird hierdurch auch die Kraft des Magne- tismus geschwächt. Die Erzeugung von Wärme durch häufigen Polwechsel ist gegenüber den älteren Maschinen, deren Armaturen aus einer größeren Anzahl von mit Eisenkernen versehenen Spulen bestand, im Gramme’schen Ringe und im Siemens’schen Cylinder dadurch bedeutend vermindert, daß bei einer vollen Umdrehung der Armatur nur ein zweimaliger Polwechsel eintritt. Immerhin muß aber auch bei diesen Maschinen eine Stelle des Eisens in 1/2000 Minuten die Polarität wechseln, wenn die Armatur 1000 Touren macht.
Die Wärme-Erregung in Folge raschen Polwechsels sucht man in verschiedener Weise möglichst herabzudrücken. Bei Beibehaltung der Armatur-Constructionen wird dies durch zwei Mittel ermöglicht, dessen eines ein rasches Annehmen, beziehungs- weise Verlieren des Magnetismus bewirkt, während das zweite dem Eisen Zeit giebt, die Polarität einer Art zu verlieren, bevor es die entgegengesetzte Polarität annehmen muß. Ein rascher Polwechsel wird, wie bekannt, dadurch ermöglicht, daß man die Eisentheile der Armatur nicht aus massiven, sondern aus mannigfach getheilten Stücken oder aus Blechen, Drähten u. s. w. zusammensetzt, und Zeit wird für den Polwechsel geschaffen, indem man zwischen den magnetischen Feldern einen nicht zu kleinen Zwischenraum läßt. Des ersten Mittels bedienen sich alle Maschinen, das letzterwähnte sehen wir z. B. bei den Maschinen von Schuckert angewandt. Die Erwärmung in Folge des raschen und häufigen Polwechsels ist ganz vermieden bei solchen Maschinen, deren Armatur gar kein Eisen enthält, wie z. B. die neuen (Spulen-) Maschinen von Siemens oder auch die Unipolar- Maschinen, bei welchen kein Polwechsel und auch kein Wechsel der Stromrichtung in der Armatur eintritt, weil sich letztere immer nur in einem und demselben magnetischen Felde bewegt.
Eine weitere Quelle der Wärme-Erregung liegt in dem Auftreten der Foucault’schen Ströme, d. h. jener Ströme, welche jederzeit entstehen, wenn Metallmassen sich in magnetischen Feldern bewegen. Die hierdurch erzeugte Wärmemenge nimmt zu mit der Größe der Maschinen, da hiermit die magnetischen Intensitäten eine bedeutende Größe erreichen. Das Mittel zur Bekämpfung dieses Uebelstandes ist abermals durch Zertheilung der Metallmassen gegeben, da hierdurch das Zustandekommen der Foucault’schen Ströme erschwert wird.
Die Wärme-Entwicklung in den elektrischen Maschinen bildet eine jener Ursachen, durch welche ein Arbeitsverlust beim Umwandeln von mechanischer Kraft in Elektricität bewirkt wird. Dies ist jedoch nicht die einzige; die Vorgänge in den elektrischen Maschinen sind ziemlich complicirter Natur und gegenwärtig noch keineswegs vollständig erkannt. So müssen z. B. die starken Ströme, welche durch die Maschinen erzeugt werden, also auch deren Drahtwindungen durchfließen, sowohl auf die Drähte als auch auf die übrigen metallischen Bestandtheile zurückwirken. Ein Theil dieser Wirkungen wird allerdings die Wirksamkeit der Maschinen unter- stützen, aber ein anderer Theil wird sie schwächen. So werden z. B. jene Ströme, welche in den die Eisenkerne der Armatur umgebenden Drahtwindungen inducirt werden, den Magnetismus des Eisenkernes schwächen, und hierin liegt
anch
die Hauptursache, warum das successive Anwachsen des Stromes beim Anlassen einer dynamoelektrischen Maschine bald eine Grenze findet. Diese Störungen durch Neben- inductionen werden natürlich größer, je größer die Anzahl der Windungen und die Tourenzahl wird, weil mit diesen die Stärke des Stromes, der die Neben- inductionen hervorruft, wächst. Allerdings nimmt die Stärke des Maschinenstromes viel rascher zu als die durch ihn bewirkten Nebeninductionen; immerhin bilden aber letztere eine nicht zu vernachlässigende Ursache des Kraftverlustes. Dieser wird erheblich gesteigert bei Maschinen, welche Wechselströme erzeugen, da das fort- währende Wechseln der Stromrichtung Oeffnungs- und Schließüngsströme hervor- rufen muß, die sowohl die Funkenbildung an den Schleifcontacten verstärken als auch anderweitige Störungen bewirken kann.
Zu diesen Kraftverlusten kommen noch bei jeder Maschine solche hinzu, die entstehen durch Ueberwindung der Reibung in den Axenlagern, des Widerstandes, welchen die Luft dem rotirenden Theile entgegensetzt u. s. w. Es ist daher für die Beurtheilung der Leistungsfähigkeit einer Maschine von Wichtigkeit, deren
Güte- verhältniß
zu kennen, d. h. zu wissen, welcher Percentsatz der einer Maschine mit- getheilten mechanischen Energie als elektrische Energie wiedererhalten werden kann. Um diese beiden miteinander vergleichen zu können, müssen offenbar beide mit Zugrunde- legung gleicher Maßeinheiten gemessen werden. Als solche waren bis in jüngste Zeit mannigfache und willkürliche Größen in Verwendung. Hierüber wurde erst auf dem Congresse der Elektriker zu Paris im Jahre 1881 eine Einigung sämmtlicher Nationen erzielt, indem ein sogenanntes
absolutes Maßsystem
angenommen wurde.
Vergleiche
I.
Abtheilung, Seite 214.
(Ein derartiges Maßsystem wurde bereits von Gauß und Weber angegeben und bei diesem dienten die drei Größen: Milligramm, Millimeter und Secunde als Fundamentaleinheiten.)
Das von dem Elektriker-Congresse zu Paris angenommene
internationale elektrische Maßsystem
besitzt als Fundamentaleinheiten das Centimeter, die Gramm-Masse und Secunde
Ein Centimeter = 1/100 Meter; 1 Meter = 10,000,000ten Theil eines Längskreises des nördlichen Erdquadranten. Die Masseneinheit ist die Gramm-Masse, d. h. 1 Kubik- centimeter destillirten Wassers bei 4 Grad Celsius. (Bei dieser Temperatur besitzt das Wasser die größte Dichte.) Es ist unrichtig, zu sagen, die Masseneinheit ist das Gramm, weil dieses die Gewichtseinheit darstellt. Unter Masse eines Körpers verstehen wir die
Menge des Stoffes
in einem Körper, unter Gewicht den
Druck
, welchen ein Körper in Folge der auf ihn durch die Erde ausgeübten Anziehungskraft auf seine Unterlage ausübt. Letztere ist an verschiedenen Orten der Erde verschieden und daher ist auch das Gewicht eines Körpers an verschiedenen Orten ein verschiedenes. Die Masse bleibt jedoch überall dieselbe; da man unter der Einheit der Masse jene Masse versteht, welche durch die Einheit der Kraft in der Einheit der Zeit die Einheit der Geschwindigkeit erhält, so ist die Masse eines Körpers gleich dem Gewichte dividirt durch die Acceleration der Erdschwere, d. h. durch die Beschleunigung, welche ein Körper beim freien Fall durch die Anziehungskraft der Erde erhält. — Als Zeiteinheit wurde die Secunde angenommen; diese ist gleich dem 86,400ten Theil des mittleren Sonnentages.
(C. G. S.-Einheiten). Da diese Einheiten verhältniß- mäßig klein sind, würde man bei technischen Messungen unbequem große Zahlen erhalten. Man verwendet daher in der Praxis technische Einheiten, welche Vielfache der Fundamentaleinheiten darstellen. Diese sind das Meter und das Kilogramm; die Secunde als Zeiteinheit ist beibehalten worden. Die Einheit der Masse ist gleich
, oder, da die Acceleration auf der Oberfläche der Erde gleich ist 9·81
29*
(d. h. jeder frei fallende Körper in jeder Secunde eine Geschwindigkeit von 9·81 Meter erhält), geht dieser Ausdruck für die Einheit der Masse über in
.
Die Einheit der Kraft bildet das Kilogramm; aus diesen Einheiten lassen sich die Einheiten für die Arbeit und den Effect ableiten. Man versteht unter Arbeit das Product aus der Kraft und der in der Kraftrichtung zurückgelegten Weglänge. Die technische Einheit der Arbeit muß daher das
Meter-Kilogramm
bilden. Unter Effect versteht man die von einer Kraft in der Secunde geleistete Arbeit; die Einheit des Effectes bildet daher das
Secunden-Meter-Kilogramm
. Größere Arbeitsleistungen werden nach
Pferdekräften
gemessen. In England setzt man hierfür das Zeichen
H. P. (horse power)
, in Deutschland dieses oder
P. S.
(Pferdestärke). Hierbei ist 1
H. P.
= 75 Secunden-Meter-Kilogramm.
Es verursacht keine Schwierigkeiten, die elektrischen Größen in mechanischem Maße auszudrücken. Wir haben bereits die Bedeutung des
Coulomb
kennen gelernt (S. 215) und ebenso erfahren, daß ein Leiter das Potential 1 besitzt, wenn durch die Einheit der Arbeit 1 Coulomb aus der Unendlichkeit zu ihm herangebracht wird. Da diese Einheit für praktische Zwecke zu klein ist, hat man sich, wie wir wissen, dahin geeinigt, unter Einheit des Potentiales dasjenige zu verstehen, welches 10 Millionen Arbeitseinheiten erfordert, um 1 Coulomb aus der Unendlichkeit heranzubringen. Umgekehrt wird diese Arbeit wieder gewonnen, wenn sich das Coulomb in die Unendlichkeit fortbewegt. Fällt eine bestimmte Anzahl Coulombs von einem höheren zu einem niederen Potential, so wird die hierbei freiwerdende Arbeit offenbar ausgedrückt sein durch das Product aus der Anzahl der Coulombs mit der Differenz der Volts. Das Volt repräsentirt 10 Millionen Arbeitseinheiten, somit hat man: Anzahl der Coulombs × Differenz der Volts × 10,000,000. Die mechanische Einheit der Kraft ist diejenige, welche der Masse eines Gramms in 1 Secunde eine Geschwindigkeit von 1 Centimeter ertheilt. Da das Kilogramm gleich ist 1000 Gramm und das Meter = 100 Centimeter und da ferner die Anziehungskraft der Erde einem Körper in einer Secunde eine Geschwindigkeit von 981 Centimeter ertheilt, so ist die Kraft, welche die Erde auf 1 Kilogramm aus- übt, gleich 1000 × 100 × 981 = 98,100,000 Arbeitseinheiten.
Die elektrische Arbeit erhalten wir nun in Kilogramm-Meter, wenn wir das oben angegebene Product, ausgedrückt in Arbeitseinheiten, durch 98,100,000 divi- diren, also
oder gleich
Der elektrische Strom ist ein stetes Fließen der positiven Elektricität von Stellen höheren zu Stellen tieferen Potentiales und die Differenz der Potentiale ist die elektromotorische Kraft. Als Stärke des Stromes bezeichneten wir die Zahl der in der Secunde abströmenden Coulombs und maßen sie in Amp
è
res (Seite 216). Mit Rücksicht hierauf können wir nun auch den
Effect
, d. h. die in der Secunde geleistete Arbeit im mechanischen Maße bestimmen. Er ist gegeben durch den Ausdruck
Soll der Effect in Pferdekräften ausgedrückt werden, so hat man natürlich noch durch 75 zu dividiren:
Da uns die Messung der Stromstärke und der elektromotorischen Kraft bereits bekannt ist und wir nun auch die Bestimmung des Effectes einer elektrischen Maschine kennen gelernt haben, können wir das Güteverhältniß derselben bestimmen, sobald nur die Arbeit bekannt ist, welche durch den Motor der elektrischen Maschine mitgetheilt wird. Diese bestimmt man durch ein
Dynamometer
. Ein solches
Bremsdynamometer
, der
Prony’
sche
Zaum
, ist in Fig. 310 abgebildet;
c
ist eine Scheibe aus Gußeisen von ähnlicher Form wie die Riemenscheiben an den elektrischen Maschinen. Diese wird durch zwei hölzerne Bremsklötze
a a
umfaßt; am oberen Klotze ist der Balken
b
be
fe
stigt, der bei
d
eine Wagschale zum Auflegen der Gewichte besitzt. Die Schrauben
s s
dienen zum Zusammenhalten beider Bremsklötze.
Um mit dem Prony’schen Zaum eine Messung auszuführen, wird die Scheibe
c
auf jene Welle aufgekeilt, deren Effect zu bestimmen ist. Hierauf zieht man die Schrauben
s s
an, so daß die Bremsklötze an der Scheibe anliegen, und läßt die Maschine mit einer bestimmten Touren- zahl (derjenigen, für welche der Effect gemessen werden soll) laufen. Würde man bei
P
keine Gewichte auflegen, so müßte die Bremse in der Rotationsrichtung der Welle mitgedreht werden. Nun legt man aber so viele Gewichte auf, daß der Balken
b
horizontal bleibt, während die Welle die normale Tourenzahl macht. Die Reibung, welche die auf die Welle übertragene mechanische Arbeit verbraucht, wird durch die Kraft gemessen, mit
Fig. 310.
Prony’s Zaum.
welcher die Wagschale bei
d
niederzusinken strebt; diese Kraft hält eben der Reibung bei
c
das Gleichgewicht. Da das auf die Wagschale gelegte Gewicht
P
, die Länge
L
des Hebelarmes, der Halbmesser der Rolle
c
und die Tourenzahl der Welle bekannt sind, so kann man leicht den Effect in Pferdekräften berechnen.
Häufig ko
mm
t auch zu einer derartigen Messung der Arbeitsmesser von
Hefner von Alteneck
zur Verwendung. Er dient zur Messung der durch einen Treibriemen ü
be
rtragenen Arbeit, indem er aus der Differenz der Spannungen des hin- und rücklaufenden Riementheiles die wirkende Kraft erkennen läßt. Diese wird in Kilogramm angegeben, welche dann mit der Rotationsgeschwindigkeit der Welle, ausgedrückt in Metern, zu multipliciren sind, um Kilogramm-Meter zu erhalten.
Zur Ermittlung der Tourenzahl benützt man sogenannte
Tourenzähler
, von welchen eine Construction (Wm. Lang in Brooklyn) in Fig. 311 abgebildet ist. Er besteht aus der drehbaren Spindel
S S
, welche an beiden Enden eckig zugekantet ist und in der Mitte eine endlose Schraube
W
besitzt. Diese greift in die gezahnte Scheibe
E
ein, welche mit 100 Zähnen versehen ist. Sonach wird die Scheibe eine volle Umdrehung gemacht haben, sobald sich die Spindel 100mal gedreht hat. Die Theilung der Scheibe läßt durch ihren Stand gegen den fest- stehenden Zeiger
z
die Zahl der Touren bis zu 100 erkennen. Die Scheibe
E
ist mit einem Anschlagstifte
A
versehen, der bei jeder vollen Umdrehung von
E
einmal an einem der 10 Zähne der Scheibe
H
anschlägt und dadurch diese um einen Zahn weiterdreht. Das Rad
H
vollendet daher
eine
Umdrehung, wenn
E
deren 10 und die Spindel 1000 gemacht hat. Es bildet also die Scheibe
E
das Einer- und die Scheibe
H
das Hunderterzählrad. Dem Instrumente sind noch zwei Kappen beigegeben, deren eine
G
als Griff, deren andere
k
nur als Schutz dient, wenn das Instrument eingesteckt wird.
Die Art, in welcher die Tourenzählung vorgenommen wird, bedarf nun wohl kaum mehr einer Erklärung. Man hält mit Hilfe des Griffes
G
die Spindel
S S
mit dem einen oder dem anderen zugekanteten Ende (je nachdem die Maschinen- welle rechts oder links läuft) im Mittelpunkte der Maschinenwelle an, so daß die Axen der Spindel und der Welle in eine Linie fallen; die leicht bewegliche Spindel wird dann durch die Maschinenwelle mitgenommen und macht ebenso viele Umdrehungen wie diese. Natürlich stellt man vorerst beide Scheiben auf Null ein. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, z. B. einer Minute, nimmt man das Instrument wieder weg und ersieht aus der Stellung der beiden Scheiben die Tourenzahl.
Fig. 311
Tourenzähler.
Wenden wir nun unsere Aufmerksamkeit den
einzelnen Theilen der Maschine
zu, so haben wir sie sowohl in Bezug auf ihre
magnetische oder elektrische Wirksamkeit
, als auch bezüglich ihrer
mechanischen Construc- tionen
zu betrachten. In Betreff der ersteren lassen sich keine allgemein giltigen Regeln aufstellen, da verschiedene Zwecke, welchen die Maschinen dienen sollen, auch die Erfüllung verschiedener Forderungen beanspruchen. So richtet sich der Durch- messer der Drähte nach der gewünschten Stromstärke. Bedeutenden Einfluß auf das Arbeiten der Maschine hat das Verhältniß der Windungszahlen auf der Armatur und den Elektromagneten, doch läßt sich auch hierüber nichts Allgemeines angeben, da dieses Verhältniß durch die Eisenconstruction und magnetische Dis- position beeinflußt wird.
Bei den Elektromagneten sind runde den flachen vorzuziehen, weil erstere bei gleichem Umfange einen kleineren Querschnitt und folglich auch einen kleineren Widerstand besitzen. Bei großen Polschuhen, wo also große Eisenmassen zu magnetisiren sind, erweist sich die Anwendung mehrerer Magnete vortheilhaft (Maschinen von Edison).
Die Drahtgruppen oder Spulen hat man nach
Uppenborn
so zu bemessen, daß im Mittel nicht mehr als 20 Volts Spannungsdifferenz zwischen zwei Stromabgeber-Lamellen vorhanden sind. Die genaue Anzahl wird natürlich nach den Dimensionen der Drähte berechnet und ist derart zu wählen, daß möglichst wenig Platz auf dem Anker leer bleibt.
Die magnetische Anordnung hat namentlich folgenden Forderungen zu entsprechen: Die Magnetpole sind so anzubringen, daß möglichst wenige Kraftlinien von Pol zu Pol gelangen, ohne die Drähte, welche für die Induction bestimmt sind, zu schneiden. Der Eisenkern der Armatur muß den Polschuhen der Magnete möglichst nahe kommen können. Die zu inducirenden Drähte müssen so geführt werden, daß ein möglichst großer Theil derselben zum Durchschnitte mit den Kraftlinien kommt, da die übrigen Drähte nicht nur nutzlos sind, sondern auch noch den todten Widerstand vermehren. Es wurde bereits erwähnt, daß, um das Zustandekommen der Foucault’schen Ströme zu verhindern, der Eisenkern aus einzelnen Theilen, Drähten, Scheiben u. dgl. zusammenzusetzen ist.
Große Sorgfalt ist auf die Isolirung in allen Theilen der Maschine zu verwenden; die Isolirung soll so stark sein, daß sie das 1½fache der Span- nung aushalten kann, welche entsteht, wenn eine oder die andere Klemme an die Erde gelegt wird. (Uppenborn.)
Das zuverläßlichste Mittel, sich von der Lei- stungsfähigkeit, beziehungs- weise Wirkungsart einer dynamoelektrischen Maschine zu überzeugen, besteht in der Aufnahme eines
Dia- gramms
, d. h. in der gra- phischen Darstellung der Aenderung jener Größen, die eine Maschine charak-
Fig. 312.
Diagramm einer dynamoelektrischen Maschine.
terisiren. Man setzt zu diesem Behufe die Maschine in Gang und sorgt dafür, daß ihre Tourenzahl constant bleibt, oder nimmt die Messungen nur bei einer bestimmten Tourenzahl vor. Hierbei gibt man dem Widerstande im äußeren Strom- kreise verschiedene Größen und bestimmt jedesmal die Stromstärke (
i
) und die Klemmspannung (
d
).
Man erhält dann die graphische Darstellung, z. B. des Verlaufes der Klemm- spannungen, bei äußeren Widerständen von 0·5, 1, 1·5, 2 u. s. w. Ohm, indem man die Widerstände auf der Linie
A X
(Fig. 312) und die hiefür durch Messung erhaltenen Klemmspannungen auf der Linie
A Y
, die auf
A X
senkrecht steht, aufträgt; man zieht dann durch die Punkte auf
A X
Linien parallel zu
A Y
und durch jene auf
A Y
Linien parallel zu
A X.
Verbindet man dann die Durchschnittspunkte je zweier zusammengehöriger Linien durch eine continuirliche Linie, so stellt die so erhaltene Curve
a d
den Verlauf der Klemmspannungen bei veränderlichem äußeren Widerstande graphisch dar. Der Punkt
a
wurde z. B. in nachstehender Weise erhalten: Der äußere Widerstand wurde auf 0·5 Ohm gebracht und dann die Klemmspannung gemessen, während die Maschine die verlangte Tourenzahl machte. Die Klemmspannung ergab sich zu 1·0; es wird daher von dem mit 1·0 bezeichneten Punkte der Linie
A Y
die Gerade (Abscisse) 1·0
a
und vom Punkte 0·5 der Linie
A X
die Gerade (Ordinate) 0·5
a
gezogen. Im Durchschnittspunkte beider Linien bei
a
ist dann ein Punkt der Spannungscurve gegeben. In gleicher Weise erhält man die übrigen Punkte der Curve.
Durch dasselbe Verfahren bekommt man die Curve
i
für die Stromstärke, die Curve
v
für das Verhältniß des Nutzwiderstandes zum Totalwiderstande und die Curve
i d
durch Auftragen von
i : d
Aus diesen Curven kann das Arbeiten einer dynamoelektrischen Maschine am sichersten beurtheilt werden. Man ersieht hieraus z. B., daß das
i d
ein Maximum wird (d. h. die Curve den höchsten Punkt erreicht), wenn der Nutzwiderstand (z. B. die eingeschalteten Lampen) gleich ist dem halben Totalwiderstand. (Die Curve
v
schneidet hierbei die mit 0·5 bezeichnete Ordinate.)
Bei Maschinen, deren Magnete im Nebenschlusse liegen, hat man drei verschiedene Stromstärken aufzutragen, nämlich die im Anker, die im Magnete und die im Arbeitsstromkreise; dementsprechend erhält man auch dreierlei Widerstände.
In
mechanischer Beziehung
sind namentlich der Bau und die Anordnung jener Theile wichtig, welche der Abnützung durch den Gebrauch am meisten unterliegen. Zu diesen gehören die Axenlager, der Stromabgeber und auch der rotirende Theil (Anker oder Elektromagnete). Die Axenlager sollen breit, solid befestigt, leicht zugänglich und mit ausreichenden Schmiervorrichtungen versehen sein.
Am meisten unterliegt der Stromabgeber der Abnützung. Letztere wird befördert durch starke Funkenbildung und auch durch Verunreinigung mit Schmieröl, wenn die Schmiervorrichtung nicht so angeordnet ist, daß auf den Stromabgeber kein Schmieröl gelangen kann. Die Funkenbildung ist bei Erzeugung von Strömen hoher Spannung unter sonst gleichen Umständen höher als bei Anwendung geringer Spannung. Die Mittel, welche man anwendet, um die Funkenbildung zu vermeiden, haben wir schon bei den einzelnen Maschinen kennen gelernt (Nebenbürste von Edison, alternirende Wicklung der Armaturdrähte bei Weston u. s. w.). Zur Abnützung des Stromabgebers durch Verbrennung in Folge der Funkenbildung kommt noch jene durch chemische und mechanische Einwirkung, wenn das Schmieröl auf die Kupfersectoren fließt. Durch die elektrischen Funken bilden sich Zersetzungsproducte des Oeles, die den Stromabgeber rascher zerstören helfen, und das Oel selbst kann, mit Staub, Metalltheilchen ꝛc. vermengt, die Isolirungen zwischen den einzelnen Sectoren verderben. Es ist deshalb darauf zu achten, daß durch Construction oder Anordnung der Zutritt des Schmieröles zum Stromabgeber unmöglich gemacht wird. Da aber auch bei Beachtung dieser Punkte der Stromabgeber immer jener Theil bleibt, der sich am raschesten abnützt, so verdienen jene Maschinen den Vorzug, welche ein rasches und einfach auszuführendes Auswechseln derselben gestatten oder noch mehr jene, die keines aus Lamellen zusammengesetzten Stromabgebers bedürfen, wie die Maschine von Ferraris.
Aehnlich verhält es sich mit den rotirenden Spulen; diese können dadurch unbrauchbar werden, daß der elektrische Strom die Isolirung durchschlägt oder daß diese durch die Erwärmung oder andere Ursachen zu Grunde geht. Ferner können auch Drahtbrüche an der einen oder andern Stelle eintreten. Es wird daher als Vorzug einer Maschine gelten, wenn sie in leichter Weise die Auswechslung der schadhaften Spule gestattet. Es ist dies, um ein Beispiel anzuführen, bei der Flach- ringmaschine von Schuckert der Fall; dieselbe ist auch in Bezug auf das über den Stromabgeber und die Lager Gesagte mustergiltig. Sehr leicht ist der Ersatz einer unbrauchbar gewordenen Spule bei solchen Maschinen zu bewerkstelligen, bei welchen die einzelnen Spulen ganz voneinander getrennt sind, wie dies z. B. bei den neuen Wechsel- und Gleichstrommaschinen von Siemens der Fall ist. Hat man bei der Construction der Maschine diesen Umständen nicht Rechnung getragen, so erfordert die Sicherheit des Betriebes einer solchen Maschinenanlage die Beigabe von Reserve- Armaturen, während es in den angeführten Beispielen genügt, einzelne Reservetheile zur Verfügung zu haben. Schuckert’s Lagerung der Armatur in dem auf einer Seite offenen Grundgestelle hat überdies noch den Vortheil, daß die Lüftung weniger Schrauben hinreicht, um den Anker herausnehmen und so den schadhaft gewordenen Theil rasch und bequem durch einen Reservetheil ersetzen zu können.
Die Vor- und Nachtheile der Ströme hoher und geringer Spannung, der Wechsel- und gleichgerichteten Ströme hängen mit der speciellen Verwendung der Elektricität innig zusammen und müssen daher erst bei den verschiedenen Anwendungen getrennt besprochen werden.
Wir haben schließlich noch die Frage zu erörtern, ob es bei Bedarf mächtiger Ströme für ausgedehnte Anlagen zweckmäßiger sei, den Maschinen dementsprechende kolossale Dimensionen zu geben, oder mit der Größe derselben nur bis zu einer gewissen Grenze zu gehen und dann eine nach dem Strombedarf bemessene Anzahl solcher Maschinen zur Stromlieferung in eine gemeinschaftliche Leitung zu verbinden. Wir müssen hier eingestehen, daß heutzutage noch zu wenig praktische Erfahrungen vorliegen, um diese Frage mit Sicherheit zu entscheiden. Während
John Perry
die Maschinen in riesigen Dimensionen ausgeführt sehen will, neigen sich einige deutsche Gelehrte mehr der Ansicht zu, es sei mit der Vergrößerung der elektrischen Maschinen nicht gar zu weit zu gehen, dafür sollen aber diese Maschinen in ganzen Batterien zur Anwendung gelangen. In der Praxis sind gegenwärtig bereits beide Wege versucht worden; man hat sowohl kleinere Maschinen gekuppelt als auch Maschinen von bedeutenden Dimensionen gebaut. Zu letzteren zählen z. B. die Maschinen von Edison, G
é
rard, Gordon u. s. w.
Die Verbindung mehrerer Maschinen
in einen Stromkreis erfordert die Beachtung gewisser Verhältnisse, die wir im Nachstehenden näher kennen lernen wollen. Im Allgemeinen ist jede dynamoelektrische Maschine einem elektrischen Generator mit zwei Polen vergleichbar und läßt sich daher sowohl auf Spannung als auch auf Quantität verbinden. Bei allen elektrischen Strömen, welche Arbeit leisten, tritt Polarisation auf, und daher entspricht die Maximalarbeitsleistung einem bestimmten Verhältnisse zwischen der elektromotorischen Kraft der Maschine und der elektromotorischen Kraft der Polarisation. Aus Untersuchungen
Ferrini’s
erhellt, daß das Arbeitsmaximum dann eintritt, wenn dieses Verhältniß gleich ist 2 : 1, also wenn
oder wenn die
elektromot. Kraft der Maschine = 2 × elektromot. Kraft der Polarisation.
Ohne auf die speciellen Zahlenangaben einzugehen, möge hier nur bemerkt werden, daß die zahlreichen Bestimmungen, welche der österreichische Marine-Ingenieur M.
Burstyn
mit Gramme’schen Maschinen verschiedener Typen gemacht hat, zeigten, daß alle diese Maschinen bei normaler Geschwindigkeit des Ankers eine elektromotorische Kraft haben, welche den angegebenen Werth nicht nur erreicht, sondern im Allgemeinen überschreitet; daraus resultirt einerseits, daß die Gramme’schen Maschinen unter ökonomisch günstigen Bedingungen construirt sind und andererseits, daß bei Verbindung zweier Maschinen dieselben auf
Quantität
und nicht auf
Spannung
zu verbinden sind.
Diese Verbindung kann aber zum Auftreten störender Einflüsse Veranlassung geben;
Gramme
war nach Burstyn’s Angabe der Erste, welcher ein Mittel zur Vermeidung derselben mittheilte. In Fig. 313 sind zwei Maschinen
I
und
II
nebeneinander geschaltet, schematisch dargestellt.
J
1
und
J
2
sind die Armaturen,
C
1
und
C
2
die Collectoren mit den dazugehörigen Bürsten
B
1
und
B
2
, von welchen Drähte zu den Polklemmen
P
1
N
1
und
P
2
N
2
führen,
E
1
und
E
2
sind die Drahtwindungen der Elektromagnete und endlich
L
stellt eine in den Stromkreis beider Maschinen geschaltete Lampe vor. Bei
a
fließen die Ströme beider Maschinen zusammen und gelangen dann durch die gemeinschaftliche Leitung
a c
zur Lampe, welche sie bei
d
verlassen, um gemeinschaftlich nach
b
zu fließen, von wo aus ein Theil zur einen, der andere Theil zur andern Maschine zurückfließt. Der Stromweg ist also folgender:
Fig. 313.
Verbindung zweier Maschinen.
Es fließt demnach durch die Lampe ein Strom, welcher der elektromotorischen Kraft
einer
Maschine und jenem Widerstande entspricht, welcher in der Kabelleitung sammt Lampe und in den zu einer parallel geschalteten Leitung vereinigten Draht- windungen beider Maschinen repräsentirt ist.
Sind die elektromotorischen Kräfte beider Maschinen gleich groß
, so wird immer, so groß auch der Widerstand der Lampe werden mag, der Strom beider Maschinen ganz durch den gemeinschaftlichen Weg (und die Lampe) fließen, ohne daß bei
a
ein Theil desselben in der einen oder andern Richtung (
P
1
E
1
B
1
oder
P
2
E
2
B
2
) überträte und eine der beiden Maschinen im entgegengesetzten Sinne durchflöße, als es die in ihr thätige elektromotorische Kraft fordert. Bei gänzlicher Unterbrechung der Leitung in
L
wird — gleichgroße elektromotorische Kräfte vorausgesetzt — der Schließungskreis der Maschinen auch bei fortgesetztem Betriebe derselben stromlos sein.
Sind jedoch die elektromotorischen Kräfte der beiden Maschinen nicht gleich groß
, so wird, wenn der Widerstand in der Lampe über eine gewisse Grenze gewachsen ist, der Strom der stärkeren Maschine bei
a
zum Theile in die schwächere Maschine übertreten und ihre Leitungen im entgegengesetzten Sinne durchfließen als der von dieser Maschine erzeugte Strom verläuft. Vollends findet dies statt, wenn die Leitung in
L
z. B. durch Erlöschen der Lampe unterbrochen wird, die Maschinen aber im Betriebe bleiben. Dann wird diejenige Maschine, welche die geringere elektromotorische Kraft besitzt, von einem entgegengesetzt gerichteten Strome durchflossen werden, welcher der Differenz der elektromotorischen Kräfte und dem Widerstand im gesammten Stromkreise entspricht. (1)
Bei entsprechender Kraft dieses Differenzstromes werden die Elektromagnete der schwächeren Maschine umpolarisirt und dadurch wird der in ihr erzeugte Strom umgekehrt, d. h. so gerichtet, wie es der Strom der andern Maschine ist. Es wird jetzt durch die Leitungen ein Strom fließen, welcher der Summe der elektro- motorischen Kräfte beider Maschinen entspricht und die Maschinen sind jetzt eben
hintereinander
geschaltet. (2)
Bleiben sie weiter im Betriebe, so ist Gefahr für Erhitzung derselben vorhanden, denn sie erscheinen jetzt kurz geschlossen, und die Stromstärke in den eigenen Leitungen der Maschinen wächst zu ernormer Größe an. Die Lampenleitung sinkt zur Zweigleitung herab und erhält nur jenen Theil des gesammten Stromes, welcher sich nach den Gesetzen der Stromleitung aus dem Verhältnisse der Widerstände in den beiden Stromzweigen ergiebt. Zur Erreichung der normalen Lichtstärke würde man die Kabel an der umpolarisirten Maschine im Sinne der geänderten Polarität verkehrt anlegen müssen. Da man zwei Maschinen von ganz gleicher elektromotorischer Kraft nicht construiren kann, so werden immer Störungen von größerer oder geringerer Intensität eintreten, wenn man zwei Maschinen auf Quantität im selben Stromkreise verbindet.
Diesem Uebelstande hat nun
Gramme
in einfacher Weise abgeholfen. Bei allen Maschinen, welche zur Schaltung auf Quantität verwendet werden sollen, sind sämmtliche Windungen der Elektromagnete mit
einer
Bürste verbunden, während die
zweite
Bürste durch einen kurzen Draht mit der Polklemme in Verbindung steht; von der ersterwähnten Bürste geht überdies noch ein Draht aus, der zur zweiten Polklemme führt. Sollen nun zwei derartige Maschinen in einen Stromkreis geschaltet werden, so verbindet man jene Bürsten, welche mit den Elektromagnetwindungen in Verbindung stehen, beziehungsweise die betreffenden Polklemmen, durch einen kurzen Draht miteinander, wie dies in Fig. 313 durch die Linie
x y
angedeutet ist.
Wird bei dieser Anordnung der Strom z. B. in der Maschine
I
so kräftig, daß er nach
II
übergehen könnte (wenn
x y
nicht vorhanden wäre), so muß er sich zwischen
B
1
und
B
2
im umgekehrten Verhältnisse der Widerstände in den Zweigleitungen
E
1
E
2
und
x y
vertheilen; da aber der Widerstand der Magneti- sirungsspiralen weitaus größer ist als jener von
x y
, so wird der ersterwähnte Zweig auch unter den ungünstigsten Umständen nur von einem Strome minimaler Stärke durchflossen sein, der niemals im Stande ist, die Polarität der Magnete umzukehren. Die Ausgleichung der entgegengesetzten elektromotorischen Kräfte wird vielmehr in dem kurzen Drahtstücke
x y
erfolgen. Dieses ist stromlos, wenn die elektromotorischen Kräfte beider Maschinen gleich groß sind.
Nachstehende von
Burstyn
angegebene Vergleichung dieser Verhältnisse mit ähnlichen in der Hydraulik möge obige Betrachtungen anschaulicher gestalten.
Denkt man sich die elektrischen Druckdifferenzen an den Bürsten der beiden Maschinen durch Flüssigkeitsdruck, der constant erhalten wird, repräsentirt und die Drahtleitungen durch entsprechende Röhren ersetzt, wie dies in Fig. 314 dargestellt ist, wo auch eine der früheren Figur analoge Bezeichnung eingeführt erscheint, so wird sehr leicht Folgendes klar:
So lange der hydrostatische Druck in
I
und
II
gleich groß ist, wird Flüssigkeit aus beiden Gefäßen mit einer dem Rohrwiderstande entsprechenden Geschwindigkeit durch
L
abfließen, und, so groß auch der Widerstand in
L
werden mag, nie wird Flüssigkeit von
I
nach
II
oder umgekehrt durch die Röhrenleitung
E
1
oder
E
2
fließen, vorausgesetzt natürlich, daß der Widerstand in den Röhren
E
1
und
E
2
nicht sehr verschieden ist. Wenn die Röhre
L
keinen Abfluß gestattet, so hört in diesem Falle überhaupt jede Bewegung von Flüssigkeit im Systeme auf.
Ist aber z. B. in
II
der Druck größer als in
I
, so wird, wenn die Leitung
L
geringen Widerstand bietet, auch jetzt Flüssigkeit aus beiden Reservoirs, allerdings mit verschiedener Geschwindigkeit, nach
L
fließen und dort abströmen, ohne daß ein Uebersteigen derselben nach
I
eintritt. Sobald aber der Widerstand in
L
so groß wird, daß ein Ausgleich des Ueberdruckes nicht rasch genug erfolgen kann, so muß Flüssigkeit von
II
nach
I
durch
E
1
fließen. Vollends muß dies eintreten, wenn die Röhre
L
keinen Abfluß gestattet (die Leitung in der Lampe unterbrochen
Fig. 314.
wird). Dann findet der ganze Ausgleich auf dem Wege
E
2
E
1
statt und es wird durch
E
1
Flüssigkeit in einer dem in
I
thätigen Drucke entgegengesetzten Richtung mit einer Geschwin- digkeit fließen, welche der Druckdifferenz in beiden Gefäßen entspricht. (Vergleiche Satz 1.) Dem Umpolarisiren der Maschine
I
würde eine Umwandlung des Druckes im Gefäße
I
in einen gleich großen
negativen
Druck analog sein. In diesem Falle wird, wenn
L
keinen Abfluß gestattet, Flüssigkeit von
I
nach
II
mit einer Geschwindigkeit fließen, welche der Summe der Drucke in
I
und
II
gleich- kommt. (Vergleiche Satz 2.)
Werden aber beide Gefäße auch noch durch das weite Rohr
x y
miteinander verbunden, so wird der Ausgleich der Drucke
hauptsächlich
auf diesem Wege erfolgen und die Möglichkeit gar nicht eintreten, daß Flüssigkeit von einem Gefäße zum andern auf dem Wege
E
2
E
1
übergehe.
Die Nichtbeachtung der eben erläuterten Verhältnisse hat sich auch in der That schon durch sehr üble Resultate bei der Edison’schen Centralbeleuchtungs-Station in New-York gerächt. Edison selbst schildert die Vorgänge in nachstehender Weise:
„Als zwei der großen Dynamomaschinen zum erstenmale gleichzeitig den Strom in die Hauptleitung (für etwa 2000 Lampen) schicken sollten, zeigte sich, daß es unmöglich war, einen gleichmäßigen Gang zu erhalten, denn sobald die eine Maschine weniger Umdrehungen machte als die andere, ging der ganze Strom in die langsamer rotirende und diese wurde gewissermaßen zum Elektromotor; beim ersten Versuche war die Erscheinung geradezu verblüffend und hätte leicht zu Unheil führen können.
Allerdings nur in Folge des Umstandes, daß Amerikaner in Europa gemachte Erfindungen oder gesammelte Erfahrungen principiell ignoriren, und daher auch weder Edison noch seine Ingenieure Burstyn’s Versuche kannten.
Als die zweite Maschine in Action gesetzt wurde, gab zuerst die eine, dann die andere blitzartige Funken und es wurde abwechselnd die eine durch die andere getrieben. Einer der anwesenden Ingenieure sperrte den Dampf zu dem einen Motor ab, und trotzdem lief die Maschine mit derselben Geschwindigkeit als zuvor. Kreidebleich kam er zu mir gelaufen und fragte, was zu thun sei. In der nächsten Minute waren etwa 8 Pfund Kupfer durch den Strom abgeschmolzen und theilweise zu Dampf verflüchtigt. Wären die sechs projectirten Maschinen in Betrieb gewesen — ich weiß nicht, was passirt wäre. Allein ich erkannte bald, was die Ursache war: die ungleiche Geschwindigkeit, mit der die Maschinen rotirten! Es mußten daher die Regulatoren aller Maschinen so miteinander verbunden werden, daß sie vollständig gleiche Umdrehungen besaßen. Diese Abänderung erforderte jedoch zu ihrer Ausführung einen Monat, und da viele unserer Abonnenten kein Gas mehr brannten, so mußten wir, so gut es ging, weiter arbeiten. Die provisorische Einrichtung ist jedoch beendet und die Vorkehrungen functioniren zur vollen Zufriedenheit, die Schwierigkeiten sind jetzt überwunden.“
Wir schließen hiermit unsere Betrachtungen über die elektrischen Maschinen, ohne von ihnen vollkommen Abschied zu nehmen, da die speciellen Anwendungen der Maschinenströme noch manchen Nachtrag an der betreffenden Stelle erfordern werden.
4. Die galvanischen Batterien, Secundär-Elemente und Chermosäulen.
Dem bisherigen Gange unserer Betrachtungen treu bleibend, hätten wir nun zunächst einen Rückblick auf die Geschichte der Batterien zu werfen. Wir können jedoch an dieser Stelle hiervon absehen, weil sie als untrennbar von der Geschichte der Elektricität und des Magnetismus schon in diesem Abschnitte behandelt werden mußte. Ferner sind auch die älteren Elemente bereits in der Lehre vom galvanischen Strome in den Kreis unserer Betrachtungen einbezogen worden und ebenso die wichtigsten Typen der gegenwärtig in Gebrauch stehenden Elemente, da eben ohne Kenntniß derselben die Fortsetzung des theoretischen Theiles im vorliegenden Werke unmöglich geworden wäre. Da aber in Rücksicht auf diesen Umstand eben nur einige wenige Elemente beschrieben wurden, und zwar ohne Beziehung auf in großem Maßstabe praktisch verwendbare Constructionen, so enthebt uns dies nicht davon, bei Beschreibung der Elektricitäts-Generatoren für industrielle Zwecke auch den galvanischen Batterien unsere volle Aufmerksamkeit zu schenken. Dasselbe gilt von den Thermosäulen.
Hingegen wollen wir nicht ermangeln, den Secundär-Elementen, die erst in jüngster Zeit eine Ausbildung erhielten, welche an praktische Verwendbarkeit denken läßt, an entsprechender Stelle auch einige Zeilen über die historische Ent- wicklung zu widmen.
Wenden wir uns nun zunächst den
galvanischen Batterien
zu. Man nennt, sagt
Cazin
in seinem bekannten Werke über elektrische Batterien, hydro- elektrische Säule einen Apparat, zusammengesetzt aus festen und flüssigen Theilen, welche Elektricität erzeugend Gelegenheit zu chemischen Verbindungen geben. Wir wollen auch bei der Eintheilung der Elemente in Classen diesem Autor folgen, nicht weil er oder wir seine Eintheilung für die vom wissenschaftlichen Standpunkte aus beste halten, sondern weil die nachstehend angegebenen Classen eine bequeme und übersichtliche Gruppirung zulassen.
Wir unterscheiden demnach zunächst zwei große Gruppen, deren erste jene Säulen umfaßt, bei welchen nur eine Flüssigkeit zur Anwendung gelangt, deren zweite alle Säulen mit zwei voneinander getrennten Flüssigkeiten in sich schließt. Jede dieser Hauptgruppen zerfällt dann wieder in zwei Unterabtheilungen. Die eine der letzteren vereinigt alle Elemente mit Polarisation, die andere alle jene, bei welchen die Polarisation ganz vermieden oder doch bis zu einem für die Praxis unerheblichen Grade vermindert ist. Sonach unterscheiden wir: 1. Elemente mit einer Flüssigkeit und Polarisation, 2. Elemente mit einer Flüssigkeit und ohne Polarisation, 3. Elemente mit zwei Flüssigkeiten und Polarisation und endlich 4. Elemente mit zwei Flüssigkeiten ohne Polarisation.
Elemente mit einer Flüssigkeit und Polarisation.
In dieser Gruppe haben wir an erster Stelle das
Volta-Element
zu nennen. Wie wir bereits wissen, besteht dasselbe aus einer Kupfer- und einer Zinkplatte, welche ohne sich zu berühren in Salzwasser oder angesäuertes Wasser eingetaucht werden. (Siehe Seite 176 u. f.) Zum Ansäuern des Wassers bedient man sich gewöhnlich der Schwefelsäure, die mit dem 16fachen Volumen Wasser verdünnt wird. Der chemische Vorgang, welcher sich in der Säule abspielt, ist folgender: Das Zink zersetzt in Gegenwart der Schwefelsäure das Wasser in seine beiden Bestandtheile, Wasserstoff und Sauerstoff, und verbindet sich mit letzteren zu Zinkoxyd, welches sich mit der Schwefelsäure zu schwefelsaurem Zink (Zinkvitriol) vereinigt. Das Wasserstoffgas entweicht und die Kupferplatte nimmt keinen nennens- werthen Antheil an dem chemischen Processe. An der citirten Stelle wurde auch bereits mitgetheilt, daß zu gleicher Zeit, als sich die chemischen Vorgänge abspielen, am Zink negative und am Kupfer positive Elektricität nachweisen läßt.
Aus den chemischen Vorgängen ersehen wir, daß bei dem Volta-Element Polarisation eintreten, d. h. eine elektromotorische Kraft entstehen muß, welche der elektromotorischen Kraft des Elementes entgegenwirkt. Es wird nämlich die Flüssigkeit, welche ursprünglich aus verdünnter Schwefelsäure bestand, mit Zink- vitriol vermischt oder durch dieses ganz ersetzt, ferner das Kupfer mit Wasserstoff- gas bedeckt und endlich auch Zink am Kupfer niedergeschlagen. Das Element giebt daher keinen constanten, sondern einen rasch abnehmenden Strom und ist deshalb für praktische Anwendungen nicht geeignet.
Die Beschreibung des Volta-Elementes in Form des Becherapparates, der Säule, des Trogapparates (nach Cruikshank) in Form einer Spirale (Hare’s Calorimotor) und endlich mit Anwendung getrennter Gefäße (Wollaston) wurde bereits gegeben. Die verschiedenen Anordnungen, welche das Volta-Element erhalten hat, sind hiermit noch nicht erschöpft, doch würde es wenig Nutzen bringen, sie alle aufzuzählen. Wir wollen daher nur einer noch gedenken, die in Deutschland, England und Frankreich einige Verbreitung gefunden hat und zu Heilzwecken dienen soll. Es ist dies
Pulvermacher’s Kette,
welche Fig. 315 darstellt. Jedes Element dieser Kette ist aus einem Holzstäbchen gebildet, um welches ein Kupfer- und ein Zink- draht voneinander isolirt gewunden sind. Um ein Berühren beider Drähte hintanzuhalten, sind sie in entsprechende Einkerbungen des Holzstäbchens gelegt. Die vier Drahtenden jedes Stäbchens sind voneinander gebogen und ösenförmig geformt. Mittelst dieser Oesen sind die Zinkdrähte eines Stäbchens mit den Kupferenden des darauf folgenden Stäbchens und die Kupferenden des einen Stäbchens mit den Zinkenden des vorhergehenden Stäbchens verbunden. Eine größere Anzahl dieser Stäbchen oder Elemente wird zu einer Batterie in Form eines biegsamen Gürtels angeordnet.
Als Erregungsflüssigkeit benützt man Essig. Der Gürtel wird in diesem eingeweicht, wobei das Holz die Essigsäure aufnimmt. Die Kette bleibt daher auch dann noch wirksam, wenn sie aus dem Essig herausgenommen wird.
Ersetzt man das Zink durch Magnesium, so wird der Strom bedeutend verstärkt und es genügt dann zur Erregung desselben ein Befeuchten mit Wasser.
Das Bestreben, die Voltasäule zu verbessern und ihren Betrieb billiger zu gestalten, führte zu mannigfachen Abänderungen, von welchen wir die wichtigsten kennen lernen wollen. Ein wesentlicher Fortschritt wurde gemacht, als man das gewöhnliche Zink durch
amalgamirtes Zink
ersetzte. Schon
Kemp
kannte die Eigenschaft des amalgamirten Zinkes, an und für sich angesäuertes Wasser nicht zu zersetzen (1828). Jedoch scheint erst
Sturgeon
(1830) hiervon praktischen Gebrauch gemacht zu haben.
Chemisch reines Zink allein in angesäuertes Wasser eingetaucht, zersetzt dasselbe allerdings auch nicht; die Reindarstellung verursacht jedoch zu hohe Kosten, als daß an die Anwendung voll- kommen reinen Zinkes zur Her- stellung von Batterien gedacht werden könnte. Das geb räuchliche Zink ist verunreinigt durch Bei- mengungen anderer Metalle und dies bewirkt eben, daß die fremden Metalltheilchen mit den benachbarten Zinktheilchen kleine Elemente bilden, sobald das Zink- stück in angesäuertes Wasser ge- taucht wird. Es findet daher eine Wasserzersetzung, beziehungs- weise Lösung des Zinkes auch
Fig. 315.
Pulvermacher’s Kette.
dann statt, wenn das Volta-Element nicht geschlossen ist, also ein Zinkverbrauch während einer Zeit, in welcher die Batterie unbenützt steht. Daß die Auflösung des Zinkes Folge der Bildung kleiner galvanischer Elemente in der Zinkplatte ist, erhellt aus dem bereits angegebenen Verhalten des chemisch reinen Zinkes.
Dasselbe Verhalten wie das reine Zink zeigt auch das amalgamirte.
Die Verbindungen des Quecksilbers mit anderen Metallen werden
Amalgame
genannt.
Die Anwendung des letzteren ist daher ein Fortschritt, denn hierbei geht Zink nur dann in Lösung, wenn das Element geschlossen ist, d. h. wenn man den Strom benützt, während bei Außergebrauchsetzung der Batterie die Zinkauflösung hintangehalten ist.
Um die Polarisation zu vermeiden oder doch wenigstens nach Möglichkeit zu vermindern, wurden an Stelle der verdünnten Schwefelsäure andere Flüssigkeiten oder Zusätze vorgeschlagen. So kann die Polarisation bei Anwendung nicht amalgamirter Zinkplatten durch Zusatz einiger Tropfen Salpetersäure vermindert werden. Der Wasserstoff reducirt nämlich die letztere zu Ammoniak, indem er sich mit dem Stickstoff der Salpetersäure verbindet. Es entstehen dann in der Erregungs- flüssigkeit salpetersaures und schwefelsaures Ammon, deren Beimischung den Widerstand und die elektromotorische Kraft nur unbedeutend ändert.
Zur Vermeidung der Polarisation wurde auch Kupfervitriollösung (Kupfer- sulfat) als Erregungsflüssigkeit vorgeschlagen. Bei Anwendung dieser bilden sich aber Kupferniederschläge auf der Zinkplatte und verringern so deren wirksame Fläche. Ueberdies bilden dann die Kupferpartien mit dem Zinke Elemente, welche auch bei geöffneter Kette das Zink in Lösung bringen.
Durch die Anwendung von Chromsäure als Erregungsflüssigkeit wird allerdings die elektromotorische Kraft erhöht und auch die Polarisation vermindert, da durch den Sauerstoff der Säure der aus dem Wasser abgeschiedene Wasserstoff gebunden wird. Hingegen ist die völlige Beseitigung der Polarisation hiermit nicht zu erreichen und überdies der Kostenpreis der Chromsäure ein zu hoher.
Fechner
(1831) schlug vor, die Kupferplatte auf jener Seite, welche im Elemente gegen die Zinkplatte gewandt ist, mit Schwefelkupfer oder mit Kupfer- chlorür zu überziehen. Bei Anwendung einer derartigen Platte löst sich nach und nach der erwähnte Ueberzug und läßt eine rauhe Kupferfläche zurück, deren Rauhheit noch dadurch vermehrt wird, daß sich später auch noch das Kupfer der in Lösung befindlichen Kupferverbindung auf der Platte niederschlägt. Die Unebenheiten der Platte erleichtern dann das Ablösen der Wasserstoffbläschen und vermindern in dieser Weise die Polarisation.
Desselben Kunstgriffes bediente sich auch
Bagration
(1844). Sein Element besteht aus einem mit Erde gefüllten Blumentopfe, in welchen Salmiaklösung hineingebracht wird, so daß die Erde sich mit dieser tränkt. Dann steckt man eine Zinkplatte und eine nach der Angabe von Fechner präparirte Kupferplatte hinein. Diese Säule giebt zwar einen hinlänglich constanten, aber schwachen Strom. Die bedeutende Verminderung der Polarisation wird durch die Ammoniakverbindungen einerseits und das Absorptionsvermögen der Erde andererseits bewirkt.
Hieran reihen sich die verschiedenen
Sandbatterien,
welche den Vortheil bieten, daß sie leicht transportabel sind, was z. B. für militärische Zwecke (Feld- telegraphie) wünschenswerth sein kann. Eine derartige Säule wurde z. B. von
Cooke
construirt und stand in England eine Zeit lang in Verwendung. Die einen
Trog
bildenden Zellen sind mit Sand gefüllt, der mit der Erregungsflüssigkeit (verdünnter Schwefelsäure) getränkt ist. In diesen sind dann die Kupfer- und Zinkplatten eingesetzt.
Brett
und
Little
ließen bei ähnlicher Anordnung angesäuertes Wasser Tropfen für Tropfen durch den Sand sickern und suchten in dieser Weise die Polarisation hintanzuhalten.
Einen ziemlich andauernden und constanten Strom giebt das Element von
Blanc-Filipo.
Der Boden eines Gefäßes von der Form der Pulvergläser wird mit einer Schicht Schwefelpulver bedeckt und der übrige Raum des Glases bis nahe an den Hals mit Kochsalzlösung gefüllt. In letztere taucht, an einem Kupfer- drahte befestigt, ein kurzer Zinkcylinder, den negativen Pol bildend. Den positiven Pol stellt ein verkupferter Bleistab dar, dessen unteres Ende in das Schwefelpulver taucht, während er oberhalb des letzteren mit einer isolirenden Substanz überzogen ist. Das Resultat der chemischen Vorgänge, welche sich in diesem Elemente abspielen, ist die Bildung von Wasserstoff, Zinkoxyd und Schwefelzink.
Eine andere Richtung, welche man bei der Verbesserung des Volta-Elementes einschlug, war die, das theure Kupfer durch ein billigeres Material zu ersetzen. Hiefür wurde die Kohle ausersehen, obwohl durch diese der Widerstand des Elementes erhöht wird. Eine Kohle, welche verhältnißmäßig gute Leitungsfähigkeit besitzt, ist die
Gas
- oder
Retortenkohle
, d. h. jene Kohle, welche sich bei der Bereitung des Leuchtgases an der Innenwand der Retorten absetzt. Diese sehr harte Kohle wird dann in die Form von Platten, Cylindern oder Prismen gebracht und zu den Batterien verwendet. An Stelle dieser Kohle bedient man sich häufig einer künstlich aus Kohlenpulver dargestellten Kohle, die gleichfalls einen verhält- nißmäßig geringen Widerstand dem Durchgange eines Stromes entgegensetzt.
Der Hauptvortheil der Anwendung von Kohle liegt darin, daß die Polarisation vermindert wird, indem Wasserstoff und Zinksalz sich nicht so leicht an der Kohle abscheiden.
Prinz M. v. Leuchtenberg
bediente sich eines Elementes aus Eisen und Kohle, welche beide in mit Schwefelsäure angesäuertes Wasser getaucht wurden, zur Vergoldung (1845).
Stöhrer
bildete sein Element aus unamalgamirtem Zink und Kohle (1849). Ein Steinzeuggefäß wird mit Kohlenstücken gefüllt und ein Theil derselben mit Kupferdraht umwunden, um so die eine positive Elektrode zu bilden. In die Mitte des Gefäßes wird von Kohlenstücken umgeben ein Spritzenschlauch oder eine poröse Zelle eingesetzt, welche das Zink aufnimmt. Der übrige Raum der Zelle ist durch Sand ausgefüllt, welcher mit Alaunlösung als Erregungsflüssigkeit getränkt wird.
Beim Gebrauche der Säule sinkt zwar die Stromstärke sehr rasch, erhält aber in kurzer Zeit wieder ihre anfängliche Höhe, wenn der Stromkreis vorüber- gehend unterbrochen wird.
Gute Resultate erhielt
Helm
(in Mühlhausen) mit seiner Säule, die aus Cylindern von Kohle und Zink besteht. Als Erregungsflüssigkeit dient hierbei Alaunlösung mit einem Zusatze von Chlornatrium; letzterer erhöht die Leitungs- fähigkeit der Flüssigkeit. 16 solcher Elemente wurden z. B. zum Betriebe von 20 elektrischen Uhren verwendet, wobei, um die Wirkungsweise gleichförmig zu erhalten, in jeder Woche zwei Elemente frische Füllung erhielten. Da in jeder Minute zwei Stromschließungen in der Dauer von zwei Secunden erfolgen, ist diese Leistung der Batterie zufriedenstellend. Bei anderweitiger Anwendung dieser Elemente, z. B. in der Feuerwehrtelegraphie, braucht die Erneuerung nur alle zwei Jahre einmal zu erfolgen.
Fabre de Lagrange
suchte die Polarisation durch Bewegen der Flüssigkeit zu vermeiden. In ein Steingutgefäß ist der Zinkcylinder eingesetzt, welcher ein Diaphragma umgiebt. In diesem steht eine Kohlenplatte, während der übrige Raum des porösen Gefäßes mit Kohlenstücken ausgefüllt wird. Die Erregungsflüssigkeit, verdünnte Schwefelsäure, fällt tropfenweise in das Gefäß, welches bis zur Höhe des Diaphragmas damit gefüllt wird, sickert durch die Kohlenstücke und fließt durch ein vom Boden des Diaphragmas ausgehendes und den Boden des äußeren Gefäßes durchsetzendes Rohr ab. Die Batterie giebt gute Resultate, ist aber wegen ihrer complicirten Anordnung unpraktisch.
Das
Walker-Element
ist aus Zink und Retortenkohle gebildet, welch’ letztere in mit verdünnter Schwefelsäure getränktem Sande steckt. Diese Säule erhielt eine wesentliche Verbesserung dadurch, daß die Kohle mit einem Platin- überzuge versehen wurde (1857). Nach
Niaudet
sollen im Jahre 1875 beiläufig 9000 solcher Elemente in Verwendung gestanden sein. Um die Amalgamirung des Zinkes stets gut zu erhalten, ist letzteres in ein Schälchen aus Guttapercha gestellt, welches Quecksilber enthält.
Das Element kostet beiläufig 1 Gulden (ö. W.) und erfordert zu seiner Instandhaltung, die Entlohnung der Aufseher mit einbezogen, jährlich etwa 56 kr.
Urbanitzky: Elektricität. 30
Hierbei bedarf es bei einem zwölf- bis siebzehnmonatlichem Betriebe keiner besonderen Wartung. Die elektromotorische Kraft kommt anfänglich gleich jener eines
Smee
-Elementes, sinkt aber dann wie bei diesem auf die Hälfte; der Widerstand ist gleich 1 Ohm.
Es wurde auch wiederholt versucht, das Kupfer durch Eisen zu ersetzen, was den Vortheil gewährt, daß hierdurch nicht nur der Kostenpreis, sondern auch die Polarisation herabgemindert wird. Hingegen ist es nicht immer ganz leicht, die Bedingung zu erfüllen, daß die Erregungsflüssigkeit auf das Zink chemisch einwirkt, das Eisen aber unverändert bleibt.
Sturgeon
bedient sich gußeiserner Töpfe von 25 Centimeter Höhe und acht Centimeter Durchmesser, welche mit Schwefelsäure angesäuertes Wasser enthalten. In dieses taucht der amalgamirte Zinkcylinder.
Münnich
verwendet amalgamirte Eisenplatten und erhält dadurch ein Element, dessen elektromotorische Kraft der des Smee-Elementes nahekommt.
Die Polarisation kann auch in der Weise vermindert werden, daß man durch mechanische Mittel das Ansetzen von Wasserstoff an der Elektrode verhindert. Dies bewirkt man in der Weise, daß der Elektrode eine rauhe Oberfläche gegeben wird oder daß man die Elektrode fortwährend in Bewegung erhält. Der zuerst angegebene Weg wurde von
Poggendorff, Walker, Smee, Tyer
u. A. ein- geschlagen, letzteren betrat
Maistre
.
Poggendorff
giebt, um das Kupfer auf seiner Oberfläche rauh zu machen, folgende Mittel an: Erhitzen desselben an freier Luft so lange, bis die zuerst auftretenden Farben verschwunden sind; Eintauchen in Salpetersäure und darauf folgendes Abspülen mit Wasser; Niederschlagen von Kupfer auf elektrolytischem Wege.
In welcher Weise
Smee
das Ansetzen von Wasserstoff an der Elektrode verhindert, haben wir bereits aus der Beschreibung dieses Elementes auf Seite 185 erfahren. Man bediente sich dieses Elementes früher häufig im österreichischen Telegraphendienste für Localbatterien. Wichtig für eine gute Function sind sorg- fältig amalgamirte Zinkplatten und hinlänglich hohe Glasgefäße, damit sich die Zinkvitriollösung zu Boden senken kann und außer Berührung mit der Silberplatte kommt. Die Berührung der Silberplatte mit der Zinkvitriollösung bewirkt nämlich Ausscheidung von Zink auf der ersteren.
Das früher beschriebene Element von Walker kann auch als ein modificirtes Smee-Element aufgefaßt werden, indem man sich in diesem die platinirte Silber- platte durch eine platinirte Kohlenplatte ersetzt denkt.
Gleichfalls als eine Modification des Smee-Elementes ist das von
Cyer
angegebene Element zu betrachten. In ein rundes Glas- oder Thongefäß, Fig. 316, werden Zinkstücke und so viel
Ouecksilber
gegeben, daß der Boden bedeckt ist und das Quecksilber sämmtliche Zinkstücke untereinander verbindet. Von oben herab hängt an einer mit ihren Enden auf den Rändern des Gefäßes aufruhenden Blei- fassung eine platinirte
Silberplattte
. Als erregende Flüssigkeit dient verdünnte Schwefel- säure (1 Theil Schwefelsäure auf 20 Theile Wasser).
Die einzelnen Elemente werden in folgender Weise zu Batterien vereinigt: Die Bleifassung jedes Elementes ist in der Mitte mit einer Klemmschraube versehen zur Aufnahme eines rechtwinkelig abgebogenen Kupferdrahtes, dessen verticaler Theil an seinem unteren Ende eine Zinkkugel trägt. Man taucht nun die Zinkkugel jedes Elementes in das Quecksilber, beziehungsweise Zinkamalgam jedes nachfolgenden Elementes.
Das Element bietet den nicht zu unterschätzenden Vortheil, daß es die Verwendung von Zinkbruchstücken beliebiger Form gestattet und daher auch erlaubt, das Zink bis auf das letzte Stück auszunützen; ferner wird durch die beschriebene Anordnung eine äußerst vollkommene Amalgamirung des Zinkes erreicht, wodurch dieses vor Auflösung vollkommen geschützt ist, wenn der Stromkreis unterbrochen wird, man also des Elementes nicht bedarf. Auch erfordert die Batterie, einmal zusammengestellt, jahrelang keinerlei Wartung, sondern kann in einem gut ver- schlossenen Kasten unberührt stehen bleiben. Sie bringt jedoch den Nachtheil mit sich, daß sie in Folge des großen Quecksilberbedarfes nicht sehr ökonomisch ist; namentlich sind beim Demontiren und Wiederaufstellen einer solchen Batterie Quecksilberverluste kaum zu vermeiden. Im englischen Eisenbahndienste stehen diese Elemente zu mehreren Tausenden in Verwendung.
Das Tyer-Element wurde von Baron
Ebner
dahin abgeändert, daß eine platinirte Bleiplatte an die Stelle der platinirten Silberplatte trat. Hierdurch wurde allerdings der Preis bedeutend erniedrigt, aber auch die elektromotorische Kraft etwas verringert. Hingegen läßt sich der Platinmoorüberzug auf der Bleiplatte leichter und vollkommener herstellen als auf der Silberplatte.
Ebner ließ sein Element auch in Form des Smee-Elementes aus- führen und wie dieses in verschie- dener Anzahl zu einer Batterie zu- sammenstellen, welche eine ähnliche Gestalt erhielt, wie die auf Seite 186 abgebildete Smee-Batterie.
Die zweite Methode, um auf mechanische Art das Ansetzen von Wasserstoff zu vermeiden, besteht in der steten Bewegung der Elektrode; diese Methode wurde, wie oben
Fig. 316.
Tyer-Element.
angegeben, von
Maistre
benützt. Maistre stellt in einen hölzernen Trog zehn flache Glas- oder Thongefäße eng nebeneinander, füllt sie mit verdünnter Salpeter- säure (1 zu 10) und setzt in jedes Gefäß cylindrisch gebogene Eisenplatten ein. Quer über sämmtliche Gefäße läuft eine eiserne mit Ebonit überzogene Axe, auf welcher voneinander durch Porzellanstücke isolirte Kupfer- oder Kohlenscheiben so aufgesetzt sind, daß in jedes der Gefäße eine Scheibe zum Theile eintaucht.
Zur Ableitung des Stromes dienen Kupferstreifen, welche auf dem Umfange je einer Scheibe schleifen. Beim Gebrauche der Batterie setzt man die Axe mit den Scheiben durch die Hand oder ein Uhrwerk in Bewegung. Auf diese Weise werden die Scheiben im selben Maße, als sie sich mit Wasserstoff beladen, aus der Flüssigkeit herausgedreht und geben ihren Wasserstoff an die Luft ab. Dadurch wird der Strom der Säule ein ziemlich constanter und seine Intensität soll nach Mittheilung Maistre’s größer sein als die des Daniell-Elementes.
Elemente mit einer Flüssigkeit ohne Polarisation.
Wenn man bei Elementen mit
einer
Flüssigkeit den Wasserstoff sich entwickeln läßt, gelingt es nicht, die Polarisation zu beseitigen; man erreicht durch die
30*
verschiedenen Mittel, welche angewandt werden, um den Wasserstoff von der Elektrode wegzuschaffen, nur eine Verminderung der Polarisation. Bessere Resultate erhält man jedoch in der Weise, daß man die
Entwicklung
des Wasserstoffes verhindert, indem man dafür sorgt, daß er im Augenblicke des Freiwerdens sofort chemisch gebunden wird. Je vollkommener diese Bindung gelingt, desto vollkommener ist auch die Polarisation beseitigt. Als Bindemittel für den Wasserstoff können sowohl feste als auch flüssige Substanzen zur Anwendung gelangen.
Von den festen, unlöslichen Körpern, welche man zur Vermeidung der Polarisation anwandte, sind zuerst die Blei- und Quecksilbersalze zu nennen.
M.
Becquerel
construirte (1846) eine Säule unter Anwendung von Bleisulfat in nachstehender Form: In einem mit Kochsalzlösung gefüllten Diaphragma aus Segeltuch steckt die Zinkplatte, und das Ganze ist in ein Gefäß eingesenkt, welches gesättigte Kochsalzlösung enthält; in letzterer ist das nahezu unlösliche Bleisulfat suspendirt. Als positive Elektrode dient eine Platte aus Kohle, Kupfer, Blei oder Eisen. Die Polarisation wird bei dieser Säule dadurch beseitigt, daß sich das Bleisulfat des Wasserstoffes bemächtigt. Der Strom ist hinlänglich constant, so lange die Säule mit nicht zu geringem äußeren Widerstande arbeitet. Wird dieser jedoch zu gering, so kann das Bleisulfat den hierbei schneller sich entwickelnden Wasserstoff nicht mehr rasch und vollkommen genug aufnehmen.
Die Säule ist an und für sich allerdings billig, aber da ihre elektromotorische Kraft eine sehr geringe ist, wird dieser Vortheil illusorisch, da man einer größeren Anzahl von Elementen bedarf.
Mit Beibehaltung der einzelnen Bestandtheile baute
Mari
é
Davy
eine Säule, die in der Form an die Volta-Batterie in Säulenform erinnert. Doch erlangte auch diese Batterie keine praktische Bedeutung.
De la Rive
war der erste, welcher die Anwendung von Bleisuperoxyd zur Vermeidung der Polarisation vorschlug (1843). In ein poröses Gefäß wird eine dünne Platinplatte eingesetzt und der übrige Raum des ersteren mit Bleisuperoxyd ausgefüllt. Das äußere Gefäß enthält wie gewöhnlich einen amalgamirten Zink- cylinder in verdünnter Schwefelsäure.
Durch
Warren de la Rue
und
Müller
wurde (1868) ein schon von
Mari
é
Davy
(1860) angegebenes Element in eine zweckmäßige und entsprechende Gestalt gebracht, wobei die Depolarisirung durch Chlorsilber bewirkt wird.
In der ursprünglichen Form bestand das Element aus einem unamalgamirten Zinkstabe und einem mit Chlorsilber umgebenen Silberdrahte, welche beide in eine Kochsalzlösung tauchten. Das Chlorsilber wurde hierbei zu Silber reducirt, während gleichzeitig Chlorzink entstand. Hierbei scheidet sich das Silber in poröser, schwammiger Form ab, so daß die Flüssigkeit dasselbe leicht durchdringen, daher auch die Reduction bis zur Axe des Chlorsilbercylinders fortschreiten kann. Das Element bleibt in Folge dessen so lange wirksam, bis das ganze Chlorsilber reducirt ist.
Diese Form der Säule wurde jedoch nicht beibehalten; sie erhielt vielmehr nachstehende Anordnung: Das äußere Gefäß hat die Form eines Probegläschens, ist drei Centimeter weit und 13 Centimeter hoch und wird mit Ammoniaklösung gefüllt. In dieselbe tauchen ein unamalgamirter Zinkstab und ein Cylinder aus Chlorsilber, der mit Pergamentpapier umhüllt ist. Der in das Chlorsilber ein- geschmolzene Silberstreifen geht mehrfach durch die Pergamenthülle, um einerseits diese festzuhalten, andererseits um den Anfang der Thätigkeit des Elementes zu erleichtern. Das Glas ist oben durch einen Paraffinstöpsel geschlossen, in dessen Mitte der Zinkstab durchgesteckt wird. Das Silberband wird zwischen dem Glasrande und dem Stöpsel herausgeführt. Die Anwendung von Paraffin zum Verschlusse des Elementes ist zweckmäßig, weil das Paraffin nicht nur ein guter Isolator ist, sondern auch keine Feuchtigkeit annimmt und bei niederer Temperatur schmilzt, so daß Sprünge oder kleine Oeffnungen leicht mit einem warmen Metallspatel geschlossen werden können.
Die Elemente werden hintereinander verbunden, indem man den Silberstreifen eines Elementes in eine Bohrung des Zinkstabes eines folgenden Elementes hineinsteckt und dort durch Hineindrücken eines keilförmigen Stiftes festklemmt.
Durch die Anwendung der Ammoniaklösung wird die Auflösung des Zinkes während der Zeit, als die Säule außer Gebrauch steht, hintangehalten. Dies ist namentlich dann werthvoll, wenn die Batterie nicht ständig, sondern nur zeitweise benützt wird.
Die Stärke des Stromes ist anfänglich, wenn das neue Element in Gebrauch gesetzt wird, ziemlich gering und steigt erst während der Verwendung, wobei sie jedoch in kurzer Zeit ihre nor- male Stärke annimmt und diese dann nahezu unverändert bei- behält. Die Ursache dieser Er- scheinung liegt in der Construc- tion des Elementes. Wird näm- lich letzteres zum erstenmale in Verwendung genommen, so ist die Oberfläche der Silberelektrode sehr klein, da sie eben nur aus den durch das Pergamentpapier durchgesteckten Stücken des Silber- bandes besteht; nach kurzem Ge- brauche tritt jedoch das inzwischen aus dem Chlorsilber reducirte Silber hinzu und bildet die für das Element passende Silber-
Fig. 317.
Elemente von Warren de la Rue.
oberfläche. Nachstehende von Warren de la Rue berührende Beobachtungsreihe läßt dieses Verhalten deutlich erkennen.
Seine Säule entwickelte im Voltameter
am 29. Juni 1875 per Minute 1 Kubikcentimeter Gas
„ 4. Juli „ „ „ 1·4 „ „
„ 27. Octob. „ „ „ 1·4 „ „
„ 15. März 1876 „ „ 1·45 „ „
„ 8. April „ „ „ 1·41 „ „
Warren de la Rue
stellte sich sehr große Batterien aus diesen Elementen zusammen, indem er stets je zehn Elemente in eine Platte aus Hartgummi steckte, wie dies Fig. 317 zeigt, und dann daraus Gruppen aus je 200 Elementen bildete. Er benützte schließlich bei seinen Versuchen eine Batterie von 11.000 Elementen. In Folge dieser großen Anzahl von Elementen und der sorgfältigen Isolirung entwickelte die Batterie eine solche Spannung, daß zwischen beiden Polenden ein fortwährendes Funkenüberschlagen, wie es eine Reibungselektrisir- maschine zeigt, erhalten werden konnte.
Die elektromotorische Kraft eines Chlorsilberelementes beträgt bei der älteren Form (mit Kochsalzlösung) 0·97, bei der zuletzt angegebenen Anordnung (mit Ammoniaksalz) 1·03 eines Daniell-Elementes und der Widerstand ist gleich 4·2 Ohms.
Wie
Du Moncel
angiebt, sollen die Elemente selbst einen 24stündigen kurzen Schluß ganz gut vertragen, was gewiß eine bemerkenswerthe Leistung ist.
Unbekannt mit den Arbeiten von Warren de la Rue, beschäftigte sich auch
Pincus
mit der Zusammenstellung einer Chlorsilberbatterie; er bezweckte damit, für medicinische Zwecke brauchbare Elemente zu schaffen. Ein mit Chlorsilber ausgegossener Silbertiegel ersetzte bei seiner Säule den mit Pergamentpapier umhüllten Chlorsilbercylinder der Säule von Warren de la Rue.
Gaiffe
verfertigt das Gefäß seiner kleinen, gleichfalls für medicinische Zwecke bestimmten Elemente aus Ebonit und verschließt sie durch einen aufgeschraubten Deckel vollkommen wasserdicht (Fig. 318). Die beiden Elektroden sind durch Schrauben- muttern am Deckel befestigt und bestehen aus einem Zinkstabe und geschmolzenem
Fig. 318.
Gaiffe-Element.
Chlorsilber. Letzteres, die negative Elektrode bildend, befindet sich in einem Kupfergefäße, welches mit Leinwand umhüllt ist. Die gegenseitige Lage beider Elektroden wird durch zwischengesteckte Kaut- schuckstücke
r
und Gummibänder
J K
erhalten. Das Element darf nicht gestürzt werden, weil sonst durch Benetzung des Deckels ein kurzer Schluß entsteht.
Gaiffe half diesem Uebelstande später dadurch ab, daß er anstatt der Flüssigkeit einige Lagen von Filtrirpapier zwischen beide Elektroden brachte und ersteres mit Zinkchloridlösung befeuchtete.
Von den festen Körpern, welche man zur Verhinderung der Polarisation anwendet, ist das Manganhyperoxyd (Pyrolusit der Mineralogen)
Nur diese Form des Manganhyperoxydes ist verwendbar; andere Formen von Braunstein sind ihres Gefüges und physikalischen Verhaltens wegen nicht brauchbar. Das Manganhyperoxyd ist eine Verbindung von Mangan und Sauerstoff, die sich durch den hohen Procentgehalt des letzteren auszeichnet.
besonders wichtig geworden. Die Benützung des- selben wurde zwar schon von
de la Rive
vorgeschlagen, aber dieser Vorschlag blieb unbeachtet. Die Versuche, die damit gemacht wurden, führten zu keinem entsprechenden Resultate. Dies gelang erst
Leclanch
é
.
Leclanch
é
hat das Manganhyperoxyd-Element so verbessert, daß es gegenwärtig in Folge seiner guten Eigenschaften zu jenen Elementen zählt, welche am weitesten verbreitet sind. Fig. 319 zeigt eine der häufig in Gebrauch stehenden Formen desselben. Das Batterieglas ist viereckig gestaltet und mit einem runden, in einer Ecke ausgeschweiften Halse versehen. Man zieht die vierseitige Form der runden vor, weil auf diese Art eine bessere Ausnützung eines gegebenen Raumes erzielt wird. In dem Glasgefäße steht eine cylindrische, poröse Thonzelle, deren Durchmesser so gewählt wird, daß die Zelle den Hals des Glases nahezu verschließt. Durch die Ausbiegung des Halses wird ein Zinkstab hineingesteckt. Diese Anordnung bezweckt, das Verdunsten der Flüssigkeit möglichst zu verringern. Der Raum der Thonzelle wird durch ein Kohlenprisma und ein dasselbe umgebendes Gemenge, bestehend aus Retorten- kohlenklein und Manganhyperoxydkörnern, ausgefüllt. Die Zelle ist durch einen Pechaufguß verschlossen, welcher nur eine Oeffnung besitzt, um die Luft circuliren zu lassen; man verhindert dadurch das Herausfallen der Körner. Als Erregungs- flüssigkeit dient Salmiaklösung, mit welcher man das Glas bis zu seiner halben Höhe füllt.
Am oberen Theile der Kohle ist durch Bleiguß ein Metallansatz befestigt, welcher eine Klemmschraube zur Aufnahme des Leitungs- oder Verbindungsdrahtes besitzt. An den Zinkstab ist eine Drahtspirale direct befestigt. Man verwendet einen Zinkstab an Stelle eines ebensolchen Cylinders, weil hierdurch die Kohlenelektrode in Bezug auf die Größe ihrer Oberfläche ein bedeutendes Uebergewicht bekommt, was zur vollständigen Beseitigung der Polarisation sehr viel beiträgt.
Der Zinkstab soll weder durch Walzen noch durch Guß, sondern durch Zug hergestellt sein. Der Grund hierfür liegt in den Eigenschaften dieser drei Sorten. Durch Guß erhält das Zink eine krystallinisch körnige und wenig homogene Structur, da sich hierbei leicht Poren bilden, welche dann im Elemente die Zinkoberfläche unnöthig vergrößern und die Auflösung des Zinkes beschleunigen. Ueberdies ist das gegossene Zink nicht so rein, sondern enthält häufig zufällige oder absichtliche Beimengungen anderer Me- talle, z. B. von Blei. Es wurde bereits erwähnt, daß solche Beimengungen mit dem Zinke kleine kurz geschlossene Elemente bilden, sobald das Zink in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, und daß diese dann eben- falls zur raschen Aufzehrung des Zinkes beitragen. Dieselben Uebelstände zeigt auch zum Theile noch das gewalzte Zink, wenngleich dieses, um das Walzen überhaupt zu vertragen, reiner sein muß und auch nicht so leicht Poren enthalten kann. Immerhin bleibt aber durch Zug hergestellter Zinkdraht das beste Ma- teriale. Leclanch
é
verwendet
amalgamirte
Zinkstäbe, um die Abnützung der Elektrode zu einer möglichst gleichförmigen zu machen. Eine ungleichförmige Ab- nützung führt das Auftreten, rauher Stellen mit sich im Gefolge, und diese würden das Ansetzen von Krystallen befördern. Hierdurch wird aber nicht nur der Widerstand des Elementes erhöht, sondern auch die wirksame Fläche der Elektrode verringert.
Fig. 319.
Leclanch
é
-Element.
Auch die negative Elektrode erfordert bei ihrer Herstellung die Beachtung gewisser Umstände. Es wurde bereits bemerkt, daß man zur Füllung der Thonzelle nicht jeden beliebigen
Braunstein
verwenden darf, sondern nur den mit dem mineralogischen Namen Pyrolusit bezeichneten, da nur dieser, von seiner Gangart (d. h. den ihn begleitenden Gesteine) vollkommen befreit, eine Leitungsfähigkeit besitzt, wie sie für das Element gefordert werden muß. Sowohl die Kohle als auch der Pyrolusit werden in grobkörniger Form angewandt, da die Pulverform den Wider- stand erhöht. Die Versuche, welche
Beetz
über diesen Gegenstand mit gepulvertem Pyrolusit und gepulverter Kohle, mit gepulvertem Pyrolusit und grobkörniger Kohle und endlich mit grobkörnigem Pyrolusit und gepulverter Kohle angestellt hat, zeigten, daß gepulverte Kohle in jedem Falle ungünstige Resultate giebt. Am besten wird die Polarisation vermieden bei Anwendung von grobkörniger Kohle und gepulvertem Pyrolusit, wohl deshalb, weil hierbei der Wasserstoff an jeder Stelle auf depolari- sirenden Pyrolusit trifft, was bei Anwendung grober Körner nicht immer der Fall ist. Hingegen erreicht man bei Benützung von gekörntem Pyrolusit eine höhere elektromotorische Kraft des Elementes.
Das Batterieglas wird nur zur Hälfte mit Flüssigkeit beschickt, und soll diese aus einer concentrirten Lösung von reinem Chlorammonium (Salmiak) in destillirtem Wasser bestehen. Unreinigkeiten, wie z. B. Bleisulfat oder Chlorblei, scheiden im Elemente leicht das Blei aus, welches sich am Zink absetzt und dort in Folge der Bildung kleiner geschlossener Elemente eine rasche Auflösung des Zinkes bewirkt. Man bedient sich einer concentrirten Lösung sowohl aus dem Grunde, weil durch diese der Widerstand vermindert wird, als auch deshalb, weil diese besser im Stande ist, die durch den Gebrauch des Elementes entstehenden Salze aufzunehmen. Hierdurch wird die Abscheidung der letzteren an den Elektroden und somit die Strom- schwächung hintangehalten.
Den chemischen Proceß, welcher sich beim Betriebe im Elemente vollzieht, kann man sich in der Weise vorstellen, daß das Chlorammonium, der Pyrolusit und das Zink sich umsetzen in ein sauerstoffärmeres Oxyd des Mangans, Ammo- niakgas, Wasser und Chlorzink. In Wirklichkeit ist der Proceß natürlich ein complicirterer, da auch das Chlorammonium auf das entstehende Chlorzink einwirkt und mit diesem eine schwer lösliche Doppelverbindung bildet; das Auskrystallisiren dieser Verbindung ist es eben, was durch die vollkommen concentrirte Salmiak- lösung verhindert werden soll.
Es werden drei Modelle dieser Säule mit poröser Thonzelle verfertigt, über welche Cazin die in nachstehender Tabelle zusammengestellten Angaben macht.
Das Leclanch
é
-Element zeichnet sich namentlich durch seinen geringen Zinkverbrauch aus, indem eine Auflösung des Zinkes nur dann eintritt, wenn das Element wirklich benützt wird. Nicht zu unterschätzen ist auch das Verhalten des Elementes in der Kälte. Nach eingehenden Versuchen, welche Lartigue angestellt hat, wird der Widerstand des Elementes auch bei bedeutender Temperaturernie- drigung nicht wesentlich geändert. Hingegen steigt der Widerstand eines Daniell- Elementes von 8·35 bei + 10 Grad auf 12·58 bei 0 Grad und 14 bei — 4 Grad. Bei — 6 Grad wird die Flüssigkeit bereits dickflüssig und bei — 20 Grad beträgt der Widerstand schon 200 Einheiten. (W. Ph. Hauck, Elektrotechnische Bibliothek
IV.
)
Durch die Anwendung eines Diaphragmas wird ein nicht unbedeutender Widerstand in das Element gebracht und dieser wird noch vermehrt, wenn man die Körner des Kohlen- und Pyrolusitgemisches nicht fest aneinanderdrückt, weil die Flüssigkeit schlechter leitet als dieses Gemenge. Leclanch
é
suchte diese Uebelstände durch Abänderung der Kohlenelektrode zu beseitigen. Zu diesem Zwecke wird das Gemenge, welchem man, um eine compacte Masse zu erhalten, noch Gummilack beisetzt, auf etwa 100 Grad Celsius erwärmt und einem Drucke von 300 Atmo- sphären ausgesetzt.
Man stellt in dieser Weise feste Cylinder dar, die aus 40 Theilen Pyrolusit, 52 Theilen Kohle, 5 Theilen Gummilack und drei Theilen doppelt schwefelsaurem Kali bestehen. Der Zusatz des letzteren hat die Bestimmung, den in die Poren eindringenden Zinksalzen das Auflösen zu erleichtern. Am oberen Theile des Cylinders ist ein Zinkknopf angegossen, durch dessen Schraube die Verbindung der Elemente ermöglicht wird. Die Zinkelektrode besteht abermals aus einem Zinkstabe. Dieser wird mit Zwischenlegung eines Holzkeiles durch Kautschukringe an dem Kohlencylinder festgehalten, wie dies Fig. 320 erkennen läßt.
Ist der Kohlencylinder ausgebraucht, so wird er weggeworfen, da er dann nichts Werthvolles mehr besitzt. Bei Anwendung dieser Form des Leclanch
é
- Elementes erzielte man jedoch nicht das erwartete bessere Resultat, und stieg
Fig. 320.
Fig. 321.
Leclanch
é
-Elemente.
namentlich der innere Widerstand bald zu einer beträchtlichen Höhe. Leclanch
é
ging daher wieder davon ab und stellte nun Platten aus dem oben angegebenen Gemenge her. Diese werden an eine Kohlenplatte durch Kautschukringe angepreßt und mit dem Zinkstabe in ähnlicher Weise wie bei dem vorbeschriebenen Modelle vereinigt, wie dies Fig. 321 zeigt. Hierbei hat man die Veränderung des Wider- standes in seiner Macht, indem man bei der Zusammenstellung des Elementes ein, zwei oder mehr Platten benützen kann.
Das Pyrolusit-Element Tyer’s
, abgebildet in Fig. 322, besteht aus einem Porzellangefäße, welches durch eine siebartige Platte desselben Materiales in zwei ungleiche Räume getheilt wird. In dem kleineren Raume befindet sich eine von dem Pyrolusitgemenge umgebene Kohlenplatte, im größeren Raume die Zinkplatte mit dem Ammoniaksalze. Dieses Element polarisirt sich ziemlich schnell.
In diese Gruppe von Elementen gehört auch das
Permanenz-Element von Marcus
. Bei diesem ist die Zinkelektrode sternförmig gegossen und in ein cylindrisches Korbgeflechte eingeschlossen. Letzteres wird einer ähnlichen Behandlung unterzogen wie das Papier bei seiner Umwandlung in Pergamentpapier. Der cylindrische Hals der Zinkelektrode geht durch einen Ebonitring, an welchem das Körbchen angekittet ist. Das Zink wird an einer Seite, nahe der Wand, in das vierseitige Glasgefäß eingesetzt und die Kohlenelektrode an der gegenüberliegenden Gefäßwand eingesenkt. Den Zwischenraum erfüllt die Pyrolusitmischung. Der Widerstand des Elementes, der gegenüber der älteren Form des Leclanch
é
-Elementes schon durch die Anwendung des Korbgeflechtes und die Form der Zinkelektrode vermindert ist, wird durch Zusatz von doppeltschwefelsaurem Natron noch weiter verringert, weil dieses die Auflösung der Zinksalze befördert.
Das Pyrolusitgemenge ist überall ganz gleichförmig durchtränkt und von der Luft vollkommen abgeschlossen; hierdurch ist das „Athmen“, wie sich Leclanch
é
ausdrückt, unmöglich gemacht. Trotzdem sind diese Elemente kräftig und wirken andauernd. Sie stehen sowohl im Telegraphendienste wie auch bei der österreichischen Marine in Verwendung.
Fig. 322.
Tyer-Element.
Das Leclanch
é
-Element ist noch von Clark und Muirhead, Binder, Beetz, Gaiffe, Leiter und Anderen modificirt worden, worauf jedoch hier nicht näher eingegangen werden kann. Es möge schließlich nur noch Nachstehendes über das Ver- halten des Pyrolusit-Elementes bei seinem Gebrauche gesagt werden. Läßt man ein derartiges Element in einem Stromkreise arbeiten, der geringen Wider- stand besitzt, oder schließt man es kurz, so wird es, wenn der Schluß auch nur kurze Zeit gedauert hat, stark polarisirt. Es erholt sich jedoch rasch wieder, wenn der Stromkreis unterbrochen wird. Dieser Wechsel kann beliebig oft hintereinander bewirkt werden. Bleibt jedoch der Stromkreis längere Zeit geschlossen, so sinkt die elektromotorische Kraft des Elementes sehr bald auf die Hälfte herab.
Hat hingegen das Element in einem Strom- kreise von großem Widerstande zu arbeiten, so wird es selbst bei länger andauerndem Stromschlusse befriedigend fungiren, wenngleich die Stromstärke nicht die anfängliche Größe beibehält.
Aus diesem Verhalten des Pyrolusit-Elementes ergiebt sich, daß dieses für Arbeitsleistung in einem Stromkreise von geringem Widerstande unbrauchbar ist, dafür aber sehr gute Dienste leistet, wenn es in einem Stromkreise mit hohem Widerstande verwendet wird und unter Verhältnissen arbeitet, wie sie der Telegraphendienst darbietet.
Auf der internationalen elektrischen Ausstellung in Wien (1883) zog ein Element die Aufmerksamkeit aller Fachmänner auf sich, bei welchem die
Depolari- sation durch Kupferoxyd
bewirkt wird. Die Erfinder desselben,
de Lalande
und
Chaperon,
geben in „
La lumière électrique (T. IX)
” eine Beschreibung und Abbildung der verschiedenen Formen ihres Elementes, der nachstehende Angaben entnommen sind.
Auf dem Boden eines cylindrischen Glasgefäßes
V
, Fig. 323, ist eine Büchse
A
aus Eisenblech gesetzt, welche das Kupferoxyd
B
enthält. An dieser Büchse ist ein Kupferdraht
C
befestigt, welcher durch eine Kautschukhülle vor der metallischen Berührung mit der Zinkelektrode gesichert ist. Diese wird aus einem starken Zinkdrahte gebildet, der in Form einer Spirale
D
eingerollt ist. Das innere Ende der Zinkspirale ist senkrecht auf diese aufgebogen und mit der am Deckel
E
des Glases angebrachten Klemmschraube
F
verbunden. Den Zinkstab umgiebt, so weit er außer der Flüssigkeit sich befindet, eine Kautschukhülle
G
. Die Erregungsflüssigkeit besteht aus einer 30- bis 40procentigen Lösung von Aetzkali.
Kaliumoxyd in Wasser gleichbedeutend mit Kalilauge.
Um das unangenehme Hantiren mit Kalilauge bei Inbetriebsetzung des Elementes zu vermeiden, giebt man die nöthige Menge festen Aetzkalis in die Kupferoxydbüchse und verschließt sie durch einen Deckel, der durch einen Kaut- schukring angepreßt wird. Mann setzt dann das Element einfach in der Weise in Thätigkeit, daß man den Deckel abnimmt, die Büchse in das Glasgefäß einsetzt und Wasser einfüllt; hierauf schüttet man die nöthige Menge von Kupferoxyd in die Büchse.
Fig. 323.
Fig. 324.
Elemente von Chaperon und de Lalande.
Das Kupferoxyd wird auch in Form von Platten angewandt, die in der Weise hergestellt werden, daß man aus Kupferoxyd und Chlormagnesium
Kupferoxyd ist Kupferhammerschlag und Chlormagnesium eine Verbindung von Chlor mit Magnesium; letzteres verbrennt angezündet bekanntlich unter Entwicklung eines blendenden Lichtes.
eine teigartige Masse bildet und diese in Metallbüchsen einfüllt. Die Masse wird beim Erwärmen in kurzer Zeit fest und bildet dann Platten, die desto poröser sind, je mehr von dem Windemittel zur Anwendung kam.
In Fig. 324 ist das Glasgefäß
V
mit einem Kupferdeckel durch Verschrau- bung verschlossen. Dieser Deckel trägt zwei verticale Eisenbleche
A A
1
, auf welchen die prismatischen Kupferoxydstücke
B B
1
durch Kautschukbänder befestigt sind. Die Klemmschraube
C
bildet den positiven Pol. Das Zink ist in Stabform durch eine im Mittelpunkte des Drahtes durchgesteckte Röhre in das Glas eingeführt. Die Röhre ist überdies noch von der Kautschukhülle
G
umgeben. Der Deckel trägt noch eine dritte Röhre
H
, welche durch ein seitlich geschlitztes Kautschukstück ver- schlossen ist; dieses bildet ein Ventil, welches sich nur dann öffnet, wenn die im Elemente entwickelten Gase einen größeren Druck ausüben. Der hermetische Verschluß des Elementes wird noch durch ein Kautschukband
K
vervollständigt, welches sich gleichförmig an das Glas und den Kupferdeckel anlegt.
Die Möglichkeit, Gefäße aus Eisen oder Kupfer anzuwenden, da diese durch die Flüssigkeit nicht angegriffen werden, gestattet, Elemente von beliebiger Form und großer Oberfläche herzustellen. Ein derartiges Element ist in Fig. 325 abgebildet. Das Gefäß
A
bildet den positiven Pol der Säule und ist aus Eisen- blech geschmiedet; es ist 40 Centimenter lang, 20 Centimeter breit und beiläufig 10 Centimeter hoch. Man bedeckt seinen Boden mit einer Schichte von Kupferoxyd und stellt in die vier Ecken je einen Isolator
L
aus Porzellan, welche die horizontale Zinkplatte
D D
1
tragen; letztere ist auf einer Seite (bei
D
1
) aufgebogen und wird durch die Isolatoren von einer Berührung mit dem Kupferoxyde oder den Wänden des Eisengefäßes abgehalten. Letzeres wird bis zu drei Viertel mit der Aetzkali- lösung gefüllt. Die Klemmschrauben
C
und
M
, welche an dem Gefäße, beziehungs- weise an der Zinkplatte befestigt sind, ermöglichen die Verbindung mehrerer solcher
Fig. 325.
Lalande’s Trog-Element.
Elemente miteinander oder die Ableitung des Stromes in den äußeren Stromkreis. Um die bei der großen Oberfläche des Elementes rasch vor sich gehende Verdunstung der Flüssigkeit und die Aufnahme von Kohlensäure der Luft durch das Aetzkali zu verhindern, wird die Flüssigkeit mit einer dünnen Schichte von Erdöl bedeckt oder man verschließt die Elemente durch eigene Deckel.
Nach Versuchen, welche E.
Hospitalier
angestellt und veröffentlicht hat (
L’électricien
1883), giebt das Lalande-Element sehr zufriedenstellende Resultate. Es ist dem Daniell-Elemente überlegen, da es einen geringeren Ziukverbrauch verursacht, und dem Leclanch
é
-Element, weil es constanter als dieses ist. Es ergab sich, daß der durch Rechnung aus der gelieferten Elektricitätsmenge gefundene Zinkverbrauch mit dem thatsächlichen Zinkverbrauch nahezu ganz übereinstimmt; es rührt dies daher, daß das amalgamirte Zink von der im Elemente angewandten Flüssigkeit eben gar nicht angegriffen wird und deshalb auch kein unnützer Zink- verbrauch eintreten kann. Für je 1 Gramm Zink werden nahezu 3 Gramm Aetz- kali und 1·25 Gramm Kupferoxyd verbraucht.
Das Kupferoxyd verursacht eigentlich gar keine Kosten für das Element, da es ein billiges Abfallsproduct der Kupferwalzwerke ist und überdies noch im Elemente selbst in viel werthvolleres Kupfer verwandelt wird. Hingegen ist das Aetzkali kein sehr billiger Körper und kann auch nicht durch das billigere Aetznatron ersetzt werden, da dieses zu leicht auswittert. Es ist theoretisch allerdings möglich, Zink und Aetzkali aus dem Elemente wiederzugewinnen, in welchem durch den Gebrauch Kaliumzinkat (eine Verbindung von Zink, Kalium und Sauerstoff) ent- standen ist, indem man diese Verbindung durch den elektrischen Strom zersetzt. Man kann diese Regenerirung sogar im Elemente selbst vornehmen, erhält aber hierbei das Zink in einem porösen, schwammigen Zustande; auch das Kupfer kann durch Erhitzen wieder in Oxyd verwandelt werden. Praktisch wird sich jedoch eine derartige Regenerirung des Elementes (die es zu einer Art Accumulator machen würde) nicht empfehlen. Das Zink ist wegen seiner schwammartigen Beschaffenheit nicht vortheilhaft verwendbar, und die Herstellung von Kupferoxyd aus dem redu- cirten Kupfer durch Rösten desselben ist gleichfalls unökonomisch, da das Kupferoxyd ohnehin als billiges Abfallsproduct in den Handel kommt, während das reine Kupfer einen bedeutend höheren Preis hat.
Eine andere gute Eigenschaft, welche das Element besitzt, besteht darin, daß der innere Widerstand nicht, wie dies bei anderen Elementen meistens der Fall ist, während des Gebrauches zunimmt, sondern sich im Gegentheile stets verringert, da an Stelle des Kupferoxydes immer mehr bedeutend besser leitendes Kupfer aus- geschieden wird. Vortheilhaft ist auch die einfache Form des Elementes und die Möglichkeit, das Gefäß aus einem sehr billigen Materiale (Schwarzblech) herstellen zu können, welches in jede beliebige Form gebracht werden kann. Der depolarisirende Körper ist nicht nur sehr billig, sondern wird überdies noch in ein werthvolleres Product verwandelt, und das Zink ist gar keinem unnützen Verbrauche ausgesetzt. Das Element ändert fast bis zum gänzlichen Verbrauche seiner Masse seine Strom- stärke unwesentlich und ist auch im Stande, nach Bedarf größere oder geringere Elektricitätsmengen zu liefern. Hat man das Element einmal zusammengestellt, so bedarf es keiner besonderen Aufsicht oder Wartung mehr.
Hingegen besitzt das Element eine geringere elektromotorische Kraft, nämlich nur 0·98 Volts, weshalb man für manche Zwecke eine große Anzahl von Elementen anwenden muß. Da der Widerstand ein geringer ist, so resultirt aber trotzdem eine erhebliche Stromstärke. Bei dem vorbeschriebenen Trog-Elemente beträgt diese 15 bis 20 Amp
è
res. Ein Nachtheil des Elementes besteht auch in der Anwendung von Aetzkali; dieser Körper ist nicht nur theuer, sondern verdirbt auch leicht, indem er aus der Luft sehr begierig Kohlensäure aufnimmt.
In der Anordnung vom Lalande-Elemente wenig verschieden ist das
Teller- Element
. Vom Hartgummideckel des Gefäßes hängt ein mit isolirendem Materiale umkleideter Kupferdraht herab, der unten mit Hilfe eines Kupferringes an einem unten geschlossenen Kohlencylinder befestigt ist. Das obere durch den Deckel drin- gende Drahtende trägt eine Klemmschraube. Oben verschließt den Kohlencylinder ein Papierdeckel, welcher mit zwei Oeffnungen versehen ist. Der kleine Innenraum des Kohlencylinders wird mit Kohlenkleie und Kupferoxyd gefüllt, und zum Schutze des letzteren gegen herabfallendes Zink mag wohl der Papierdeckel angebracht sein.
In der Mitte des Hartgummideckels ist ein Zinkstab befestigt, welcher bis zum Papierdeckel der Kohlenbüchse herabreicht und oben eine zweite Klemme (die positive) trägt. Als Erregungsflüssigkeit dient eine Lösung von Aetznatron, welches dadurch gegen die Kohlensäure der Luft geschützt ist, daß der Hartgummideckel luftdicht auf das Glas aufgesetzt wird.
Die elektromotorische Kraft des Elementes beträgt nach Messungen J. Ph.
Hauck
’s 1·38 bis 1·4 Volts und nimmt bei kurzem Schlusse nach etwa 20 Minuten um 0·4 Volts ab; die elektromotorische Kraft blieb jedoch constant, wenn in den äußeren Stromkreis ein größerer Widerstand eingeschaltet wurde.
Dem Lalande-Elemente gegenüber besitzt das Teller-Element den Vortheil, daß es im Ruhezustande das abgeschiedene metallische Kupfer selbstthätig wieder oxydirt. Ist nämlich das Element nicht geschlossen, so wirken die Kohle und das Kupfer in der Lösung als ein in sich geschlossenes Element, welches Wasserstoff an der Kohle und Sauerstoff am Kupfer abscheidet. Ersteres entweicht und letzterer oxydirt das Kupfer. Man kann diesen Vorgang ganz gut beobachten. Sobald der Stromkreis unterbrochen wird, beginnt nämlich eine Gasentwicklung und gleich- zeitig verliert das Kupfer seine blanke Oberfläche.
Von
Flüssigkeiten
, welche geeignet sind, die Polarisation mehr oder weniger vollständig zu verhindern, ist in erster Linie die
Chromsäure
zu nennen; sie ist deshalb zu dem genannten Zwecke sehr geeignet, weil sie heftig oxydirend wirkt (d. h. reich an Sauerstoff ist und diesen auch leicht abgiebt). Einer der
Fig. 326.
Grenet-Element.
Ersten, welcher Chromsäure anwandte, war
Warrington
; Platin und Zink dienten ihm als Elektroden. Es war also ein Grove-Elemeut (siehe S. 187), in welchem Chromsäure die Stelle der Salpersäure vertrat. Zum Zink-Kohlen-Elemente be- nützten zunächst
Bunsen, Laeson
und
Poggendorff
die Chromsäure.
Bei den Chromsäure-Elementen wird nicht die Chrom- säure selbst, sondern ein Gemenge benützt, welches Chromsäure liefert. Dieses besteht aus doppelt chromsaurem Kali, Schwefel- säure und Wasser. Beim Zusammenmengen dieser Körper entsteht Kaliumsulfat (Verbindung von Schwefelsäure und Kalium) und die Chromsäure wird in Freiheit gesetzt. Die chemischen Vor- gänge, welche sich im Elemente zwischen den genannten Körpern und dem Zinke, sowie auch dem durch den elektrischen Strom abgeschiedenen Wasserstoff abspielen, sind keine ganz einfachen; sie hängen auch von den verschiedenen Mischungsverhältnissen der genannten Körper ab. Die Schwefelsäure wird nicht nur dazu benützt, das Kalium zu binden und die Chromsäure in Freiheit zu setzen, sondern dient auch zur Lösung des Zinkes. Im Elemente wird daher jedenfalls Zinksulfat (Zinkvitriol) entstehen. Die Zusammensetzung der übrigen Verbindungen richtet sich nach dem Zusatze von Schwefelsäure. Ist der Zusatz dieser Säure ein größerer, so entsteht Chromalaun, das heißt ein Doppelsalz, bestehend aus schwefelsaurem Chromoxyd und schwefelsaurem Kaliumoxyd; bei geringerem Gehalte an Schwefelsäure entsteht jedoch ein anderes (das grüne) Salz.
Um ein passendes Gemenge zu erhalten, setzt man mehr Schwefelsäure zu, als zur Bildung des Chromalauns erforderlich ist, indem man die oben angegebene Rolle berücksichtigt, welche die Säure dem Zinke gegenüber zu spielen hat. Nach
Byrne
’s Angabe soll man auf einen Liter Wasser 370 Gramm Schwefelsäure und 130 Gramm doppeltchromsaures Kali nehmen. Die Bindung des Wasserstoffes, also die Verminderung der Polarisation, wird dadurch bewirkt, daß der Sauerstoff der Chrom- säure, welcher beim Uebergange dieser in Chromoxyd (beziehungsweise schwefelsaures Chromoxyd) frei wird, sich mit dem Wasserstoff verbindet und Wasser bildet.
Das Chromsäure-Element hat sowohl von verschiedenen Constructeuren als auch bei verschiedenen Anwendungen sehr mannigfache Formen erhalten. Wir haben hier zunächst jene zu betrachten, welche außer der Chromsäurelösung keiner zweiten von dieser getrennten Flüssigkeit bedürfen. Eine sehr häufig in Gebrauch stehende Form bildet
das
Grenet-Element
(Flaschen-Element), welches in Fig. 326 dargestellt ist. Eine Glasflasche mit kugelförmigem Bauche und weitem Halse wird am Rande des letzteren mit einer Messingfassung versehen, in die eine Schraubenmutter ein-
Fig. 327.
Bunsen-Batterie.
geschnitten ist. Diese dient zum Verschlusse der Flasche durch einem Ebonitdeckel. An letzterem sind die beiden Kohlenplatten
K K
stabil befestigt. In der Mitte des Deckels ist eine kurze Röhre aufgesetzt, in welcher sich ein Messingdraht
a
ver- schieben und in beliebiger Stellung festklemmen läßt. Dieser Messingdraht trägt die Zinkplatte
Z
, welche hierdurch zwischen beiden Kohlenplatten in die Chrom- säurelösung eingetaucht oder aus ihr herausgehoben werden kann, je nachdem man das Element in oder außer Thätigkeit setzen will. Die Berührung der Zinkplatte mit den Kohlenplatten wird durch einen Kautschukring oder durch Klötzchen aus Hartgummi hintangehalten.
Früher führte man durch den Deckel noch ein zwischen den Kohlenplatten endigendes Bleirohr ein, um durch Einblasen von Luft die Flüssigkeit in der Nähe der Kohlen zu erneuern; jetzt ist man davon abgegangen, da dasselbe Resultat durch Bewegen der Zinkplatte erreicht wird.
Das Element genügt nur für solche Zwecke, wo ein starker Strom kurze Zeit über erforderlich ist, da die Stromstärke nicht lange constant bleibt. Es ist daher gut verwendbar für Vorlesungsversuche, da es keiner langwierigen Zusammen- stellung bedarf und durch einfaches Heben oder Senken des Zinkes in oder außer Gebrauch gesetzt werden kann, wobei es sehr kräftige Wirkungen, z. B. Glüh- wirkungen ausübt.
Fig. 328.
Bunsen-Element.
Die üblen Eigenschaften dieses Elements bestehen darin, daß die Kohlen immer in der Flüssigkeit bleiben, wodurch Gelegenheit zur Ausscheidung von Alaunkrystallen an den Kohlen gegeben wird, und daß überdies noch eine Zersetzung der Chromsäure auch im Ruhezustande des Elements bewirkt wird. Auch ist die Verbindung mehrerer solcher Elemente zu einer Batterie nicht sehr bequem, weil dann das Einsenken und Herausheben der Zinke umständlich wird.
Es ist namentlich der letzterwähnte Uebelstand, welchen
Bunsen
bei der Construction seiner Chromsäurebatterie vermieden hat. Die Fig. 327 und 328 stellen diese Batterie und eine Detailconstruction derselben dar. An einem viereckigen Metall- oder Holzrahmen sind Hartgummi oder Holzleisten befestigt, von welchen die Kohlen- und Zinkplatten in der Weise herabhängen, daß sie beim Herablassen des Rahmens, welcher an über Rollen laufenden Bändern hängt, in die cylin- drischen Gläser eingetaucht werden. Die Kohlen- und Zinkplatten sind verhältnißmäßig lang, um durch verschieden tiefes Einsenken derselben in die Flüssigkeit stärkere odere schwächere Ströme erhalten zu können. Ein Sperr-Rad sorgt dafür, daß der Rahmen in jeder beliebigen Höhe festgehalten wird. Die Gläser sind hoch und nehmen eine ziemlich große Menge von Flüssigkeit auf.
Die elektromotorische Kraft ist allerdings gleich 2·3 Daniell und darüber, doch bleibt sie nicht constant, weshalb auch die Stromstärke bald abnimmt. Man kann diesem Uebelstande durch tieferes Einsenken oder auch durch Auf- und Abbewegen der Platten steuern.
Nach zahlreichen Versuchen, welche
Bunsen
in Gemeinschaft mit
Warrington
durchgeführt hat, empfiehlt er eine Flüssigkeit anzuwenden, welche aus einem Gewichts- theil Kaliumbichromat, zwei Theilen Schwefelsäure und 12 Theilen Wasser hergestellt ist. Die Anwendung dieser Flüssigkeit gewährt den Vortheil, keinen Chromalaun entstehen zu lassen, sondern ein grünes faseriges Krystallgemisch abzuscheiden, welches sich aus Kalium-, Chrom- und Zink- sulfat zusammensetzt.
Hauck
gab der Chromsäure- batterie die in Fig. 329 dargestellte Form. Die Batteriegläser erhielten die Gestalt flacher, vierseitiger Prismen, um bei gegebenem Raume möglichst viel Flüssigkeit anwenden zu können. Die Gläser stehen zwischen Fächern auf einem Grundbrette, welches für be- quemen Transport der Batterie mit Rollen versehen ist. An zwei gegen- überliegenden Seiten des Grundbrettes sind verticale Ständer befestigt und an ihren oberen Enden durch ein Quer- stück verbunden. Eine im letzteren an- gebrachte Metallbüchse und ein am Grundbrette befestigtes Lager dienen zur Führung einer schnell laufenden Schraubenspindel. Wird diese durch das oben angebrachte Handrad in der einen oder anderen Richtung gedreht, so wird hierdurch das viereckige, zu
Fig. 329.
Batterie nach Hauck.
beiden Seiten mit Führungen und in der Mitte mit einer Schraubenmutter ver- sehene Brett, welches die Elektroden trägt, gehoben oder gesenkt.
Die Befestigungsweise der Elektroden auf dem gemeinsamen Brette ist aus der von der Hauptfigur getrennten Zeichnung zu ersehen. Die Kohlen sind durch Schrauben direct mit dem Brette verbunden, während die Zinke in entsprechende Ausschnitte zwischen je zwei Kohlenplatten eingehängt werden. Die Kohlen werden gemeinsam mit einem Zinkknopfe versehen und zugleich gießt man zwei Zinkstifte ein, welche zur Befestigung der Kohlen an dem Brette durch zwei Klemmschrauben dienen. Auch in jede Zinkplatte werden zwei Klemmen eingeschraubt. Das Anbringen von vier Klemmschrauben an je einem aus drei Platten (zwei Kohlen, ein Zink) bestehenden Elemente hat den Zweck, die Verbindung der Elemente untereinander, entsprechend dem jeweiligen Bedürfnisse, zu erleichtern.
Die Größe und Stellung der Platten gegeneinander richtet sich nach der Bestimmung, für welche die Batterie gebraucht wird. So benützt man z. B. für
Urbanitzky
: Elektricität. 31
Glühwirkungen Elemente mit großen, einander nahe gegenüberstehenden Platten, hingegen für elektrisches Licht kleinere, weiter voneinander entfernte Platten. Das Auseinanderrücken im letzterwähnten Falle hat den Zweck, die Erneuerung der Flüssigkeit in der Nähe der Kohlenplatten zu erleichtern, um dadurch die Polarisation zu verringern; aus demselben Grunde giebt man auch den Kohlenplatten eine
Fig. 330
a.
Trouv
é
-Elemente.
Fig. 330
b.
Trouv
é
-Elemente.
größere (etwa doppelt so große) Ober- fläche wie der Zinkelektrode.
Auf kurze Zeit geben
Trouv
é
’s
Elemente einen sehr kräftigen Strom. Fig. 330
a
stellt zwei Elemente in per- spectivischer Ansicht dar, 330
b
giebt das Schema der Verbindung der Platten untereinander. Letzteres läßt erkennen, daß die beiden Elemente aus 14 Platten in folgender Weise zusammengesetzt werden. Drei Kohlenplatten sind durch den Metallstab
A
miteinander verbunden und bilden somit eine Kohlenplatte von großer Oberfläche. Ebenso stellen die drei durch den Metallstab
C
verbundenen Zinkplatten eine große Zinkplatte dar. An dem Metallstabe
B
sind vier Zink- und vier Kohlenplatten befestigt; sie fungiren wieder als eine Zink-, be- ziehungsweise Kohlenplatte von großer Oberfläche. Es bilden also die von
B
rechtsseitig gelegenen Zink- und Kohlen- platten ein Element und ebenso die links befindlichen. Beide Elemente sind durch die Metallstange
B
hintereinander verbunden, während die Pole dieser zweielementigen Batterie sich bei
A
und
C
befinden.
Die Zink- und Kohlenplatten stehen vertical und sind abwechselnd angeordnet (330
a
). Sie werden gegen Berührung durch Kautschukringe ge- schützt, welche die Kohlenplatten oben und unten umspannen. Die drei Kohlen- platten rechts vorne und die drei Zinkplatten links vorne sind durch Ver- mittlung ihrer Fassungen an je einen Metallstab angeschraubt, während sämmtliche rückwärts befindliche Platten durch nur einen Metallstab in gleicher Weise unter- einander verbunden sind. Sämmtliche Platten werden durch ein Gestelle aus Hart- gummi zusammengehalten, welches mit einer Handhabe (
A
) versehen ist, um das Einsenken in die Flüssigkeit oder das Herausheben aus derselben zu erleichtern.
Diese Elemente geben anfänglich einen überaus kräftigen Strom, der aber sehr rasch nachläßt, weil die eng nebeneinander gestellten Platten die Erneuerung der Chromsäurelösung hintanhalten. Trouv
é
sucht diesen Uebelstand durch dasselbe Mittel zu beseitigen, welches wir schon bei dem Grenet’schen Elemente kennen gelernt haben. Er führt nämlich ein Bleirohr
T
ein, welches bis an den Boden des Batteriegefäßes eingesenkt wird und bläst durch dieses Luft durch die Flüssigkeit.
Trouv
é
construirte auch Elemente mit hermetischem Verschlusse, die für intermittirenden Gebrauch, für medicinische Anwendungen u. s. w. bequem sind. Das Element besteht aus einem Ebonitcylinder, der auf beiden Seiten durch verschraubte Deckel verschlossen ist (Fig. 331). An einem dieser Deckel ist ein gut amalgamirter Zinkcylinder befestigt und mit einem außen befindlichen Metallknopf leitend verbunden. Die Länge des Zinkstabes ist so bemessen, daß er nahezu bis in die Mitte der Büchse reicht. Die dem Zinke gegenüberliegende Büchsenwand ist durch einen Kohlencylinder ausgekleidet, der ebenfalls mit einem außen befindlichen Knopfe in Verbindung steht.
Die Büchse wird zur Hälfte mit der Erregungs- flüssigkeit gefüllt, so daß in der durch die Figur dar- gestellten Lage der Büchse das Zink unbenetzt bleibt. Das Element wird dann in der Weise in Thätigkeit gesetzt, daß man es stürzt und dadurch Kohle und Zink durch die Flüssigkeit verbindet. Da man in häus- lichem Gebrauche nicht gern mit Schwefelsäure zu thun hat, verwendet man zur Füllung an Stelle dieser doppeltschwefelsaures Kalium und bereitet sonach die Batterieflüssigkeit aus einem Drittel Kaliumbichromat und zwei Drittel Kaliumbisulfat.
Nicht nur feste und flüssige Körper sind zur Hintanhaltung der Polarisation benützt worden, son- dern man hat vielmehr auch den Sauerstoff der Luft (also ein Gas) zu dieser Dienstleistung herangezogen. Elemente mit Depolarisation durch den Sauerstoff der Luft sind auch in größerer Anzahl bereits ver- sucht worden. Zwei auch im praktischen Gebrauche stehende Elemente wollen wir im Nachfolgenden kennen lernen.
Fig. 331.
Trouv
é
-Element.
Das eine ist das
Zink-Salzwasser-Kohle-Element,
welches sich in der Schweiz einer häufigen Anwendung im Telegraphendienste erfreut. Vortheilhaft ist für dieses schon der Umstand, daß die Kochsalzlösung das Zink im Ruhezustande der Batterie gar nicht auflöst und daß im Kochsalz ein überall billig zu ver- schaffender Körper zur Benützung kommt.
Niaudet
giebt in seinem Werke über galvanische Elemente (deutsch von W. Ph. Hauck) an, daß alle Eisenbahnstationen der Schweiz sich der Salzwasser- Elemente bedienen, die in vier Größen angefertigt werden. Sie besitzen je vier Kohlenplatten von sieben bis zehn Centimeter Länge und vier Centimeter Breite. Beim Nichtgebrauche der Elemente werden die Platten herausgehoben, wodurch die Kohlen Gelegenheit bekommen, Sauerstoff in ihre Poren aufzunehmen. Das Ausheben wird dadurch erleichtert, daß man die Elektroden von je zehn Elementen an einem Brette gemeinschaftlich befestigt.
Eine der in der Schweiz häufig angewandten Formen ist in Fig. 332 dargestellt. Ein Kohlencylinder
F
von 14 Centimeter Höhe und 9 Centimeter (äußerem)
31*
Durchmesser bildet die negative Elektrode, während die positive Elektrode aus einem im Innern des Cylinders hängenden amalgamirten Zinkstreifen
G
besteht. Die beiden Elektroden sind an einer Holzleiste befestigt und mit Klemmschrauben zur Aufnahme der Drähte versehen.
Erst nach neun- bis zehnmonatlichem Dienste, während welcher Zeit die Elemente keiner Nachhilfe bedürfen, müssen sie ausgewechselt werden.
Cauderay
(in Lausanne) verwendet sie auch zu Haus- oder Hoteltelegraphen und behauptet, daß sie hierbei acht bis zehn Jahre lang in Verwendung stehen können.
Noch vortheilhafter als die eben beschriebenen Elemente ist die Anwendung der
Zink-Ammoniaksalz-Elemente
. Die Vortheile der ersteren finden sich in letzterem in erhöhtem Maße. Dieses Resultat wird dadurch erreicht, daß man die Oberfläche der Kohle möglichst groß macht und überdies dafür Sorge trägt, daß ein Theil der Kohlenoberfläche in ständiger Berührung mit der Luft bleibt, wodurch
Fig. 332.
Zink-Salzwasser-Kohle-Element.
ein ununterbrochenes Aufnehmen von Sauerstoff, „das Athmen“ der Kohle, gesichert wird.
Eine Kohlenelektrode mit möglichst großer Oberfläche stellt man sich in der Weise her, daß man die Kohlenplatte in einen porösen oder durch- löcherten Thoncylinder einsetzt und den übrigen Raum des Cylinders mit fest hineingedrückten Kör- nern aus Kohle füllt. Die zahlreichen Zwischenräume, die zwischen den einzelnen Kohlenstücken in dieser Weise entstehen, bewirken einerseits eine bedeutende Vergrößerung der Kohlenoberfläche und gewähren andererseits dem Sauerstoffe der Luft leichten Zu- tritt. Hierdurch kommt man einer vollständigen Oxydation des abgeschiedenen Wasserstoffes sehr nahe.
Die praktische Ausführung eines derartigen Elementes ist
L. Maiche
in sehr zweckmäßiger Form gelungen. Am Ebonitdeckel des cylindrischen Batterie- glases ist ein poröses, durchlöchertes Gefäß befestigt (Fig. 333). In diesem befindet sich platinirte Kohle, umgeben von platinirten Kohlenkörnern; beide zu- sammen bilden die negative Elektrode, von welcher aus ein Platindraht zu einer am Ebonitdeckel befestigten Klemmschraube führt. Ein zweiter Platindraht, welcher von der zweiten Klemmschraube ausgeht, läuft innerhalb eines in der Mitte des Deckels angebrachten, die poröse Thonzelle durchsetzenden Ebonitrohres zu einer Porzellan- schale hinab, welche von dem Ebonitrohre getragen wird. Die Schale enthält Quecksilber und Zinkstücke und bildet die positive Elektrode. Das Batterieglas wird mit etwa 1½ Liter Flüssigkeit gefüllt, die entweder aus einer wässerigen Lösung von 250 Gramm Ammoniaksalz oder 140 bis 150 Gramm Natriumbisulfat, auch wohl aus Wasser, welches mit 5 bis 10 Procent englischer Schwefelsäure versetzt wurde, bestehen kann.
Die elektromotorische Kraft des Elementes beträgt bei seiner Inbetriebsetzung 1·25 Volts und der Widerstand soll nur gleich ½ Ohm sein. In ökonomischer Be- ziehung erzielt es gegenüber anderen Elementen eine bedeutende Ersparniß, was wohl erklärlich ist, wenn man bedenkt, daß die Depolarisirung durch den Sauerstoff der Luft erfolgt. Um diesem immer leichten Zutritt zur Kohle zu sichern, ist das Batterie- glas nur so weit mit Flüssigkeit gefüllt, daß das poröse Gefäß mit der Kohle etwa zwei Centimeter tief eintaucht.
Im andauernden, kurzen Schlusse nimmt die Stromstärke rasch ab; es erklärt sich das aus der gesteigerten Wasserstoffentwicklung, die in kurzer Zeit den von der Kohle absorbirten Sauerstoff verbraucht. Das Element erholt sich jedoch wieder, wenn man es einige Zeit ruhen oder auch in einem Stromkreise mit größerem Widerstande arbeiten läßt. Recht zweckmäßig ist die Anordnung der Zinkelektrode in gewisser Entfernung vom Boden des Batterieglases. Es wird hierdurch dem Zinksalze Gelegenheit gegeben, sich zu Boden zu senken, was die Kohle vor dem Ansetzen von Krystallen schützt. Das Element hat namentlich in der Haustelegraphie eine ziemlich starke Verbreitung gefunden.
Volta
war der Erste, welcher die Beobachtung gemacht hat, daß auch die Combination
zwei
Flüssig- keiten und
ein
Metall einen galvanischen Strom zu liefern im Stande ist, d. h. also ein galvanisches Element bilden kann. Die beiden Flüssigkeiten waren bei diesen Versuchen durch eine poröse Scheidewand voneinander getrennt, die sich gegen die Flüssigkeiten chemisch indifferent verhielt. In jede der Flüssigkeiten wurde eine Metallplatte eingetaucht.
Becquerel
unterwarf hierauf das Verhalten verschiedener Flüssigkeiten einem eingehenden Studium. Seine erste Säule mit zwei Flüssigkeiten bestand aus einem mit Salpetersäure gefüllten Glasgefäße, in welches ein poröses mit Kalilösung gefülltes Gefäß gestellt wurde. Verband man die in je ein Gefäß gesenkten Platinbleche miteinander, so erhielt man stets einen galvanischen Strom. Die Wirksamkeit dieser ersten Säule hatte aber nur eine kurze Dauer, da sich die Poren des porösen Gefäßes alsbald mit Krystallen verstopften oder letztere sogar das Gefäß zerstörten.
Becquerel wandte auch zwei Flüssigkeiten und zwei Metalle an und construirte eine Säule, die dem
Fig. 333.
Maiche-Element.
Daniell-Elemente sehr nahe kam (1829). Dieselbe bestand aus einer Kupfernitrat- lösung, in welche ein Kupferblech eingesenkt wurde, und aus einer Zinknitratlösung mit einer Zinkplatte.
Wach
bediente sich einer Kupferplatte, welche in Kupfersulfatlösung getaucht wurde und einer in Wasser oder in Ammoniaksalzlösung getauchten Zinkplatte; die beiden Flüssigkeiten waren hierbei durch eine thierische Membrane voneinander getrennt. Obwohl diese Anordnung eigentlich das Daniell-Element darstellt, ist doch nicht Wach als Constructeur desselben anzusehen, weil er diese Vorrichtung nicht als Element gebrauchte, sondern nur zum Studium der Endosmose zusammen- gestellt hat.
Mit der Anwendung zweier Flüssigkeiten im galvanischen Elemente wird überhaupt bezweckt, die Polarisation auszuschließen. Man schaltet gewissermaßen zwischen dem negativen und positiven Theile eine depolarisirende Flüssigkeit ein, die von der erregenden Flüssigkeit gewöhnlich durch eine poröse Scheidewand von nicht zu hohem Widerstande getrennt wird. Man ist bestrebt, die Polarisation zu beseitigen, um einen constanten Strom zu erhalten. Jedoch genügt zur Erreichung dieses Zieles die Beseitigung der Polarisation nicht; es muß vielmehr auch der
Widerstand
des Elementes constant erhalten werden, was nicht so leicht zu erfüllen ist. Der Widerstand ändert sich nicht nur mit der chemischen Veränderung der Flüssigkeit, sondern auch mit der Concentration der chemisch unveränderten Flüssigkeit. Aus diesem Verhalten leitet Cazin eine Gruppirung der Elemente mit zwei Flüssigkeiten in zwei Abtheilungen ab, die sich voneinander dadurch unterscheiden, daß in der einen die Flüssigkeiten ihre chemische Zusammensetzung beibehalten, während in der zweiten chemische Veränderungen eintreten, welche den Widerstand bemerkenswerth modificiren.
Elemente mit zwei Flüssigkeiten unveränderlicher chemischer Zusammensetzung.
Da wir das
Daniell-Element
in seiner ursprünglichen Form bereits kennen gelernt haben (Seite 184), werden uns nun nur mehr jene Abänderungen desselben beschäftigen, welche praktisches Interesse besitzen. Auch von diesen Elementen wurde bereits eine Form beschrieben (Fig. 97, Seite 185). Die Ochsengurgel ist hierbei durch eine poröse Thonzelle ersetzt. Die Anwendung der letzteren bildet einen wunden Punkt des Elementes. Betrachtet man nämlich die Thonzelle einer Säule, die einige Zeit in Verwendung gestanden ist, so sieht man sie mit baumartig verästelten Figuren, auch wohl mit Körnern bedeckt, welche aus Kupfer bestehen. Diese Kupferabscheidungen haften sehr fest und durchdringen auch die Wand der Zelle, wodurch diese selbst zerstört werden kann. Ebenso ist die Herstellung einer directen Verbindung des Kupfers mit dem Zinke, also ein kurzer Schluß des Elementes ermöglicht. Da sich ferner an der Zellwand auch Zinkschlamm absetzt, so bildet das ausgeschiedene Kupfer mit diesem kleine geschlossene Elemente, durch welche Kupfervitriol ohne jeden Nutzen zersetzt wird.
Ueber die Ursache der Kupferabscheidung am Diaphragma wurden verschiedene Ansichten ausgesprochen. Es ist sehr wahrscheinlich, daß sie durch den auf der Zelle abgesetzten Zinkschlamm bewirkt werden. Letzterer besteht aus Eisen, Blei, Kupfer, Kohle u. s. w., die sich bei der Auflösung des Zinkes in der verdünnten Schwefel- säure entweder gar nicht oder viel langsamer lösen.
Man hat zur Beseitigung oder Verminderung dieses Uebelstandes verschiedene Mittel vorgeschlagen, so z. B. den Ersatz der Thonzelle durch Pergamentpapier, durch Säckchen aus verschiedenen Geweben u. s. w. Ist das Element so zusammen- gesetzt, daß das Zink mit der Schwefelsäure sich innerhalb der Thonzelle befindet, so kann man der Kupferausscheidung in der Weise entgegenwirken, daß man das Zink in die Mitte der Zelle hängt und diese an ihrem Boden mit Wachs tränkt. Der Zinkschlamm setzt sich dann nur am Boden der Zelle ab, durch welchen die Kupfervitriollösung nicht eindringen kann.
Kramer
verhindert die Kupferabscheidung am Diaphragma dadurch, daß er eine aus zwei Cylindern bestehende Kupferelektrode anwendet. Der eine Kupfer- cylinder
k'
(Fig. 234) steht in dem mit Kupfervitriollösung gefüllten Diaphragma
b
, der zweite Kupfercylinder
k
umgiebt das Diaphragma
b
und ist sammt diesem in ein zweites Diaphragma gestellt, welches verdünnte Schwefelsäure enthält. Der Zinkcylinder kommt erst außerhalb des zweiten Diaphragmas. (In der Figur sind das zweite Diaphragma und der Zinkcylinder weggelassen.) Die beiden Kupfer- cylinder sind durch Ableitungsstreifen bei
n
zu einer Elektrode verbunden. Zwischen dem Diaphragma mit der Kupfervitriollösung und dem Zinke in der Schwefelsäure ist also noch ein Diaphragma mit Schwefelsäure eingeschaltet und macht somit die Abscheidung des Zinkschlammes unschädlich.
Sorgt man bei diesem Elemente für eine genügende Menge von Kupfervitriol, so kann es mehrere Monate in Gebrauch stehen, ohne einer Aufsicht zu bedürfen.
Zwei Formen des Daniell-Elementes stehen im englischen Telegraphendienste häufig in Verwen- dung; es sind dies das
Trog-Element
und die
Muirhead-Säule
.
Das Trog-Element (Fig. 335) bekam seinen Namen wegen der Anwendung rechtwinkeliger Holz- tröge als Batteriegefäß. Im Innenraume des Troges sind eine bestimmte Anzahl von Schieferplatten derart eingesetzt, daß sie den Trog seiner Längsrichtung nach in einzelne Kammern abtheilen. Jede der- selben ist durch eine in derselben Weise eingesetzte poröse Porzellanplatte abermals in zwei Theile getheilt.
Fig. 334.
Kramer-Element.
Die eine Hälfte einer solchen Kammer wird mit Kupfervitriollösung, die andere mit Wasser oder einer äußerst verdünnten Zinkvitriollösung beschickt. Alsdann kommt in jede mit Kupfervitriollösung gefüllte Abtheilung eine Kupferplatte und
Fig. 335.
Trog-Elemente.
in die anderen Abtheilungen je eine Zinkplatte. Das Einsetzen dieser Platten wird einfach in der Weise bewirkt, daß je eine Kupfer- und eine Zinkplatte durch einen Bügel aus Kupferblech miteinander verbunden und durch diesen auf je eine Schieferplatte gehängt werden. Die Kupferplatte der ersten und die Zinkplatte der letzten Zelle sind mit Klemmschrauben versehen und bilden die Batteriepole.
Die Säule gewährt den Vortheil, wenig Raum einzunehmen; die Verdunstung der Flüssigkeiten ist bei ihr dadurch sehr erschwert, daß der Holztrog durch einen Deckel geschlossen werden kann. Ist durch Einlegen von Kupfervitriolkrystallen in die entsprechenden Zellen für Erhaltung hinlänglich concentrirter Kupfervitriol- lösung gesorgt, so kann die Batterie, ohne berührt zu werden, einen Monat lang im Betriebe bleiben.
Nicht zu Gunsten der Batterie spricht aber der Umstand, daß die Herstellung vollkommen dichter Hölztröge und ebenso dichter Abtheilungen durch die Schiefer- platten ziemlich schwierig ist. Auch erscheint die Anwendung gegossener Zinkplatten nicht vortheilhaft, aus Gründen, die wir bereits kennen gelernt haben.
Die
Muirhead-Säule
ist dadurch charakterisirt, daß sowohl die äußere als auch die innere Zelle eine rechtwinkelige und abgeplattete Form erhalten hat.
Da das Daniell-Element geraume Zeit constant bleibt und überdies auch noch keinerlei unangenehme oder gar schädliche Ausdünstungen verursacht, dachte man auch wiederholt daran, dieses Element zum Betriebe elektrischer Lampen zu verwenden. Dem trat aber der Umstand hindernd in den Weg, daß die Stromstärke eine geringe ist, was größtentheils von dem großen, durch das Diaphragma in
Fig. 336.
Siemens-Halske-Element.
das Element gebrachten Widerstande herrührt. Man bestrebte sich daher, diesen Uebelstand zu beheben.
Carr
é
ersetzte die Thonzelle durch eine Zelle aus Pergamentpapier. Zur Erzeugung elektrischen Lichtes wurden 60 Elemente zusammengestellt, die einen hinlänglich starken und constanten Strom lieferten. Diese Elemente können nahezu bis zum gänzlichen Aufbrauche des Zinkes functioniren, ohne die Stromstärke zu ändern; hierbei kann die Ver- wendung eine ununterbrochene oder eine zeitweilig unterbrochene sein.
Durch
Siemens-Halske
erhielt das Daniell- Element die in Fig. 336 dargestellte Form. Auf den Boden des cylindrischen Glasgefäßes
A
kommt eine Kupferspirale oder Platte zu liegen, von deren Mitte aus ein Kupferdraht nach aufwärts geführt wird, der die positive Elektrode
f
bildet. Ueber die Kupferplatte stülpt man dann eine Glocke aus porösem Thon (in der Figur punktirt gezeichnet), in welche eine vertical aufwärts steigende Glasröhre eingekittet ist, durch deren Mitte der früher erwähnte Kupferdraht verläuft.
Auf die Glocke kommt hierauf die Papiermasse
e
, die man sich in der Weise bereitet, daß man Papierbrei mit Schwefelsäure (einem Viertel seines Gewichtes) und Wasser (der vierfachen Menge) verrührt, auspreßt und so lange durchknetet, bis die Masse vollkommen homogen geworden ist. Dann wird sie auf die Glocke des Batterieglases gebracht und dort festgestampft.
Der Raum innerhalb der Glocke und der Glasröhre wird mit Kupfervitriol- krystallen gefüllt; auf die Papiermasse außerhalb kommt ein Leinwandlappen und darauf der massive Zinkring
Z n
, von welchem aus ein Messingstab mit Klemm- schraube nach oben führt. Das Element wird durch Eingießen von angesäuertem Wasser in die Röhre und in das Batterieglas in Thätigkeit gesetzt.
Das Element hat in Folge der Verdickung des Diaphragmas durch die Papiermasse einen ziemlich hohen Widerstand, ein Umstand, dem übrigens bei der Anwendung des Elements in der Telegraphie keine Bedeutung zukommt, da hierbei der äußere Stromkreis ohnehin auch einen hohen Widerstand besitzt. Der Strom bleibt constant, wenn man die das Zink umgebende Flüssigkeit beiläufig alle 14 Tage entfernt und durch reines Wasser ersetzt. Hierbei kann zweckmäßig auch der Lein- wandlappen, auf welchem das Zink aufliegt, herausgenommen und vom Metall- schlamme gereinigt werden.
Bei längerem Gebrauche des Elementes zeigt sich, daß durch die Anwendung der Papiermasse der Uebertritt von Kupfersulfat zum Zink wohl verringert, aber nicht beseitigt wurde; man findet dann nämlich auch bei diesem Element vielfache Kupferabscheidungen in der Papiermasse und am Diaphragma.
Trouv
é
suchte den Nachtheil der Elemente, welcher darin besteht, daß bei ihnen ein Zinkverbrauch auch dann stattfindet, wenn sie nicht gebraucht werden, durch die in Fig. 337 abgebildete Construction zu vermeiden. Das
Trouv
é
- Element
besteht aus einer Zink- und einer Kupferplatte, zwischen welche eine große Anzahl von Löschpapierscheiben gegeben wird. Die der Kupferplatte zunächst liegende Hälfte der Scheiben ist mit Kupfervitriollösung, die andere Hälfte mit Zinkvitriol- lösung getränkt und dann getrocknet worden. Von der Kupferplatte aus geht durch die Mitte der Papierscheiben der mit Hartgummi isolirte, ableitende Kupferdraht. Natürlich muß auch die Zinkplatte isolirt von letzterem auf- gesetzt werden. Das auf diese Weise geformte Element wird dann durch eine Schraubenmutter und das auf dem vorhin erwähnten Kupferdraht ein- geschnittene Gewinde an eine Hart- gummischeibe oder Schieferplatte be- festigt, welche gleichzeitig den Deckel für das Batterieglas bildet. Der Deckel ist noch von einem zweiten Draht durch-
Fig. 337.
Trouv
é
-Element.
setzt, der ebenfalls eine Schraubenmutter trägt und den Zinkpol des Elementes darstellt.
Will man das Element in Thätigkeit setzen, so läßt man auf dasselbe Wasser fließen, bis sich die Papierscheiben angesaugt haben. Man erkennt dies daran, daß in Folge der Pressung, die durch das Ansaugen entsteht, an den Rändern der Scheiben ausgepreßte Tropfen erscheinen. Das Element wird dann in das Batterieglas eingesetzt und ist dienstbereit. Das verschlossene Glas verhindert das Verdunsten der Flüssigkeit und erhält somit die Wirksamkeit des Elementes. Im Verlaufe derselben rückt die Grenze zwischen Kupfer- und Zinkvitriollösung immer mehr gegen die Kupferplatte zu, weil eben Kupfervitriol verbraucht und Zinkvitriol gebildet wird. Ist die Kupfervitriollösung fast ganz aufgebraucht (was nach einigen Monaten erfolgt), so ist die Wirksamkeit des Elementes natürlich zu Ende und man muß dasselbe neu beschicken.
Wird das Element nicht bis zur Erschöpfung verwendet, so vermeidet man dadurch einen unnützen Verbrauch, daß man es aus dem Glase herausnimmt und längere Zeit einem Luftzuge aussetzt, durch welchen die Papierscheiben getrocknet werden.
Die Neubeschickung eines ausgebrauchten Elementes erfolgt in der Weise, daß man dasselbe in ein Gefäß mit Wasser bringt, so daß letzteres jene Hälfte der Papierscheiben durchtränkt, welche der Kupferplatte zunächst liegen. Man laugt hierdurch die Zinkvitriollösung aus und macht die Scheiben zur Aufnahme neuer Kupfervitriollösung brauchbar. Letzteres bewirkt man, indem man das Wasser im Auslauggefäße durch Kupfervitriollösung wieder bis zur selben Höhe ersetzt.
Der Ausschluß einer Flüssigkeit und die dadurch bewirkte bequeme Transport- fähigkeit des Elementes, sowie auch der ziemlich constant bleibende Widerstand desselben, die einfache In- und Außerbetriebsetzung, zu welcher nur Wasserzufuhr oder Wegnahme erforderlich ist und endlich der Umstand, daß das Element im trockenen Zustande (also außer Verwendung) keinerlei Stoffverbrauch aufweist, läßt es speciell für militärische und medicinische Zwecke geeignet erscheinen. Trouv
é
hat daher auch Batterien in einer dem jeweiligen Zwecke entsprechenden Form zusammengestellt.
Die Uebelstände, welche die Anwendung eines Diaphragmas mit sich bringt, gaben Veranlassung, auf die gänzliche Beseitigung desselben zu denken. So wurde die poröse Zelle z. B. von
Minotto
durch eine Sandschichte ersetzt.
Das
Minotto-Element
besteht aus einem Steingutgefäße, welches zur Hälfte mit zerkleinerten Kupfervitriolkrystallen gefüllt wird, in welche man eine Kupferplatte einbettet. Von dieser führt ein durch Guttapercha isolirter Draht aus dem Batteriegefäße heraus und bildet den positiven Pol des Elementes. Auf die Kupfervitriolkrystalle kommt eine Schichte feinen Quarzsandes (Kalksand würde von der Schwefelsäure angegriffen) und hierauf die Zinkplatte. Der von letzterer ausgehende Poldraht ist spiralig gewunden, damit das Zink entsprechend dem Verbrauche des Kupfervitriols nach und nach hinabsinken kann. Schließlich bedeckt man noch das Zink mit einer Schichte Wasser. Bei längerem Gebrauche des Elementes muß man die Zinkplatte von Zeit zu Zeit herausnehmen und reinigen. Der Widerstand desselben ist größer als jener des Daniell-Elementes; man kann ihn dadurch verkleinern, daß man die Kupferplatte höher stellt, auch wohl zwischen der Kupfervitriol- und der Sandschichte anbringt, oder die Sandschichte dünner macht; ferner kann auch der Quarzsand durch ein anderes Material, z. B. Coaks- pulver, ersetzt werden.
Die elektromotorische Kraft des Minotto-Elementes kann jene des Daniell- Elementes erreichen und bleibt monatelang constant. Gegenüber dem letztgenannten Elemente zeichnet sich das Minotto-Element aus durch den Wegfall des Diaphragmas, den geringeren Verbrauch an Kupfervitriol und Zink und durch einfache Wartung. Die Verminderung des Materialverbrauches rührt daher, daß bei geöffnetem Stromkreise die chemischen Processe nahezu vollständig unterbrochen sind. Die Wartung des Elementes besteht ausschließlich in der zeitweiligen Reinigung der Zinkplatte und im Ersetzen des verdampften Wassers. Das Verdampfen des Wassers kann überdies noch durch Verschließen des Batteriegefäßes sehr vermindert werden. Das Element wird namentlich in Italien, Deutschland, Belgien und Holland häufig verwendet.
P.
Sechi
machte an einem lange gebrauchten Minotto-Element folgende interessante Beobachtung: Die feste, aus Kupfer- und Zinkvitriolkrystallen gebildete Masse zeigte sich von Kupfer in Dendritenform durchzogen, ganz in derselben Weise, in welcher die Kupferkrystalli- sationen in natürlichen Erzgängen vorkommen. Man kann daher wohl annehmen, daß die krystallinischen Kupferausscheidungen in den Erzgängen ihr Entstehen ähnlichen langsam vor sich gehenden chemischen Processen zu verdanken haben, wie solche im Minotto-Element statthaben.
Varley
ließ sich bereits im Jahre 1855 ein Element patentiren, bei welchem das Diaphragma ganz vermieden und die Trennung der Flüssigkeiten nur durch das verschiedene specifische Gewicht derselben bewirkt war. Doch fand dieses Element keine Verbreitung; zu einer ausgedehnten Anwendung brachte es hingegen das
Meidinger-Element.
Ein bei
b
sich verjüngendes Glas
A
(Fig. 338) bildet das Batteriegefäß. Der Zinkcylinder
Z
stützt sich mit seinem unteren Rande auf die Einschnürung des Glases bei
b
und ist bei
c
mit einem Ableitungsdrahte versehen. Am Boden des Batterieglases ist ein zweites kleines Gefäß aufgestellt, welches mit seinem Rande etwas über die Einschnürung
b
hinausreicht. In diesem befindet sich das Kupfer- oder Bleiblech, welches die zweite Elektrode des Elementes darstellt; der Ableitungsdraht
g f
ist durch Guttapercha oder ein anderes Isolirungs- mittel gut isolirt. Das Element wird durch einen Holzdeckel verschlossen, durch
Fig. 338.
Fig. 339.
Meidinger-Elemente.
dessen mittlere Bohrung die mit Kupfervitriolkrystallen beschickte Röhre
h
bis in das Gefäß
d
hinabgesenkt wird.
Um das Element in Thätigkeit zu setzen, wird das Gefäß
d
mit Kupfer- vitriolkrystallen und das Batteriegefäß
A
mit Wasser oder (um den Widerstand zu vermindern) mit Bittersalzlösung gefüllt. Die Krystalle lösen sich auf und umgeben die Kupfer- oder Bleielektrode mit einer Lösung von Kupfervitriol, die als specifisch schwerer den unteren Theil des Elementes einnimmt, während die leichtere Bittersalzlösung in dem oberen Theile des Glases den Zinkcylinder umgiebt. Da die Röhre
h
unten mit einer Oeffnung versehen ist, können auch die Krystalle in dieser Röhre, dem Verbrauche des Kupfervitriols entsprechend, nach und nach aufgelöst werden.
Fordert man von dem Elemente ständigen Dienst, wie z. B. in der Telegraphie bei Arbeiten mit Ruhestrom, so ist der Kupfervorrath bald verbraucht und das Element bedürfte einer häufigen Nachfüllung, also einer besonderen Wartung. Um diesen Uebelstand zu vermeiden, hat Meidinger sein Element in die durch Fig. 339 dargestellte Form gebracht.
Das
Ballon-Element
unterscheidet sich von dem vorbeschriebenen dadurch, daß die mit Kupfervitriolkrystallen gefüllte Glasröhre durch einen ebenso gefüllten Glasballon ersetzt ist, dessen Hals in das kleine Gefäß taucht, während dessen Bauch auf dem Rande des Batterieglases aufruht und gleichzeitig den Verschluß des Elementes bewerkstelligt.
Die elektromotorische Kraft des Elementes ist von jener des Daniell-Elementes wenig verschieden; hingegen besitzt das Meidinger-Element in Folge der Hinweg- lassung eines Diaphragmas einen bedeutend geringeren Widerstand. Der Nachtheil, daß das Element nicht transportirbar ist, hat für seine Anwendung im Telegraphen- dienste keine große Bedeutung. Das Ballon-Element ist schon seit einer Reihe von Jahren im badischen, österreichischen und preußischen Telegraphendienste in Verwen- dung, dient bei der Lyoner Bahn zum Betriebe von Läutewerken und wird im
Fig. 340.
Kohlfürst-Element.
russischen Eisenbahn- und Staatstelegraphendienste fast ausnahmslos benützt. Bei einem Fassungsvermögen des Ballons von ein Kilogramm Kupfersulfat bedarf das Element nach
Dehms
12 bis 14 Monate lang keiner Bedienung. Durch die Anwendung einer Blei- elektrode, die sich ohnehin bald mit Kupfer überzieht, wird nicht nur Kupfer erspart, sondern auch das Ab- lösen des ausgeschiedenen Kupfers wegen der Biegsam- keit des Bleidrahtes sehr erleichtert. Ein Nachtheil des Elementes ist in dem größeren Materialverbrauche begründet, der dadurch bewirkt wird, daß die Lösungen stets concentrirt erhalten werden. Damit die Kupfer- vitriollösung nicht zu hoch steigen kann, muß die Oeffnung des Ballonhalses entsprechend dem wirklichen Verbrauche an Kupfervitriol bemessen werden.
Krüger
änderte das Meidinger-Element dahin ab, daß er den Zinkcylinder am oberen Rande des Batteriegefäßes aufhängt; der Zinkcylinder reicht bei- läufig in die Hälfte des Glases hinab. Innerhalb des Zinkcylinders befindet sich ein cylindrisch eingerolltes Kupferblech, welches mit Kupfervitriolkrystallen gefüllt wird, während die Flüssigkeit des Batteriegefäßes wieder aus Bittersalzlösung besteht. Der Kupfercylinder ist ebenso lang wie das Batterieglas und an seinem unteren Theile mit zwei Schlitzen versehen, welche der Kupfervitriollösung eine leichtere Ausbreitung gestatten. In Folge dieser Anordnung bildet sich die Kupfervitriollösung langsam und bleibt am Boden des Glases, ohne mit dem Zinke in Berührung zu kommen. Das Krüger-Element besitzt dank seiner Anordnung einen geringeren Widerstand als das Meidinger-Element und ist auch zu billigerem Preise herzu- stellen.
Eine bei der Buscht
ě
hrader Bahn seit ungefähr 10 Jahren in Verwendung stehende Modification des Meidinger-Elementes ist das
Kohlfürst-Element.
Das bei
b b
(Fig. 340) verengte Batterieglas
A
ist oben durch den eisernen Deckel
D
verschlossen. Dieser trägt nach unten das doppelt-konisch geformte Zink
Z
und oben die Klemmschraube
x.
Als zweite Elektrode wird ein Bleiblech benützt, welches im Batterieglase unterhalb der Einschnürung
b b
angebracht ist; von diesem führt ein durch Guttapercha isolirter Kupferdraht
f
durch den Deckel aus dem Batterieglase heraus. Der untere Theil des Glases bis zur Einkröpfung wird mit Kupfervitriolkrystallen gefüllt und mit einer durchlöcherten Thonplatte bedeckt. Die Füllflüssigkeit, welche durch den verschließbaren Trichter
L
eingegossen wird, besteht aus Zinkvitriol- oder Bittersalzlösung. Bevor das Element verschlossen wird, bestreicht man den Glasrand mit einer dickflüssigen Gummilösung, um das Auswittern der Salze zu verhindern. Eine Füllung des Elementes dauert bei starker Inanspruchnahme sechs bis acht, bei geringer zehn bis vierzehn Monate.
Die Ersparungen, welche bei Anwendung dieses Elementes gegenüber jener der offenen Meidinger-Elemente oder der Elemente von Krüger, welche früher bei der oben genannten Bahn in Verwendung standen, eintraten, erhellen aus den statistischen Berichten der General-Direction,
W. Ph.
Hauck
, Die galvanischen Batterien, Accumulatoren und Thermosäulen.
denen nachstehende Tabelle entnommen ist. Hierzu muß bemerkt werden, daß der Ersatz der Meidinger- und Krüger-Elemente durch solche von Kohlfürst vom Jahre 1873 an successive eintrat.
In die einfachste Form wurde das Meidinger-Element im Jahre 1861 durch
Callaud
gebracht. Das in Fig. 341 abgebildete
Callaud-Element
besitzt am Grunde des Gefäßes einen cylindrisch gebogenen, auch wohl spiralig eingerollten Kupferblechstreifen, von welchem gut isolirt ein Kupferdraht aus dem Gefäße herausführt und einen durch drei Winkelbleche aufgehängten Zinkcylinder. Der untere Theil des Batterieglases ist mit einer Lösung von Kupfervitriol gefüllt, so daß die Oberfläche dieser Flüssigkeit beiläufig drei Centimeter von dem unteren Rande des Zinkcylinders entfernt zu stehen kommt. Oberhalb der Kupfervitriol- lösung giebt man Wasser oder Zinkvitriollösung. Man kann das Gefäß auch noch durch einen Trichter verschließen, dessen Spitze in den Kupfercylinder hineinragt; der Trichter erhält eine Füllung von Kupfervitriolkrystallen, die durch ihr continuir- liches Nachsinken die Kupfervitriollösung beständig concentrirt erhalten. Es ist jedoch besser, hiervon abzusehen und dafür von Zeit zu Zeit die verbrauchte Kupfervitriol- lösung zu ersetzen.
Das Callaud-Element erfreut sich einer sehr häufigen Anwendung in den Telegraphenämtern Frankreichs und der Vereinigten Staaten; seine Dimensionen sind folgende: Das Glas ist 20 Centimeteter hoch und besitzt einen Durchmesser von beiläufig 13 Centimeter. Das Kupferblech ist drei Centimeter hoch und besitzt eine Oberfläche von einem Quadratdecimeter, das Zinkblech hat eine Höhe von sieben Centimeter bei fünf Centimeter Halbmesser.
Ungefähr alle drei Monate wird das Zink gereinigt und gleichzeitig setzt man 200 bis 300 Gramm Kupfervitriol hinzu; um ein Zunehmen des Widerstandes zu verhindern, entfernt man auch einen Theil der Zinkvitriollösung und ersetzt diese durch Wasser. Die Füllung des Elementes überhaupt wird am besten in der Weise ausgeführt, daß man nach dem Einsetzen der beiden Metallbleche Zink- vitriollösung in das Glas bringt, bis deren Oberfläche dem unteren Rande des Zinkcylinders nahe kommt. Hierauf läßt man durch einen Heber, der am Boden des Batterieglases ausmündet, Kupfervitriollösung einfließen; die Kupfervitriollösung drängt die Zinkvitriollösung zurück und bildet dann die untere Flüssigkeitsschichte.
Nach einer dreijährigen Beobachtung, angestellt durch verschiedene Personen an 28 Batterien zu 18 Elementen, aufgestellt in ebenso vielen Stationen, verursacht ein Element pro Jahr 32 kr. (ö. W.) Auslagen.
Fig. 341.
Callaud-Element.
Fig. 342.
Modificirtes Callaud-Element.
Das Callaud-Element wurde wiederholt auf seinen Widerstand untersucht und ergab sich hierbei derselbe für große und kleine Elemente ziemlich gleichwerthig, vorausgesetzt, daß die Elektroden entsprechend angeordnet wurden.
Gaugain
fand bei einer vergleichenden Untersuchung den Widerstand zunächst gleich 37 Einheiten, nach 22 Tagen aber gleich 5·5 Einheiten.
Cailleret
erhielt nachstehende Resultate:
26. Januar 1876 Widerstand 32·5 Siemens-Einheiten.
29. „ 1876 „ 25 „
4. Februar 1876 „ 17·5 „
12. „ 1876 „ 11·5 „
16. „ 1876 „ 10·5 „
25. „ 1876 „ 9·25 „
Aus diesen und ähnlichen Beobachtungen ersieht man, daß der Widerstand des Elementes wechselt, aber stets nach einiger Zeit bedeutend abnimmt (W. Ph. Hauck, 1.
c.
).
Das Callaud-Element hat eine sehr ausgedehnte Anwendung, allerdings unter sehr verschiedenen Namen, die aber nichts weiter zu bedeuten haben, als irgend eine leichte Abänderung der Form oder Anordnung. In diese Kategorie gehört z. B. das
Trouv
é
-Callaud-Element
, welches hauptsächlich für medicinische Zwecke zusammengestellt wurde. Es besteht aus einem Glase von 12 Centimeter Höhe bei 7 Centimeter Durchmesser, auf dessen Rande sich ein Zinkcylinder durch drei Ausbiegungen festhält, während die zweite Elektrode durch eine ebene Drahtspirale gebildet wird, von welcher ein durch eine übergeschobene Glasröhre geschützter Draht aus dem Glase herausführt. Bildet man aus dem Ende desselben federnde cylindrische Spiralen, welche sich auf den am Zinkbleche befestigten Draht aufschieben lassen, so bedarf man auch keiner Klemmen. Ein derartiges Element kommt auf 32 kr. (ö. W.) zu stehen.
Eine in Oesterreich benützte, gleichfalls höchst einfache Form ist durch Fig. 342 dargestellt. Bei dieser ist noch ein Deckel beigefügt, um das Verdampfen der Flüssigkeit zu verzögern; der Deckel dient dann gleichzeitig zum Anschrauben der Zinke. Die größten Gläser, welche hierbei zur Verwendung kommen, sind 25 Centimeter hoch und besitzen einen Durch- messer von 12 Centimeter.
Lockwood
modificirte das Callaud-Element in der durch Fig. 343 dargestellten Weise. Die Zinkelektrode bildet ein der Vergrößerung der Oberfläche wegen eigenthümlich gestaltetes Gußstück, welches durch einen Dreifuß gehalten wird, der auf dem Rande des Glases aufruht. Dieses selbst ist 28 Centimeter hoch und 14 Centimeter weit und wird zur Hälfte mit Kupfervitriolkrystallen gefüllt. Die Kupferelektrode besteht aus zwei ebenen, horizontalen Spiralen, deren eine auf den Boden des Gefäßes zu liegen kommt, indeß die andere oberhalb der Kupfervitriolschichte angeordnet wird. Der aus dem Glase herausführende Ableitungsdraht und beide Spiralen bilden ein Stück, indem der am Boden des Glases angelangte Draht zunächst eine Spirale mit immer enger werdenden Windungen
Fig. 343.
Lockwood-Element.
formt, aus der Mitte dieser Spirale (also auch in der Mitte des Glases) aufwärts steigt und in entsprechender Höhe sich zu einer Spirale von stets größer werdenden Windungen krümmt. Als Erregungsflüssigkeit dieser, namentlich in den Vereinigten Staaten angewandten Säule dient eine Lösung von Zinksulfat. Das Verdampfen der Flüssigkeit und das Auftreten von Efflorescenzen wird durch Aufgießen einer Oelschichte hintangehalten.
Im österreichischen Telegraphendienste sind seit 1878 auch Elemente versuchsweise in Verwendung, welchen A. E.
Granfeld
eine, wie es scheint, zweckmäßige Form gegeben hat. Das Glasgefäß besteht hierbei aus zwei cylindrischen Gläsern, die in ihren oberen Hälften miteinander in Verbindung stehen, deren untere Hälften aber durch Glaswände getrennt erscheinen. Kupferblech und Kupfervitriolkrystalle kommen in das eine Glas, während in das andere ein Zinkcylinder eingehängt wird, dessen unterer Rand mit der oberen Grenze der Scheidewand in einer Ebene liegen soll. Die Beschickung erfolgt mit Wasser.
Ohne auf weitere Modificationen näher einzugehen, wollen wir in dieser Gruppe von Elementen noch einer Anordnung gedenken, welche
Reynier
dem Daniell-Elemente gegeben hat. Das
Reynier-Element
(Fig. 344) besteht aus einem vierseitig prismatischen Glasgefäße, in welches ein Kupferblech von der Form eingesetzt wird, wie sie Fig. 344
a
zeigt. Dieses Blech umfaßt eine Zelle aus Pergamentpapier, welche dieselbe Gestalt hat wie das Batterieglas. In die Zelle kommt ein dem Kupferblech ähnlich gebogenes Zinkblech. Das Element erhält als Füllung zwei Flüssigkeiten, nämlich Kupfervitriollösung im Batterieglase und Natronlauge in der Zelle.
Durch den Ersatz der Schwefelsäure durch Natronlauge erreicht man einerseits, daß die Diffusion der Kupfervitriollösung zum Zink verhindert wird, weil sich an den Berührungsflächen von Natronlauge und Kupfervitriol (also am Diaphragma) während der Ruhezeit des Elementes schwer lösliches Kupferoxydhydrat bildet, welches die Poren der Zelle verlegt, und andererseits eine Erhöhung der elektro- motorischen Kraft auf 1·3 bis 1·5 Volts; überdies wird auch unnützer Zinkverbrauch vermieden.
Fig. 344.
Fig. 344
a.
Reynier-Element.
Die Papierzelle wird nicht durch Zusammennähen oder Kleben, sondern durch eine sehr einfache Faltung hergestellt. Um den Durchgang der Flüssigkeiten zu erschweren, wendet man nicht einfache, sondern zwei- oder dreifache Zellen an, wodurch natürlich auch der Widerstand erhöht wird. Um diesen zu verringern, mischt Reynier Salze bei, welche an den chemischen Processen keinen Antheil nehmen.
Elemente mit zwei Flüssigkeiten veränderlicher chemischer Zusammensetzung.
Grove
war der Erste, welcher eine Säule mit zwei Flüssigkeiten zusammen- stellte, von denen Salpetersäure die depolarisirende Substanz bildete (1839). Die
Grove-Elemente
in ihrer ursprünglichen Form kamen zu keiner Anwendung, wohl aber ihre verschiedenen Modificationen. Eine der gebräuchlichsten, die dem Elemente von Poggendorff gegeben wurde, lernten wir bereits kennen (Seite 186). Wir können hier nur noch ergänzend bemerken, daß später das theure Platinblech umgangen wurde, indem man an Stelle dieses Porzellanplatten mit eingebranntem Platin zur Anwendung brachte. Hiermit sind aber die Nachtheile verbunden, daß die dünne Platinschichte einen erheblichen Widerstand bietet und die Befestigung des Ableitungsstreifens Schwierigkeiten verursacht.
Das
Bunsen-Element,
in welchem das Platinblech durch Kohle ersetzt ist, wurde in einer seiner älteren Formen gleichfalls bereits beschrieben. (Seite 187.) Der Vorschlag, Kohle zu verwenden, wurde allerdings schon vor Bunsen von verschiedenen Seiten gemacht, jedoch ist es erst Bunsen gelungen, das Element allgemeiner in Gebrauch zu bringen.
Die Herstellung der Kohlencylinder verursachte aber Schwierigkeiten.
Archereau
schlug daher vor, vierseitige Kohlenprismen anzuwenden, diese mit der Salpeter- säure in das Diaphragma zu geben und außerhalb desselben ein cylindrisch gebogenes Zinkblech in verdünnte Schwefelsäure zu tauchen. Auch die Herstellung eines guten Contactes zwischen der Kohle und dem Ableitungsstreifen veranlaßte verschiedene Abänderungen. Lange Zeit wurde auf Vorschlag
Deleuil
’s die Befestigung in der Weise hergestellt, daß man das Kohlenprisma an der oberen Fläche konisch ausbohrte und in diese Bohrung einen Kupferkonus, an dem der Ableitungsstreifen angelöthet war, mit starker Reibung einsetzte.
Bei dem heute am häufigsten gebrauchten, französischen Elemente, welches in Fig. 345 abgebildet ist, sind kleine Schraubenzwingen aus Messing in Verwendung. In das Batteriegefäß, das aus Glas oder Steingut angefertigt sein kann, kommt ein aus etwa vier Millimeter starkem Zinkbleche gebogener Cylin- der
Z n.
Dieser umschließt die poröse Thonzelle, in welcher die prismatische Kohle
C
zu stehen kommt. Letztere hat gewöhnlich einen viereckigen Querschnitt und wird aus Retorten-
Fig. 345.
Bunsen-Element.
kohle geschnitten oder auch aus künstlicher Kohle hergestellt. Die Kohle muß über das Diaphragma hinausragen, damit die Schraubenklemme der Salpeter- säure nicht zu nahe kommt. Aus demselben Grunde macht man auch das Zink höher als das Batteriegefäß.
Der Ableitungsstreifen des Zinkcylinders ist häufig an letzterem angenietet und gelöthet; dies ist jedoch gar nicht zu empfehlen, da diese Streifen dann beim Amalgamiren der Zinkcylinder sehr lästig werden; auch ist das Zink an der Löthstelle einer sehr raschen Zerstörung ausgesetzt, da der Kupferblechstreifen und das Zink eben ein geschlossenes Element bilden, sobald Säure auf die Löthstelle kommt, was auch damit nicht ganz ausgeschlossen werden kann, daß man die Zinke höher als die Batteriegefäße macht, abgesehen davon, daß dies zu einem großen Aufwande von Zink führt. Die Löthstellen sind aber auch beim Amalgamiren sehr der Zerstörung ausgesetzt, da das Quecksilber das Zinn des Lothes auflöst. Die Zinkcylinder zeigen sich bei andauerndem Gebrauche an ihrer unteren Seite am stärksten abgenützt, weshalb es zweckmäßig sein wird, dafür zu sorgen, daß
Urbanitzky: Elektricität. 32
man sie stürzen kann. Es ist daher auch aus diesem Grunde das Anlöthen der Ableitungsstreifen nicht zu billigen.
Es ist am zweckmäßigsten, Klemmen anzuwenden, welche an das Zink, beziehungsweise an die Kohle angeschraubt werden, so wie es die Fig. 345 zeigt. Um nicht zu viele einzelne Klemmen und Verbindungsstücke zu erhalten, empfiehlt es sich allerdings, je eine Zink- mit je einer Kohlenklemme zu verbinden; jedoch wird es gut sein, als Verbindungsstück elastische, biegsame Blechstreifen zu verwenden. Da die Salpetersäure und ihre Dämpfe sehr stark oxydirend wirken, so werden die blanken Flächen an den Klemmen sehr rasch matt, mit einer Oxydschichte überzogen und geben dann einen schlechten Contact. Es müssen deshalb beim Zusammenstellen einer Batterie sämmtliche Stellen der Klemmschrauben, welche mit der Kohle oder mit dem Zinke in Berührung zu kommen haben, sorgfältig blank gemacht werden. Es geschieht dies am besten durch Abfeilen, weil Abätzen durch eine Säure zu stark angreift und Abreiben mit Schmirgel- oder Glaspapier durch Hängenbleiben kleiner Glas- oder Schmirgeltheilchen die metallische Berührung gerade verhindern kann. Man läßt häufig die Schraube, welche die Metallzwinge an die Kohle anpreßt, nicht direct mit ihrer Spitze auf die Kohle drücken, sondern legt ein Metallblättchen unter, um so eine größere Berührungsfläche zu erhalten. Diese Einrichtung ist jedoch, wie Jedermann, der mit Bunsen-Elementen gearbeitet hat, zugeben muß, ganz verwerflich. Es wird durch das Einfügen dieser Blättchen die Arbeit des Zusammenstellens und Demontirens einer Batterie erheblich verlängert und nur zu leicht entgleitet ein solches Blättchen der Hand und fällt dann natürlich in die mit Salpetersäure gefüllte Zelle. Da man es aus Messing oder Kupfer herstellt, wird es sofort unter heftiger Gasentwicklung aufgelöst, wodurch die ohnehin starke und gesundheitsschädliche Entwicklung von Untersalpetersäure erheblich vermehrt wird. Sind die Blättchen an der Schraube beweglich
befestigt
, so fällt der angegebene Uebelstand allerdings weg.
Außer der sorgfältigen Reinigung sämmtlicher Contactstellen ist noch die Amalgamirung der Zinkbleche von Wichtigkeit; in welcher Weise diese zweckentsprechend ausgeführt wird, soll uns weiter unten noch beschäftigen.
Die Entwicklung von Untersalpetersäure (siehe Seite 186), eines ebenso lästigen als gesundheitsschädlichen Gases, ist eine bedeutende Schattenseite der Bunsen- Batterie. Sie macht auch deren Anwendung in Räumen, wo Menschen sich aufhalten sollen, unmöglich, zerstört durch ihre Ausdünstung alles Metallische. Wenn sie trotz dieses bedeutenden Uebelstandes sich doch einer großen Verbreitung und häufigen Anwendung erfreut, so liegt die Ursache darin, daß sie eine so hohe elektromotorische Kraft (circa 1·9 Volts) besitzt und hierbei auch ihr Widerstand ein geringer ist.
Die Bunsen-Säule ist weniger constant als das Daniell-Element und seine Varianten, was wegen der sich stets ändernden chemischen Zusammensetzung der Flüssigkeiten leicht zu begreifen ist.
Um den Widerstand zu vermindern, das Säurevolumen zu verringern und um Raum zu ersparen, hat man das Bunsen-Element (ebenso wie das Grove-Element) aus ebenen Platten zusammengesetzt, die dann in rechteckige prismatische Thonzellen, beziehungsweise Batteriegefäße gestellt werden. Da sich bei dieser Anordnung die Zink- und Kohlenplatten sehr nahe gegenüberstehen, ist es begreiflich, daß der Widerstand der Säule auf 0·060 Ohms sinken kann.
Das Bunsen-Element erfuhr noch mannigfache Abänderungen: so ersetzte
Rousse
den Zinkcylinder durch einen solchen aus Blei,
Maiche
durch einen Cylinder aus Eisenblech, den er in Wasser stellt, welches mit Salpetersäure (1 : 100) versetzt wurde. Letztere Anordnung bezweckt, die Säule constanter zu machen und die lästige Gasentwicklung zu unterdrücken. Ersteres soll dadurch bewirkt werden, daß das Eisen langsamer angegriffen wird wie das Zink und daß nur einerlei Flüssigkeit zur Anwendung gelangt. Letzteres wird eben in Folge der langsamer vor sich gehenden Auflösung des Eisens und der Bildung gewisser Verbindungen sehr vermindert. Die elektromotorische Kraft der Säule beträgt jedoch nur 0·8 jener des Bunsen-Elementes.
Auch der Ersatz des Platinbleches durch Eisen wurde von verschiedener Seite versucht.
Schönbein
bediente sich gußeiserner Töpfe, welche er mit einer Mischung von zwei Theilen concentrirter Salpetersäure und einem Theil Schwefelsäure beschickte. In das Flüssigkeitsgemisch wurde eine Thonzelle, das Zink und verdünnte Schwefelsäure enthaltend, eingesetzt. Der Zusatz von Schwefelsäure zur Salpetersäure läßt eine bessere Ausnützung der letzteren zu, da die Schwefelsäure der Salpeter- säure Wasser entzieht, und der schädlichen Verdünnung derselben entgegenwirkt. Es ist dies beim Eisen-Element umso nothwendiger, als das Eisen sonst aufgelöst wird. Durch Einwirkung concentrirter Salpetersäure wird nämlich das Eisen in einen Zustand versetzt, den man den „passiven“ nennt und dieser Zustand ist es eben, der die Anwendung im galvanischen Element ermöglicht; er hört auf, wenn die Säure über eine bestimmte Grenze hinaus verdünnt wird.
Von den Eisen-Elementen gelangte das
Callan-Element
namentlich in Oesterreich zu einer ziemlich ausgebreiteten Verwendung. Es besteht aus einem Steingut- oder Glasgefäße, welches das cylindrisch gebogene Zinkblech und verdünnte Schwefelsäure aufnimmt, und der innerhalb des Zinkcylinders eingesenkten Thonzelle mit Salpetersäure und der Eisen-Elektrode; letztere erhält einen kreuzförmigen Querschnitt und besitzt oben einen cylindrischen Ansatz, der mit einer horizontalen Bohrung und einer verticalen Klemmschraube versehen ist, um die Verbindungen der Elemente durch Drähte herstellen zu können.
Gegenüber dem Bunsen- oder Grove-Element zeichnet sich das Callan-Element durch billigeren Preis, größere Festigkeit und geringeren Widerstand der Elektrode und durch die Vermeidung eines Uebergangswiderstandes an den Verbindungsstellen zwischen Elektrode und Ableitungsdraht aus; angenehm ist auch, daß die Elektroden beim Herausheben aus der Säure keine Flüssigkeit zurückhalten.
Hingegen erfordert die Zusammenstellung der Säule Vorsicht, da durch das bedeutende Gewicht des Eisens die Thonzelle leicht beschädigt werden kann; auch darf beim Betrieb der Elemente der richtige Zeitpunkt zur Erneuerung der Salpeter- säure nicht übersehen werden, weil sonst das Eisen wieder activ wird.
Den letzterwähnten Uebelstand hat
Uelsmann
durch Anwendung von Silicium- Eisen, d. h. Eisen, welches Silicium enthält, sehr verringert. Die elektromotorischen Kräfte beider Elemente sind ziemlich gleich groß und nehmen mit der Verdünnung der Säure auch ziemlich gleichförmig ab, bis der Gehalt an Salpetersäure nicht unter 30 Procent gesunken ist. Bei geringerem Gehalte (20 Procent) wird das gewöhnliche Eisen bereits activ. Die elektromotorische Kraft des Silicium-Eisens nimmt dann zwar auch langsam ab, bis der Säuregehalt auf 15 Procent gesunken ist, steigt aber wieder bei weiterer Verdünnung. Die Anwendung des Silicium-Eisens gestattet eine Mehrausnützung der Salpetersäure um beiläufig 10 Procent.
Man versuchte auch an Stelle der Salpetersäure verschiedene andere Flüssig- keiten zur Anwendung zu bringen, wie z. B. Königswasser (eine Mischung von
32*
Salzsäure und Salpetersäure), Chlorsäure u. s. w., erzielte aber keine brauchbaren Resultate.
Auf der Ausstellung für Elektricität in Paris war ein von
Howess
construirtes Element zu sehen, welches nachstehende Zusammensetzung zeigt. In dem cylindrischen Thongefäße
A
, Fig. 346, befindet sich eine mit Längsschlitzen versehene Zelle
B
und innerhalb dieser das Diaphragma
C
mit der Zinkstange
Z.
Die Kohlenplatte
K
im Batteriegefäße ist von einem Gemenge, bestehend aus Pyrolusit, Retorten- kohlenklein und einem Zusatze von Mangansulfat umgeben. Dieses Gemenge wird fest eingestampft und durch eine Schichte bituminöser Kohlenmasse bedeckt, um das Herausfallen der Körner zu verhindern; einige Oeffnungen in dieser Decke gestatten den Gasen zu entweichen.
In die poröse Thonzelle kommt etwas Quecksilber, um das Zink stets gut amalgamirt zu erhalten, und eine 2·5procentige Lösung von Ammoniumsulfat. Die Flüssigkeit außerhalb der Thonzelle besteht aus verdünnter Schwefelsäure.
Der Widerstand des Elementes wird zu fünf bis sechs Ohms, die elektro-
Fig. 346.
Howell-Element.
motorische Kraft zu 2 ¼ Volts angegeben; die Depolarisation soll ausreichend und die Wirkung des Elementes andauernd sein. Nähere Angaben hierüber fehlen leider.
Das Bestreben, ein billiges und geruchloses Element herzustellen, führte
Buff
zur Construction des
Eisenchlorid-Elementes
. Bei diesem steht das Zink in einer mit verdünnter Schwefelsäure gefüllten Thonzelle, die Kohle hingegen in einer syrupdicken Lösung von Eisenchlorid. Bei dieser Combination trat jedoch eine sehr rasche Stromabnahme ein. Das Element gab bessere Resultate, wenn zur Eisenchloridlösung Salzsäure zugesetzt und die verdünnte Schwefelsäure durch eine concentrirte Kochsalzlösung ersetzt wurde.
Die Depolarisation wird bei diesem Elemente nicht sehr vollständig erreicht und überdies bilden sich auf den Elektroden nichtleitende Ueberzüge, die in kurzer Zeit eine Stromschwächung bewirken.
Im
Scrivanow-Csemente
ist die Anwendung von Flüssigkeiten ganz vermieden. Dieses trockene Element besteht aus einer Kohle- und einer Zinkplatte und einer depolarisirenden Masse, welche zusammengesetzt ist aus Ammonium-
Ouecksilberchlorid
(10 Gewichtstheile), Chlornatrium (3 Gewichtstheile) und Chlor- silber (0·25 Gewichtstheile). Dieses Gemenge wird nämlich mit einer schwach sauren Lösung von Zinkchlorür zu einer teigartigen Masse gemischt und dann in einer zwei Millimeter dicken Schichte auf die paraffinirte Kohlenplatte aufgetragen. Auf diese Schichte kommen fünf bis sechs Lagen aus schwedischem Filtrirpapier, welches mit einer Lösung getränkt wurde, die aus gleichen Theilen Chlorzink und Chlornatrium gebildet wurde. Die Ränder der Papierscheiben werden mit Paraffin auf der Kohle befestigt.
Das Element ist ein trockenes und nimmt wenig Raum ein; es konnte daher von Scrivanow gleich in die Form eines Tasters, wie solche bei Klingel- werken üblich sind, gebracht werden. Fig. 347 stellt einen solchen Taster dar, welcher gleichzeitig das stromgebende Element in sich trägt.
C
ist die Kohle,
Z
das Zink,
P
die mit der angegebenen Flüssigkeit getränkte Papierschichte und zwischen
P
und
C
befindet sich die depolarisirende Substanz. Durch einen Druck auf den Taster
T
wird das Zink, welches gewöhnlich durch eine Feder von der Papierschichte abgezogen ist, gegen diese angedrückt und dadurch das Element geschlossen.
Die elektromotorische Kraft des Elementes beträgt 1·3 Volts und man reicht mit einer einmaligen Füllung vier bis fünf Wochen aus. Eine Klingel kann damit andauernd in Thätigkeit gesetzt werden.
Mari
é
-Davy
ersetzte die Salpetersäure im Bunsen-Elemente durch schwefel- saures Quecksilberoxydul oder auch durch schwefelsaures Quecksilberoxyd; letzteres wird aber weniger angewendet, weil es bei seinem Zusammentreffen mit Wasser ein schwer lösliches Salz abscheidet, welches die Poren der Thonzelle verstopft. Dank der Schwerlöslichkeit des Quecksilbersalzes diffundirt dieses auch sehr langsam; überdies bringt das diffundirte Quecksilbersalz auch keinen unnützen Zinkverbrauch mit sich, sondern erhält sogar die Amalgamirung des Zinkes stets in gutem Zustande.
Achtunddreißig dieser Elemente lieferten auf einer Telegraphenlinie mit Tag- und Nachtdienst einen Strom von derselben Stärke wie 60 Daniell-Elemente und waren hierbei 5 Monate und 23 Tage stets in Verwendung, während die Daniell-Elemente trotz ihrer größeren Dimension nur 2 Monate und 23 Tage verwendet werden konnten. Ein weiterer Vorzug der Quecksilber-Elemente besteht auch darin, daß sie bei ihrem Gebrauche Quecksilber ab- scheiden, aus welchem neuerdings das Quecksilbersalz bereitet werden kann.
Zu Ungunsten der Elemente sprechen jedoch ihr hoher Anschaffungspreis, der überdies auch noch ein stets schwankender ist und daß die Quecksilbersalze sehr giftig sind.
Zu den Mitteln, welche sich zur Depolarisation eignen, ist auch der Schwefel zu rechnen. Allerdings ent- wickelt dann das Element Schwefelwasserstoff.
Savary
Fig. 347.
Scrivanow-Element.
läßt das Zink in eine gewöhnliche Salzlösung tauchen, setzt aber dem Salzwasser, welches die Kohle im Diaphragma umgiebt, Schwefelpulver zu; die Kohle ist hierbei mit einigen Windungen von Kupferdraht versehen. Das Element soll sehr constant sein und ebenso kräftig wirken wie ein Daniell-Element.
Das
Fuller-Element,
welches seit dem Jahre 1871 im englischen Telegraphen- dienste eingeführt ist und dort in einer Anzahl von etwa 20.000 Exemplaren im Gebrauche steht, ist ein Chromsäure-Element. Die im Diaphragma befindliche Zink- Elektrode
z
, Fig. 348, hat die Form einer abgestumpfen Pyramide. Um sie stets gut amalgamirt zu halten, bedeckt man den Boden der Thonzelle mit Quecksilber (circa 30 Gramm). Die Kohlenplatte
a
steht außerhalb des Diaphragmas und ist 15 Centimeter lang und 5 Centimeter breit. An ihrem oberen Theile ist ein Metall- kopf angegossen, welcher mit einer Klemmschraube zum Befestigen der Poldrähte versehen wird. Diese Säule giebt im Telegraphendienste sehr gute Resultate und besitzt eine doppelt so große elektromotorische Kraft und einen geringeren Widerstand als ein Daniell-Element von denselben Dimensionen.
In der Station Paddington versehen 64 Elemente Tag und Nacht den Dienst, welchen 11 Linien erfordern, deren Längen von 42 bis 248 Meilen wechseln. Nach den dort angestellten Beobachtungen erforderte die Batterie trotzdem im ganzen Jahre (1878) nur einen zehnmaligen Schwefelsäurezusatz und fünfmal einen Zusatz von Bichromat; Ende December wurde sie zerlegt, das Zink erneuert und Alles gereinigt
Nach
Niaudet
,
Traité élémentaire de la pile électrique,
deutsch von W. Ph. Hauck.
.
Man ersieht hieraus, daß das Element eine sehr geringe Bedienung braucht und trotzdem einen sehr angestrengten Dienst zu versehen im Stande ist. Es eignet sich daher für einen solchen Dienst besser als das Leclanch
é
-Element, welches wieder für minder angestrengten Dienst vorzuziehen ist, da es während der Ruhe- pausen gar kein Zink verzehrt. Versuche, das Fuller-Element zur Erzeugung des elektrischen Lichtbogens zu verwenden, ergaben jedoch keine günstigen Resultate.
Bedarf man längere Zeit hindurch eines constanten kräftigen Stromes, so bedient man sich öfter solcher Einrichtungen, durch welche die depolarisirende Flüssigkeit ihrem Verbrauche entsprechend fortwährend erneuert wird. Es tritt dieser Fall z. B. bei der Anwendung galvanischer Batterien für elektrisches Licht ein. Zur Erreichung desselben Zweckes giebt
Cloris Baudet
dem Chromsäure-
Fig. 348.
Fuller-Element.
Elemente nachstehende Einrichtung. Ein Diaphragma, in der Mitte des Batteriegefäßes, enthält wie gewöhnlich die Zinkplatte und angesäuertes Wasser. Außerdem stehen aber noch zwei Thonzellen innerhalb des Batteriegefäßes, von welchen die eine Schwefelsäure und die andere durch- löcherte Thonzelle Krystalle von doppeltchromsaurem Kali enthält. Das Batteriegefäß selbst wird mit der Kohlen- platte und der gewöhnlichen Chromsäurelösung beschickt. In demselben Maße als nun diese durch die Thätigkeit der Säule verbraucht wird, gelangen die Chromsalz- krystalle unter Einwirkung der durch das Diaphragma diffundirenden Schwefelsäure in Lösung und ersetzen die verbrauchte Flüssigkeit. Ein Nachtheil dieser Anordnung besteht darin, daß hierdurch die Lösung stets concentrirt erhalten und dadurch die Ausscheidung von Chromalaun- krystallen sehr gefördert wird; diese setzen sich aber in den Poren der Kohle fest und vermindern dadurch die Kohlenoberfläche.
Slater
ersetzt die Zinkelektrode durch eine Nickelplatte und bezweckt damit, das Element zur Erzeugung werthvoller Producte zu benützen. Es bildet sich nämlich in diesem Falle Nickelsulfat, welches in der Galvanoplastik verwendet werden kann. Leider ist aber auch dieser Vorschlag praktisch nicht zu verwerthen, weil in Folge der stets stattfindenden Diffusion der Lösungen durch die poröse Thonzelle die Salze nicht rein erhalten werden.
Batteriebestandtheile.
Aus vorstehenden Beschreibungen haben wir ersehen, daß die Anwendung von
Kohle
in sehr vielen Elementen wiederkehrt. Fragen wir, worin die Ursache der häufigen Verwendung der Kohle liegt, so müssen wir uns zur Beantwortung dieser Frage zunächst darüber Rechenschaft geben, welche Rolle beide Elektroden den Flüssigkeiten gegenüber zu spielen haben. Bei Benützung von Kohle wird als zweite Elektrode Zink verwendet; dieses löst sich unter gleichzeitiger Zersetzung des Wassers auf. Soll das Element constant wirken, so müssen die beiden Zersetzungs- producte, Wasserstoff und Sauerstoff, unschädlich gemacht werden. Da sich der Sauerstoff mit dem Zink verbindet, haben wir noch für die Unterbringung des Wasserstoffes zu sorgen. Als Mittel hierfür, d. h. als Depolarisirungsmittel, haben wir den Sauerstoff der Luft, sauerstoffreicher Säuren und Salze, den Schwefel u. s. w. kennen gelernt. Um hierbei zum Ziele zu gelangen, wird es vortheilhaft sein, solche Elektroden anzuwenden, welche eine möglichst große Oberfläche besitzen, damit der Wasserstoff an möglichst vielen Punkten mit dem Sauerstoffe in Berührung kommt. Da aber andererseits zu große Dimensionirung der Elektrode unvortheilhaft ist, so werden jene Stoffe für die Herstellung der Elektrode besonders geeignet erscheinen, welche vermöge ihrer Structur in verhältnißmäßig kleinem Raume große Oberflächen besitzen, d. h. Stoffe, die porös sind. Sie werden ihren Zweck umso besser erfüllen, wenn der betreffende Körper überdies auch noch die Eigenschaft besitzt, Gase (also auch Sauerstoff) an seiner Oberfläche zu verdichten, also in größerer Menge zu absorbiren. Doch sind hiermit die Anforderungen, welche an die Elektrode gestellt werden, noch nicht erschöpft; man verlangt vielmehr auch von ihr, daß sie kein zu schlechter Elektricitätsleiter sei und daß sie von den Säuren nicht ange- griffen werde.
Diesen Anforderungen entspricht nun von allen Stoffen die wir kennen, die Retortenkohle am besten; sie ist sehr porös, absorbirt Gase in bedeutender Menge, wird durch Säuren gar nicht angegriffen und setzt auch dem Durchgange des elektrischen Stromes keinen zu großen Widerstand entgegen. Man versteht unter Retortenkohle (Gaskohle, Retortengraphit) jene Kohle, welche sich an den inneren Wandungen der Retorten der Gasanstalten absetzt und das Product einer Zersetzung der aus den Kohlen entwickelten schweren Kohlenwasserstoffgase durch die Hitze bildet. Diese Kohle ist bisweilen so hart, daß sie am Stahl Funken giebt.
Aus der Retortenkohle können nun Elektroden geschnitten werden, wie man solche für die Elemente braucht. Doch ist dies häufig mit verschiedenen Schwierig- keiten verbunden. Manche Elemente erfordern Cylinder aus Kohle, manche Zwecke verlangen die Anwendung großer Platten. Beides ist aus Retortenkohle nicht leicht, häufig gar nicht herzustellen, da nicht nur die Bearbeitung derselben eine schwierige ist, sondern das Rohmaterial, nämlich die Retortenkohle selbst, schwer in großen und brauchbaren Stücken erhalten werden kann. Die Beschaffung des Rohmaterials wird überhaupt in dem Maße schwieriger, als die Methoden der Gaserzeugung vervollkommt werden.
Dies war wohl auch der Grund, warum die Kohlen-Elemente sich erst dann Bahn brachen, als es
Bunsen
gelungen war (1842), brauchbare Batteriekohlen künstlich herzustellen. Das Bunsen’sche Verfahren zur Herstellung künstlicher Kohle besteht der Hauptsache nach darin, Coaks (2 Theile) und Steinkohle (1 Theil) im feingepulverten Zustande innig zu mischen, in eine Eisenform zu pressen und in dieser so lange zu glühen, bis keine Gase mehr entweichen. Da die so erhaltene zusammengebackene Masse jedoch zu porös ist, wird sie mit Syrup getränkt und unter Luftabschluß neuerdings geglüht. Letzteres Verfahren wiederholt man so lange, bis die Kohle die gewünschte Dichte erlangt hat.
Sprague
mischt Graphit mit Steinkohlentheer zu einem teigartigen Gemenge, trocknet dieses und setzt es dann in einer Muffel von Kohlenpulver umgeben der Rothgluth aus. Auch die so erhaltene Kohle ist noch zu porös. Sie wird daher ebenfalls in Syrup, Melasse oder Zuckerlösung getaucht und neuerdings geglüht.
Auf eine Schwierigkeit, die bei Anwendung von Kohlen-Elektroden entsteht, nämlich die der Befestigung von Ableitungsstreifen, haben wir bereits hinzuweisen Gelegenheit gehabt. Bei Anwendung runder Kohle kann die Befestigung durch Umlegen eines Kupferbandes, welches dann durch eine Schraube zusammengezogen wird, hergestellt werden. Bei Kohlenplatten biegt man über den oberen Rand der Kohle seiner ganzen Länge nach einen Streifen Kupferblech und preßt dieses mit Schrauben oder Nieten, welche durch die Kohle gehen, an diese beiderseits an. Die Befestigung der Leitungsdrähte am Kupfer verursacht natürlich keine weiteren Schwierigkeiten. Diese Art der Befestigung hat jedoch den Uebelstand, daß durch zu festes Anpressen des Kupfers an die Kohle letztere gebrochen werden kann, während bei zu geringer Pressung der Contact ein unverläßlicher wird.
Bessere Resultate erhält man durch einen Metallanguß oder durch galvano- plastisches Ueberziehen des Kohlenkopfes (d. h. des oberen Endes der Kohlenplatte). Beim ersteren Verfahren wird Blei oder Zink benützt und hierbei entweder die Kohle in die Gußform eingelegt und dann das Metall eingegossen oder man taucht die Kohlenplatte in das geschmolzene Metall ein. Die Verbindung mit der Kohle wird inniger, wenn letztere mit Einkerbungen oder Löchern versehen ist. Da sich das Zink beim Erkalten zusammenzieht, wird die Kohle fest umpreßt und der Contact ist ein verläßlicher; die Zusammenziehung ist so stark, daß sie bei großen Kohlenplatten zum Reißen des Metallumgusses führt, wenn man nicht die Vorsicht gebraucht, dem Zinke einen Bleizusatz zu geben.
Verwendet man Blei zum Umgießen der Kohle, so muß dieses gegen Auf- steigen der Säure in der Kohlenplatte geschützt werden, weil die Schwefelsäure mit dem Blei ein schwerlösliches Salz, das Bleisulfat, bildet, welches schädlichen Widerstand verursacht. Diesem Uebelstande wird einfach durch Eintauchen des Kopfes in Paraffin vorgebeugt.
Will man einen galvanoplastischen Niederschlag, an welchem der Ableitungs- draht direct angelöthet werden kann, benützen, so muß die Dicke desselben entsprechend bemessen werden, da bei zu dicker Kupferschichte diese sich leicht wieder ablöst.
Hauck
hält es für das Vortheilhafteste, den Kupferniederschlag zu verzinnen (oder auch direct Zinn auf der Kohle niederzuschlagen) und dann den Kopf noch mit einem Metallangusse zu versehen. Die Paraffinirung erfolgt nicht durch Eintauchen des ganzen Kopfes, weil sich hierbei das Metall ausdehnt und Paraffin zwischen Kohle und Metall gelangen kann, sondern durch Aufgießen möglichst heißen Paraffins 1 ½ bis 2 Centimeter unter dem Metallkopfe bei wagrecht gehal- tener Platte.
Man kann von diesen Befestigungsarten der Leitungsdrähte Abstand nehmen, wenn man Retortenkohle benützt, deren Oberfläche glatt ist und welche feine Poren besitzt, da solche Kohlen hinlänglich gute Leiter sind. Man erkennt solche Kohlen sowohl an ihrem Aussehen als auch an dem metallischen Klange. Bedient man sich solcher Kohlen, dann genügen wohl einfache Klemmen, die durch Schrauben an die Kohle angepreßt werden. Es gewährt dies den Vortheil, die Contactstellen leicht einer Reinigung unterziehen zu können. In Fig. 349 sind verschiedene Formen von Klemmschrauben abgebildet; zum Einklemmen von Kohlenplatten werden zum Beispiele Formen wie die mit
c, d
oder
g
bezeichneten verwendet, für dünne Metallplatten
f
oder
h
u. s. w.
Die Herstellung künstlicher Kohle von solcher Dichte, beziehungsweise Leitungs- fähigkeit, ist allerdings nicht unmöglich, doch verursacht dies einen zu großen Kosten- aufwand; man zieht daher die mindere Sorte vor, muß dann aber auch bei der Befestigung der Ableitungsstreifen in der früher angegebenen, sorgfältigen Weise zu Werke gehen.
Ebenso häufig wie die Kohle oder eigentlich nahezu ausnahmslos kommt das
Zink
in galvanischen Elementen zur Verwendung. Auch über die Beschaffen- heit und Verwendungsform dieses Materiales wurden bereits wiederholt Bemerkungen eingeflochten. Es erübrigt uns noch, eine mit dem Zinke vorzunehmende Operation zu betrachten, auf deren Wichtigkeit bei den meisten Elementen zwar hingewiesen, deren Ausführung aber nicht angegeben wurde: es ist dies das
Amalgamiren der Zinke
. Von den verschiedenen Vorschriften, welche hierfür gegeben werden, sollen nachstehend einige Erwähnung finden.
Hat man eine hinreichende Menge (zu anderen Zwecken unbrauchbaren) Quecksilbers zur Verfügung, so füllt man selbes in ein Glas- oder Steingut-
Fig. 349.
Klemmschrauben.
gefäß bis ungefähr zur halben Höhe des zu amalgamirenden Zinkcylinders. Hierauf bedeckt man das Quecksilber mit einer Schichte von Salzsäure und taucht nun die Zinkcylinder ein. Zieht man letztere wieder heraus, so erscheinen sie an ihrer Innen- und Außenseite vollkommen amalgamirt. Die Zinkcylinder werden dann umgestürzt und in Wasser gestellt, welches die Salzsäure abwäscht, während gleichzeitig das überflüssige Quecksilber abtropft.
Hat man die Amalgamirung in einem geschlossenen Raume auszuführen, so wird man von den stechenden Dämpfen der Salzsäure allerdings ziemlich belästigt; man ändert das Verfahren daher häufig dahin ab, daß man die Zinke nicht mit Salzsäure, sondern mit verdünnter Schwefelsäure (1 : 10) abbeizt. Die Schwefel- säure wirkt aber nicht so rasch und deshalb genügt nicht das einfache Eintauchen der Zinke. Man muß diese vielmehr in einem eigenen Gefäße in die verdünnte Schwefelsäure stellen und darin einige Zeit lassen, bevor man sie in das Queck- silber taucht.
Nicht sehr zu empfehlen ist das Amalgamiren der Zinkcylinder mit Hilfe einer Quecksilberlösung, d. h. einer Auflösung von Quecksilber in Königswasser (Salzsäure und Salpetersäure) oder das Einreiben des auf den Cylinder aufgetropften Quecksilbers mit einer Kupferdrahtbürste oder einem mit Filz umwundenen Holz- stab, der in Salzsäure getaucht wurde. Ersteres Verfahren bewirkt eine nicht sehr vollständige Amalgamirung und letzteres ist sehr mühselig.
Will man mit dem Quecksilber sparen, so kann man unter Beibehaltung des früher angegebenen Verfahrens in das Innere des Zinkcylinders einen Cylinder aus Holz bringen und das Quecksilber durch Hinabdrücken dieses steigen machen. Ferner kann man sich auch durch Ineinanderkitten zweier cylindrischer Glasgefäße einen Hohlraum von ringförmigem Querschnitte herstellen, oder endlich eine mulden- förmige Wanne aus emaillirtem Eisen verwenden, in welcher man durch Drehen des umgelegten Zinkcylinders um seine Axe nach und nach die gesammte Innen- und Außenfläche desselben mit dem Quecksilber in Berührung bringt.
Bei der Besprechung der Elemente sind wir auch wiederholt
platinirten Elektroden
begegnet. Solche kommen namentlich beim Smee-Element zur Ver- wendung; dieses besteht, wie wir wissen, aus Zink und einer platinirten Platin- oder Silberplatte. Der Ueberzug mit Platinmoor hat den Zweck, der Platte eine rauhe, sammtähnliche Beschaffenheit zu geben, durch welche das Ablösen der Wasser- stoffbläschen erleichtert wird; überdies nimmt der Ueberzug von Platinmoor Sauerstoff auf, wodurch der Polarisation gleichfalls entgegengewirkt wird. Um diesen Platin- moorüberzug zu erhalten, giebt man die betreffende Platte in eine saure Lösung von Platinchlorid, eine Verbindung, die durch Auflösen von Platin in Königswasser erhalten wird. In dieselbe Lösung taucht man noch ein Platinblech und verbindet dieses mit dem positiven Pole einer galvanischen Säule, während der negative Pol derselben mit der zu platinirenden Platte verbunden wird. In dieser Weise wird Platin im feinvertheilten Zustande elektrolytisch auf der Platte abgeschieden und diese erhält dadurch die gewünschte rauhe Oberfläche.
Von den
Säuren
, welche in den Elementen zur Verwendung kommen, sind namentlich die Schwefelsäure und die Salpetersäure in Betracht zu ziehen. Die Chromsäure und die Herstellung ihrer Lösung wurden bereits an entsprechender Stelle berücksichtigt.
Die Schwefelsäure gelangt stets im verdünnten Zustande zur Anwendung. Das Mischungsverhältniß wird verschieden angegeben, doch verwendet man gewöhnlich eine Säure, welche durch Mischen von 8 bis 12 Theilen englischer Schwefelsäure mit 100 Theilen Wasser erhalten wird. Man verwendet zur Herstellung dieser Mischung natürlich nicht erst die Wage, sondern mißt die beiden Flüssigkeiten mit Hilfe der Batteriegläser, also etwa in der Art: Wäre z. B. eine Batterie von 10 Elementen zusammenzustellen, so hat man zunächst ein Element zusammenzustellen und das Batteriegefäß mit Wasser bis zu jener Höhe zu füllen, zu welcher die verdünnte Schwefelsäure reichen soll. Nimmt man dann dieses Element wieder auseinander, so erfüllt das Wasser gewöhlich die Hälfte des Batteriegefäßes. Man mißt nun neunmal dieselbe Menge Wasser ab und leert sie in ein Glas-, Steingut- oder Holzgefäß und gießt dann einmal obige Menge Schwefelsäure dazu.
Beim Mischen der Schwefelsäure mit Wasser hat man stets die Schwefelsäure in das Wasser zu gießen und dafür zu sorgen, daß die Schwefelsäure in einem dünnen Strahle und nicht zu rasch einfließt, während das Wasser durch Umrühren mit einem Glas- oder Holzstabe in Bewegung erhalten wird. Die beiden Flüssig- keiten erhitzen sich bei ihrer Vermischung sehr bedeutend und kann ein umgekehrtes, Verfahren, nämlich das Eingießen von Wasser in Schwefelsäure, gefährlich werden. Die ersten Partien des Wassers, welche in die Schwefelsäure kommen, erhitzen sich nämlich so stark, daß sie in Dampf verwandelt werden, der dann bei seinem Entweichen Schwefelsäure herausschleudern kann.
Durch die Bereitungsweise der Schwefelsäure in Bleikammern und Bleigefäßen enthält diese gewöhnlich Blei aufgelöst. Dieses Blei fällt als weißes Pulver (Bleisulfat) aus der Schwefelsäure heraus, wenn man diese stark mit Wasser verdünnt, weil es nur in der concentrirten Säure löslich ist. Dieser Proceß spielt sich daher auch bei der Herstellung der Batterieflüssigkeit ab; man wird deshalb gut thun, die noch warme Flüssigkeit nicht sofort in die Batteriegefäße einzufüllen, sondern sie erst abkühlen zu lassen, um so dem Bleisulfate Zeit zum Absetzen zu lassen.
Einen beachtenswerthen Vorschlag, die Anwendung unreiner Schwefelsäure betreffend, hat A. d’
Arsonval
gemacht. Er giebt nämlich dieser einen Zusatz von Brennöl, vier bis fünf Kubikcentimeter auf den Liter Säure. Durch diesen Zusatz bildet sich Glycerin-Schwefelsäure, während die Verunreinigungen der Schwefelsäure (Blei, Arsen ꝛc.) in Form von Seifen herausgefällt werden. Außerdem wird hierdurch die Amalgamirung der Zinke erleichtert und ein Verbrauch derselben bei ungeschlossenem Stromkreise vermieden. Während ein amalgamirter Zinkstab in gewöhnlicher Schwefelsäure in acht Tagen 42 Gramm an Gewicht verloren hatte, zeigte ein anderer in dieser Mischung nur einen Abgang von 1·5 Gramm (W. Ph. Hauck,
l. c.
)
Die
Salpetersäure
wird im concentrirten Zustande angewendet; wie oft ein und dieselbe Säure verwendet werden kann, hängt natürlich hauptsächlich von der Inanspruchnahme der Elemente ab. Hat man für die bereits einmal gebrauchte Säure eine anderweitige Verwendung, so ist es wohl am besten, stets frische Säure zu nehmen. Ein Mittel, bereits gebrauchte Salpetersäure wieder wirksam zu machen, haben wir bereits im Zusatze von Schwefelsäure kennen gelernt und dabei erfahren, daß die Wirksamkeit dieses Zusatzes in der wasserentziehenden Kraft der Schwefel- säure begründet ist. Daß sich auf diese Weise eine bessere Ausnützung der Sal- petersäure erzielen läßt, ist wohl einleuchtend, wenngleich nicht übersehen werden darf, daß der Zusatz von Schwefelsäure eben auch eine Verdünnung der Salpeter- säure, d. h. eine Vertheilung eines bestimmten Quantums derselben auf ein größeres Volumen, bewirkt und auch den Widerstand des Elementes verändert.
Schönbein
schlug vor, für die Eisen-Elemente eine Salpetersäure zu verwen- den, welcher ein Drittel Schwefelsäure zugesetzt wurde, und
Wigner
empfiehlt für Grove-Elemente ein Gemenge von zwei Theilen Salpetersäure und fünf Theilen Schwefelsäure oder bei länger andauernder Benützung der Elemente die Anwendung von 3 ½ Theilen Salpetersäure.
Verbindung der Elemente zu Batterien.
Ueber die Zahl der Elemente, welche man zu einer Batterie zu verbinden hat, läßt sich nur sagen, daß sie ganz von dem Zwecke abhängt, zu welchem die Batterie bestimmt ist. Dasselbe gilt von der Verbindungsweise der Elemente untereinander. Wann dieselben hintereinander, nebeneinander oder in gemischter Schaltung anzuwenden sind, wurde bereits erörtert und begründet. (Seite 195 u. f.) Es erübrigt uns noch die Beantwortung der Fragen: wie ist eine Batterie auf- zustellen, wie in oder außer Betrieb zu setzen?
Es ist wohl selbstverständlich, daß man für die Aufstellung der Batterie einen Ort zu wählen hat, an welchem die Elemente gegen Regen, große Hitze oder bedeutende Kälte geschützt sind. Die Batteriegefäße selbst kann man auf Bretter oder besser auf glasirte Thonplatten stellen. Um seitliche Ableitungen des Stromes durch verschüttete Säuren zu vermeiden, ist es vortheilhaft, wenn die Thonplatten mit Leisten versehen sind, so daß die Batteriegefäße hohl stehen und die Säure ablaufen kann. Dasselbe bezweckt auch ein Vorschlag
Wigner
’s, der dahin geht, die Batteriegefäße auf Glasstäbe zu stellen.
Die Elemente müssen so aufgestellt werden, daß sie alle leicht zugänglich sind, also womöglich in einer oder zwei Reihen, wohl auch im Kreise oder Viereck. Man bringt die Elemente mit ihren Elektroden und dem Diaphragma versehen an ihre Plätze und verbindet sie auch gleich miteinander, da ein Verbinden der Elemente nach ihrer Beschickung mit Säure leicht Anlaß zum Verschütten der letzteren geben kann, sobald die Elemente nicht ganz in entsprechender Entfernung voneinander postirt worden sind und daher hin- und hergerückt werden müssen. Ueberdies führt ein nachträgliches Verbinden der Elemente noch den Uebelstand mit sich, ganz unnöthig Säuredämpfe einathmen zu müssen. Beim Verbinden der Elemente untereinander hat man auch darauf zu achten, daß die Verbindungsstücke, Klemmen, Drähte u. dgl. in einer das hierauf folgende Füllen der Elemente nicht behindernden Weise angebracht werden.
Das Füllen nicht zu großer Batterien bewirkt man in der Weise, daß man die Säuren aus Krügen mit Hilfe von Trichtern in die Elemente eingießt. Das Füllen hat einige Zeit vor dem Gebrauche der Batterie zu erfolgen, damit beim Bedarf derselben Thonzellen und Kohlen bereits von den Flüssigkeiten durchtränkt sind und die Batterie gleich mit ihrer vollen Stärke wirkt.
Für größere Batterien empfiehlt sich die Anwendung eines Hebers, wie sie
Niaudet
(W. Ph. Hauck,
l. c.
) in nachstehender Weise beschreibt: Ein Kautschuk- schlauch trägt an einem Ende einen Ansatz aus Glas oder Hartgummi, welcher flachgedrückt sein soll, um ihn leicht zwischen das Zink und die Gefäßwand einführen zu können. Am andern Ende des Kautschukschlauches sitzt ein Gummi- ansatz, an welchem eine starke Bleischeibe befestigt ist, um durch ihr Gewicht ein Herabsinken dieses Schlauchendes bis auf den Boden des Gefäßes, welches die einzufüllende Flüssigkeit enthält, zu veranlassen; damit der Ausfluß der Flüssigkeit nicht zu langsam vor sich gehe, ist nothwendig, daß dieses Gefäß ungefähr um einen Meter höher steht als die Elemente aufgestellt sind. Man hält den Kautschuk- schlauch, ganz nahe seinem Ende, in der Hand, um durch einen Fingerdruck das Ausströmen beendigen, oder durch Nachlassen des Druckes das Ausfließen wieder einleiten zu können. Auf diese Weise erspart man einen Hahn und kann durch angemessenen Druck die Stärke des Strahles reguliren und alle Gefäße beinahe vollkommen bis zur gleichen Höhe anfüllen. Das erste Füllen des Hebers kann man in der Weise bewirken, daß man ihn mit seinen beiden Enden nach aufwärts hält und auf einer Seite Wasser eingießt, bis es auf der andern Seite überfließt, worauf der Heber in die Säure getaucht wird; um das Wasser wieder zu entfernen, läßt man dann etwas Säure durchfließen.
Complicirter, aber kaum vortheilhafter ist die Anwendung von Pumpen, wie solche zum Füllen und Entleeren der Elemente von verschiedener Seite angegeben wurden. Specielle Einrichtungen für beständig in regelmäßigem Gebrauche stehende Batterien sollen weiter unten noch angegeben werden.
Hat eine Batterie ihren Dienst geleistet und bedarf man ihrer nicht mehr, so hat man selbe sofort auseinander zu nehmen, da sonst ein nutzloser Zinkverbrauch eintritt. Man löst zunächst die Verbindungen und entfernt die Klemmschrauben. Hierauf hebt man die Zinke aus und stellt sie in ein großes Gefäß mit Wasser, um die noch anhängende Säure zu entfernen. Die Kohlen nimmt man aus den Zellen und stellt sie auf eine Tasse, damit die Säure ablaufen kann, oder man hebt sie auch sammt den Thonzellen (also ohne sie aus der Säure zu nehmen) aus den Batteriegefäßen und stellt sie in einen gut verschließbaren Kasten. Wird die Batterie häufig verwendet, so ist ein Auswaschen der Zellen und der Kohlen mit Wasser nicht zu empfehlen, weil durch diese Behandlung bei der Wieder- zusammenstellung der Batterie sämmtliche Poren mit Wasser erfüllt sind, welches dann die Säuren verdünnt. Sollen jedoch die Kohlen oder Zellen für längere Zeit aufgehoben werden, so sind sie vor dem Trocknen gut auszuwaschen, da sich sonst
Fig. 350.
Terassenbatterie nach Hauck.
in den Poren Krystalle bilden, die namentlich bei den Thonzellen dadurch schädlich werden, daß sie dieselben mürbe machen.
Die Anwendung der galvanischen Elemente zu verschiedenen Zwecken erfordert auch häufig ganz specielle Anordnungen, damit sie dem jeweiligen Zwecke möglichst gut entsprechen. Wir wollen nun solche eigenartige Anordnungen in einigen Beispielen näher kennen lernen.
Batterien für elektrische Beleuchtung
sollen nicht nur starke Ströme liefern, sondern diese müssen auch mehrere Stunden hindurch ihre Stärke constant erhalten. Die erste Forderung kann durch Anwendung von Chromsäure-Elementen erfüllt werden, die bekanntlich starke Ströme liefern. Jedoch nimmt deren Strom- stärke rasch ab; die Abnahme wird verzögert, indem man große Batteriegefäße anwendet, also größere Mengen von Säuren benützt, und den Zwischenraum zwischen Kohle und Zellwand mit Kohlenstücken füllt. Da aber auch dieser Kunstgriff noch keine befriedigenden Resultate giebt, sorgt man nach den Vorschlägen von
Chuto, Camacho
und Anderen dafür, daß die Säure im Maßstabe ihres Ver- brauches continuirlich durch neue Säure ersetzt wird.
Hauck
giebt der Säule zur Erreichung dieses Zweckes die in Fig. 350 dargestellte Anordnung. Die vierseitigen Batteriegefäße sind unten tubulirt und enthalten in der Mitte die Thonzelle mit dem Zinke, während zu beiden Seiten der Thonzelle die Kohlenplatten eingesetzt sind; der übrige Raum der Batteriegefäße wird mit Kohlenklein gefüllt. Die Elemente sind terrassenförmig aufgestellt; aus dem Tubulus jedes Batteriegefäßes führt ein entsprechend gebogenes Rohr in das nächst tiefer stehende Element. Die Säure fließt aus dem auf der höchsten Stufe aufgestellten Behälter tropfenweise in das oberste Element, von diesem in das nächst tiefer gelegene u. s. w.
Nach Hauck’s Angaben erhalten 12 Elemente dieser Art, deren Zinke 15 Centimeter breit und 20 Centimeter hoch sind, einen 60 Centimeter langen, 1 Millimeter starken Platindraht stundenlang in Weißgluth.
Gegenüber einer Batterie von Salpetersäure-Elementen zeichnet sich die beschriebene Batterie dadurch aus, daß sie keine Dämpfe entwickelt, weniger Ausgaben verursacht, geringeren Widerstand besitzt und 20 Stunden lang ohne merkbare Abnahme der Stromstärke in Verwendung stehen kann.
Die Batterie wird in der Weise außer Gebrauch gesetzt, daß man den Säure- zulauf absperrt und hieraus Wasser durchfließen läßt. Soll möglichst wenig Säure verloren gehen, so sperrt man den Säurezulauf noch während der Arbeitszeit der Batterie ab und läßt diese zum Schlusse ohne Erneuerung der Säure arbeiten; allerdings ist hierbei eine ständige Stromabnahme nicht zu vermeiden. In jedem Falle muß aber schließlich eine gute Durchspülung des Kohlenkleins mit Wasser stattfinden, da sonst die Poren durch Chromalaunkrystalle verschlossen werden. Ist die Schwelsäure in den Thonzellen erschöpft, so werden diese herausgehoben und entleert oder die erschöpfte Säure durch eine Pumpe entfernt.
Eine Beleuchtungsanlage von bedeutendem Umfange wurde im
Comptoir d’escomte
in Paris ausgeführt. Mannigfache Gründe gaben Veranlassung hierzu. Dachte man schon im Vorhinein daran, elektrische Beleuchtung einzuführen, um die hohen hier verwahrten Geldsummen so viel als möglich gegen Feuersgefahr zu schützen, so wurde man trotz der gegenwärtig weit verbreiteten Anwendung elektrischer Maschinen doch zur Benützung galvanischer Batterien bestimmt, weil nur diese im Stande zu sein schienen, die in diesem speciellen Falle gestellten Anforderungen zu erfüllen. Die Aufstellung elektrischer Maschinen würde auch jene einer Dampfmaschine erfordern, und hiermit käme ein Object in das Gebäude, welches gerade die Feuersicherheit wieder verringert. Ferner läßt sich der Bedarf des elektrischen Lichtes weder der Zeit noch dem Locale nach voraus bestimmen, sondern er ist vielmehr ein ganz
uuregelmäßiger
, zum Theile sogar von der Witterung abhängiger. Um jederzeit an beliebigem Orte Licht bekommen zu können, müßte also der Motor den größten Theil des Tages über laufen; man entschloß sich daher zur An- wendung von Batterien und wählte von diesen die Säule von
Grenet
und
Jarriant
.
Wir folgen in nachstehender Beschreibung der Anlage einem in
„La lumière électrique“
veröffentlichten Berichte. Jedes Element der Grenct-Jarriant-Säule besteht aus einem Batteriegefäße viereckiger Form, welches aus Ebonit gefertigt ist. Am Boden desselben befestigt und durch diesen nach außen führend befindet sich das Ueberfallsrohr
i
, Fig. 351, durch welches die Säure abfließt, sobald sie im Elemente eine bestimmte Höhe erreicht hat. Parallel zu den Wänden des Batterie- gefäßes sind vier Kohlenplatten
K
angebracht, welche die positive Elektrode bilden und durch eine Blei-Armatur
L
vereinigt werden. Die negative Elektrode ist aus kleinen Zinkcylindern gebildet, welche mit ihren unteren Enden in einer Kapsel stecken, die Quecksilber enthält, während die oberen Enden der Cylinder durch ein Kautschukband zusammen und an dem Metallstabe
S
festgehalten werden; das Quecksilber sorgt sowohl für guten Contact der Zinke unterereinander als auch dafür, daß sie stets gut amalgamirt bleiben. Die Zuführung neuer Säure besorgt das Rohr
E
, während durch das horizontale Rohr
D
und seine verticalen Abzwei- gungen
M
Luft durch die Batterieflüssigkeit geblasen wird. Eine zweite Röhrenleitung gestattet, die Elemente nach ihrem Gebrauche mit Wasser auszuspülen.
Die Säule besitzt also kein Diaphragma und tauchen Zink und Kohle in dieselbe Säure; da bei dieser Anordnung das Zink auch dann der Auflösung ausgesetzt ist, wenn die Säule nicht benützt wird, so mußte für eine Vorrichtung zum Ausheben der Zinke gesorgt werden. Bei der in Rede stehenden Installation ist dies in folgender Weise be- werkstelligt. Sämmtliche Elemente sind in Batterien zu je 48 auf Spannung verbunden und hierbei immer in zwei Reihen angeordnet. (Siehe auch Fig. 352.) Sämmtliche Metall- stäbe
S
, an welchen die Zinke befestigt sind, werden durch den horizontalen Holzrahmen
V
getragen und können also durch diesen gleich- zeitig gehoben oder gesenkt werden. Um hier- bei die Verbindung der Elemente hintereinander beständig zu erhalten, ist mit dem oberen Ende jedes Metallstabes
S
ein zweiter Metall- stab
Q
verbunden, welcher in eine an der Bleifassung
L
der Kohlen befestigte Röhre
P
taucht, die Quecksilber enthält. Hierdurch wird auch bei verschieden tiefem Eintauchen der Zinke in die Säure stets die Verbindung der Kohlenelektrode eines Elementes mit der Zinkelektrode des darauffolgenden Elementes erhalten. Das Heben und Senken selbst wird durch Vermittlung einiger Zahnräder und Gegengewichte in einfacher Weise ausgeführt (Fig. 352).
Die Säure wird durch das Rohr
B
zugeleitet und fließt durch den Hahn
C
in Schalen
D
, welche auf einer horizontalen
Fig. 351.
Grenet-Jarriant-Säule.
Axe so befestigt sind, daß sie bei einer bestimmten Füllung (z. B. einem Liter) umkippen und die Säure in die mit Trichtern
E
versehenen Röhren entleeren, welche in die Batteriegefäße führen. Die Flüssigkeit, welche bereits Dienste geleistet hat, fließt durch die Ueberfallsrohre
i
ab.
Einer der wichtigsten Punkte für ein befriedigendes Fungiren der Säule ist die richtige Regulirung der Säurebewegung sowohl durch Zu- und Abfluß, als auch durch das Einblasen von Luft, entsprechend der jeweiligen Arbeitsleistung der Batterie. Ist diese erreicht, so besitzt jede Batterie eine elektromotorische Kraft von 82 Volts bei einer Stromstärke von 24 Amp
è
res.
Zur Bereitung der Erregungsflüssigkeit verwenden Grenet und Jarriant nicht Kalium-, sondern Natriumbichromat, und zwar einen Theil Bichromat auf drei Theile Schwefelsäure und zehn Theile Wasser. Wird frische Flüssigkeit zum Betriebe der Batterie verwendet, so werden der Batterie 20 Liter per Stunde zugeführt; von einmal gebrauchter Säure läßt man 30 Liter, von zweimal gebrauchter Säure 40 Liter und von dreimal gebrauchter Säure 60 bis 80 Liter pro Stunde zufließen, worauf die Flüssigkeit außer Gebrauch gesetzt wird.
Die vollständige Installation des
Comptoir d’escomte
umfaßt 60 Batterien zu je 48 Elementen, deren jede eine Lampe mit Voltabogen oder 8 bis 10 Glüh- lichtlampen zu speisen hat.
Vom ökonomischen Standpunkte aus betrachtet, dürfte die eben geschilderte Beleuchtungsanlage wohl nicht zu empfehlen sein, da die Batterie Zink und Chrom- säure verzehrt, zwei Stoffe, die verhältnißmäßig theuer sind. Grenet und Jarriant
Fig. 352.
Grenet-Jarriant-Säule.
glauben allerdings die Betriebskosten auf jene Auslagen reduciren zu können, welche ihnen für die zur Regenerirung der Säure aufgewandten Kohlen erwachsen; doch bleibt immerhin noch zu erwägen, daß eben diese Regenerirung auch viele Hand- arbeit erfordert. Das Regeneriungsverfahren besteht im Wesentlichen im Folgenden: Die verbrauchte Flüssigkeit, welche hauptsächlich die Sulfate von Natrium, Chrom und Zink, sowie auch Schwefelsäure enthält, wird mit kohlensaurem Kalk versetzt, der die noch vorhandene Schwefelsäure neutralisirt, indem er sich mit ihr zu schwefelsaurem Kalk (Gyps) verbindet; gleichzeitig werden durch diese Operation Zink und Chrom als Zinkcarbonat (kohlensaures Zink) und Chromoxyd aus der Flüssigkeit gefällt, welche dann nur mehr schwefelsaures Natron enthält. Die Lösung wird von dem Niederschlage abgezogen und zur Krystallisation gebracht; dem Niederschlage setzt man gerade so viel Schwefelsäure zu, um das Zinkcarbonat in Zinksulfat zu verwandeln, welches man abermals von dem Niederschlage trennt und für sich zur Krystallisation bringt, während der nun nur mehr Chromoxyd und schwefelsauren Kalk enthaltende Niederschlag mit ungelöschtem Kalk und Natron- salpeter im Flammenofen geschmolzen wird. Aus der Schmelze gewinnt man das chromsaure Natron durch Auslaugen mit Wasser.
Bei Besprechung der Daniell-Elemente haben wir hauptsächlich deren große Beständigkeit schätzen gelernt, eine Eigenschaft, welche sie zum Betriebe elektrischer Lichter geeignet erscheinen lassen muß; freilich ist jedoch ihre Stromstärke in Folge des wesentlichen Widerstandes der Elemente eine ziemlich geringe. Man versuchte daher auf verschiedene Weise den Widerstand zu verringern, und diesem Bestreben verdanken z. B. die
Thomson-Säule
und die neue
Reynier-Batterie
ihr Dasein.
Bei der Thomson-Säule (Fig. 353) ist der Widerstand dadurch vermindert, daß die Thonzelle durch Pergamentpapier ersetzt wird. Jedes Element besteht aus einem flachen Holztroge
A
, dessen innere Bodenfläche mit Kupfer oder, weil sich solches ohnehin gleich niederschlägt, mit Blei ausgeschlagen ist. In den vier Ecken
Fig. 353.
Thomson-Säule.
dieses Troges sind Holzklötzchen angebracht, auf welchen die in Form eines Rostes gegossene Zinkplatte
Z n
ruht. In den Trog kommt Kupfervitriollösung und die Zinkplatten werden mit Pergamentpapier umhüllt, so daß jede Platte in eine Zelle von Pergamentpapier eingeschlossen erscheint. Diese Zellen erhalten als Füllung Wasser oder eine Lösung von Zinkvitriol.
Beim Zusammenstellen von Batterien, was durch Uebereinanderstellen der Elemente bewirkt wird, hat man darauf zu achten, daß die Elemente horizontal gestellt werden, damit die Flüssigkeiten sich gleichmäßig ausbreiten können. Die einzelnen Elemente werden untereinander durch Bleistreifen verbunden, welche von der Belegung eines Troges ausgehen und zum Zinke des nächsten führen. Da die Elemente verhältnißmäßig schwer sind, wird man gut daran thun, nie mehr als acht bis zehn Elemente übereinander aufzustellen. Das Pergamentpapier kann auch ganz wegbleiben und die beiden Flüssigkeiten bilden dann zwei übereinanderstehende Schichten wie im Callaud-Elemente.
Die Säule besitzt zwar keine hohe elektromotorische Kraft, zeichnet sich aber durch einen sehr geringen Widerstand aus. Sie giebt einen sehr constanten Strom,
Urbanitzky
: Elektricität. 33
wenn man von Zeit zu Zeit Zinkvitriollösung entfernt und durch Wasser ersetzt; dies ist namentlich dann sorgfältig auszuführen, wenn das Pergamentpapier weg- gelassen wurde. Hierin liegt ein Nachtheil der sonst sehr brauchbaren Säule. Früher diente sie in der submarinen Telegraphie zum Betriebe des Siphon-Recor- ders, kann aber wegen ihres constanten Stromes auch für Beleuchtungszwecke in Anwendung kommen.
In
Reynier
’s Batterie (Fig. 354) ist das Daniell-Element in folgender Weise umgestaltet: Die Kupferelektrode hat die Form eines vierseitigen Troges von 44 Centimeter Länge, 22 Centimeter Höhe und 5 Centimeter Breite. Die Zink- platte
A
, um 10 bis 12 Centimeter kürzer als die Kupferelektrode, ist in Perga- mentpapier
B
eingehüllt. An der kurzen Seite eines jeden Elementes ist ein Körbchen zur Aufnahme von Kupfervitriolkrystallen und weiter unten ein mit einem Schlauch versehenes Abflußrohr angebracht, welches durch Losmachen von seinem oberen Aufhängepunkte der verbrauchten Flüssigkeit abzufließen gestattet. Die Elemente
Fig. 354.
Reynier-Batterie.
werden untereinander durch Blechstreifen, die von den Zink-, beziehungsweise Kupferplatten ausgehen, unter Vermittlung von Klemmschrauben verbunden. Man beschickt die Elemente mit Kupfervitriollösung,
Um den Widerstand zu vermindern, setzt Reynier der Kupfervitriollösung noch andere Salze, wie z. B. Chlorkalium, Kochsalz, Ammoniumsulfat, Natriumsulfat u. s. w., zu.
welche zum Theile durch das Pergamentpapier dringt, dort zerlegt wird und so die Schwefelsäure für das Zink liefert.
Das Zinksulfat diffundirt durch die Zellwand, worin es noch durch den elektrischen Strom unterstützt wird, und sammelt sich im Kupfergefäße an. In 24 Stunden ersetzt man per Element einen Liter Flüssigkeit durch Wasser. Im April 1882 hatte Reynier 500 solcher Elemente aufgestellt und 68 derselben zum Laden von Secundär- Elementen und mit diesen zur elektrischen Beleuchtung in Verwendung gebracht. Nach den von ihm durchgeführten Versuchen leisteten 68 Elemente in 8 Stunden eine Arbeit gleich der eines Pferdes bei einem Kostenaufwande von 16 Francs. Die Anwendung dieser Elemente stellte sich allerdings theurer als jene des Leuchtgases, aber immerhin billiger als eine Beleuchtung durch Kerzen. (Die Anschaffungs- und Amortisationskosten wurden hierbei nicht in Betracht gezogen.)
Batterien für medicinische Zwecke
sind allerdings in mannigfachen Varia- tionen und in großer Anzahl hergestellt worden; doch ist hierbei nicht zu übersehen, daß eigentlich nicht die verschiedenen Elemente, sondern vielmehr die Art ihrer Zusammenstellung, die Ausführung der Nebenapparate und auch die Person des sie benützenden Arztes die Brauchbarkeit der Batterie bestimmen. Im Allgemeinen fordert man von einer derartigen Batterie, daß sie einen möglichst constanten und dabei andauernden Strom liefert, daß der Arzt die Elemente in beliebiger Zahl und Reihenfolge benützen kann, während gleichzeitig bei den unbenützten Elementen kein Materialverbrauch eintritt; daß sämmtliche Manipulationen bei ihrem Gebrauche sowie auch bei der Reinigung, Instandsetzung u. s. w. möglichst einfach ausgeführt werden können und daß die Anwendung ätzender oder übelriechender Substanzen ausgeschlossen erscheint. Für bestimmte Zwecke verlangt man auch die Transport-
Fig. 355.
Schieberstromwähler.
fähigkeit der Batterie. Wir unterscheiden daher die Batterien in
stationiäre
und
transportable
.
Bevor wir jedoch solche Batterien näher in’s Auge fassen, wollen wir einen Nebenapparat kennen lernen, der uns bisher noch in keinerlei Form entgegengetreten ist, nämlich einen
Stromwähler
oder
Elementenzähler
. Man versteht darunter einen Apparat, welcher gestattet, durch Ein- oder Ausschaltung von Elementen den Strom beliebig verstärken oder schwächen zu können, ohne daß während dieser Manipulation der Stromkreis unterbrochen wird. Ohne uns auf die verschiedenen Arten dieser Apparate, als: Stromwählerschnur, Schlittenstromwähler Kurbelstrom- wähler, Schieberstromwähler u. s. w., überhaupt einzulassen, wollen wir uns nur einen derselben, nämlich den Schieberstromwähler, etwas näher besehen.
Fig. 355 stellt eine derartige Vorrichtung für zehn Elemente dar. Die Elemente sind hintereinander verbunden und überdies führt von jedem Verbindungs- streifen aus noch ein Draht zu einer Reihe von Contacten (Metallstreifen 0 bis 10). Ueber die an ihren vorderen Enden abgerundeten Contactstreifen kann durch den Schieber
D
, welcher auf der Metallschiene
C
gleitet, das durch eine Feder
E
niedergedrückte Contactstück in der einen oder andern Richtung verschoben werden.
33*
Da nun die Klemmschraube
A
mit dem Contactstücke
O
, die Klemmschraube
B
mit der Schiene
C
in leitender Verbindung steht, so kann man durch Verschieben von
D
die Zahl der Elemente, welche in den Stromkreis einbezogen werden soll, beliebig wählen. Hierbei ist die Entfernung je zweier aufeinander folgender Con- tactstreifen voneinander, beziehungsweise die Breite des schleifenden Contactstückes
Fig. 356.
Stationäre Batterie von Mayer \& Wolf.
an
E
, so bemessen, daß das Gleitstück einen Contactstreifen noch nicht verlassen hat, wenn es bereits mit dem darauf folgenden in Berührung getreten ist.
Mit diesem Nebenapparate und anderen Hilfsvorrichtungen ausgerüstete Batterien werden wieder in mannigfachster Form angefertigt. So stellt Fig. 356 eine stationäre Batterie vor, wie sie z. B. von
Mayer
\&
Wolf
(in Wien) hergestellt wird. Die Batterie, bestehend aus 40 bis 60 Siemens-Elementen, befindet sich in zwei Fächern eines mehr oder minder elegant ausgeführten Kastens, der in der Form verschiedener Möbelstücke, wie etwa in der eines Schreibtisches, eines Schrankes u. s. w., gebracht sein kann. Der Batterie sind beigegeben: zwei Kurbelstromwähler, Stromwender, Stromwechsler, Batterieschalter, Bussole und Inductions-Apparat. Gegenüber den
Siemens-Remak
’schen Apparaten, wie solche von Krüger und Hirschmann in Berlin hergestellt werden, hat der oben genannte, ihnen im Wesentlichen nachgebildete den Vortheil, daß die Elemente bequem gefüllt. gereinigt und überhaupt beaufsichtigt werden können. Je 20 oder 30 derselben stehen nämlich in eigenen Elementenkästen, welche aus dem Batterieschranke heraus- genommen und wieder hineingestellt werden können, ohne daß man hierbei genöthigt wird, irgend welche Schrauben oder Verbindungsdrähte zu lösen oder zu schließen. Jedes der Elemente hat in seinem Batteriekasten ein eigenes Fach und steht mit
Fig. 357.
Chromsäurebatterie nach Heller.
seinen Polen mit Platinknöpfen in Verbindung, welche an der Rückseite des Batteriekastens angebracht sind und beim Einsetzen dieser in den Schrank gegen federnde Platincontacte gepreßt werden, welche mit den Stromwählern, Strom- wendern ꝛc. in Verbindung stehen.
Die Verbindung der Elemente mit den Kurbelstromwählern ist derart ausgeführt, daß die Elemente von der Mitte der Batterie nach den beiden Enden zu successive eingeschaltet werden können. Dies eclaubt, abwechselnd die eine und die andere Hälfte der Elemente zu benützen, was wichtig ist, weil sonst die ersten immer benützten Elemente bedeutend rascher unbrauchbar werden als die letzten, also eine gleichartige Beanspruchung sämmtlicher Elemente unmöglich gemacht wird.
Zu den für ärztliche Zwecke häufig verwendeten Batterien gehören auch die aus Chromsäure-Elementen zusammengestellten. Fig. 357 stellt eine Chromsäure- Tauchbatterie in der Form dar, welche ihr von F.
Heller
in
Nürnberg
gegeben wird. Heller legt besonderen Werth darauf, daß in Folge möglichst einfacher Berbindungen die Auswechslung unbrauchbar gewordener Zinke in bequemer Weise ermöglicht wird und daß auch die einzelnen Manipulationen während des Gebrauches der Batterie auf ein Minimum reducirt werden.
Die Kohlen und die Zinke sind in die Bohrungen eines Brettes
b b
hinein- gesteckt, welches auf einem allseitig offenen Eisengestelle ruht. Die Auswechslung alter Kohlen bewirkt man einfach durch Herausziehen derselben aus dem Brette und Hineinstecken von frischen. Ebenso verfährt man beim Zink; nur hat man hier noch einen Messingkopf ab- und auf das neue Zink aufzuschrauben. Die Schaltung und Verbindung der einzelnen Elemente unter sich wird durch die an einem Rahmen
r
unten angebrachten Metallfedern
f
bewirkt. Dieser Rahmen besitzt die Form eines auf- und zuschlagenden Deckels, der durch die Federn die einzelnen Elemente verbindet, wenn er herabgedrückt und durch die Haken
h h
niedergehalten wird. Hat man den Apparat nicht im Gebrauch, so ist es zur Schonung der Federn gut, wenn man die beiden Sperrhaken auslöst.
Die Batteriegläser sind verhältnißmäßig groß und fassen daher ein für längere Zeit ausreichendes Säurequantum. Bedürfen sie einer neuen Füllung, so wird das die Elektroden tragende Brett
b b
herausgehoben, worauf die Gläser leicht herausgenommen werden können. Um die Batterie in Thätigkeit zu setzen, werden die im Gestelle
g s
angeordneten Gläser durch die Kurbel
k
in die entsprechende Höhe gehoben. Die Batterie ist auch noch mit einem Stromwender und einem Stöpselstromwähler versehen.
Eine
transportable
Chromsäure-Batterie ist in Fig. 358 abgebildet; selbe ist nach Dr.
Spamer
’s Angaben von R.
Galle
(Berlin) construirt. Zink und Kohle tauchen in dieselbe Flüssigkeit (bestehend aus Kaliumbichromat, Wasser, Schwefelsäure und Quecksilbersulfat). Diese Lösung befindet sich in drei voneinander getrennten Zellreihen aus Hartgummi, die am Boden des Kastens in einer nach rückwärts ausziehbaren Holzschublade stehen. Entsprechend den drei Zellreihen sind Zinke und Kohlen an drei Leisten zu je zehn Stück angebracht. Die Kohlenstäbe sind vierseitig prismatisch, die Zinke cylindrisch gestaltet und beide unten zugespitzt, um das Abtropfen der Säure beim Herausheben der Elemente zu erleichtern. Beide sind mit einem säurefesten Harzüberzuge bis gegen ihr unteres Ende versehen.
Jede der drei Leisten, welche die Zinkcylinder und Kohlenstäbe tragen, ist für sich beweglich. In der höchsten Lage, wie die Figur sie zeigt, werden sie außer der Gebrauchszeit dadurch gehalten, daß man die an der Außenwand des Kastens sichtbaren Schrauben anzieht. Durch eine leichte Drehung an diesen Schrauben in entgegengesetzter Richtung wird die Befestigung hier gelöst und die betreffende Leiste gleitet dann in der Richtung der Ausschnitte in der Kastenwand herab, wodurch sich die Kohlen und Zinke in die mit Flüssigkeit gefüllten Zellen senken. Man läßt immer nur jene Leiste herunter, deren Elemente man gerade benützen will, wodurch die besonders starke Abnützung einer bestimmten Elementengruppe vermieden wird; überdies bleiben auch jene Elemente, welche nicht in Verwendung stehen, außerhalb der Säure, was nicht bei allen derartigen Batterien der Fall ist. Man ist jedoch nicht an die Anwendung ganzer Elementreihen gebunden, sondern kann Elemente in ganz beliebiger Anzahl (bis zu 30 im abgebildeten Modelle) in den Stromkreis vereinigen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß auf sämmtlichen Zinken verticale Stifte befestigt sind und auch jene Kohlen, welche an den Enden einer Reihe stehen, solche Stifte tragen. Die Leitungsschnüre, welche zur Verbindung dienen, sind an einem Ende mit gewöhnlichen Drahtenden zum Einklemmen in die Polklemmen der Batterie versehen, an den entgegengesetzten Enden besitzen sie aber federnde Metallhütchen, welche mit Reibung auf die vorerwähnten Stiften geschoben werden könnten. Will man also z. B. die ersten sieben Elemente benützen, so klemmt man eine Leitungsschnur in die Klemmschraube
A
und steckt ihr federndes Hütchen auf den Stift des Zinkes vom siebenten Elemente. Die zweite Leitungsschnur wird
Fig. 358.
Chromsäurebatterie nach Dr. Spamer.
auf den Stiften der Kohle des ersten Elementes gesteckt und mit dem zweiten Ende in der Klemmschraube
B
befestigt.
Damit während des Gebrauches der Batterie ein Verändern der Elementen- zahl ohne Stromunterbrechung ermöglicht wird, ist eine der Leitungsschnüre an einem Ende gabelförmig getheilt und tragen beide Enden dieser Gabel federnde Hütchen. Man löst das eine Hütchen erst dann von dem betreffenden Messingzapfen, nachdem man das andere an der neugewählten Stelle aufgesetzt hat.
Der vordere Theil des Kastens enthält in seiner unteren Hälfte eine Lade zur Aufbewahrung der Leitungsschnüre und Elektroden, in seiner oberen Hälfte das Galvanometer, den Commutator
C
und die Polklemmen
K
,
Z
zur Aufnahme der Stromableitungsschnüre.
Die Füllung der Zellen geschieht mit der anfangs erwähnten Flüssigkeit. Für die zum Transport bestimmte Batterie genügt es vollständig, in jede Zelle 10 Kubikcentimeter dieser Flüssigkeit zu gießen. Nach dem Gebrauche hebt man die Leisten langsam empor und läßt dann die Batterie einige Minuten stehen; sodann wird ein Hartgummideckel mit erhöhtem Rande auf die Zellenreihe von rückwärts aufgelegt.
Leiter’s transportabler Braunstein-Batterie
rühmt man eine aus- reichende und constante Stromstärke bei billigem Preise und bequemer Handhabung nach. Eines dieser Braunstein-Elemente ist in Fig. 359 abgebildet. Die Zellen des Elementes sind, um es nicht der Gefahr des Zerbrechens auszusetzen, aus Hart- gummi angefertigt. In dem vierseitig prismatischen Hartgummigefäße
B B
ist der Hartgummicylinder
G Z
befestigt, welcher drei übereinander angebrachte Schlitz- reihen besitzt; er dient zur Aufnahme des Zinkstabes. Der Raum zwischen den Gefäßwänden
B B
und dem Cylinder wird mit Braunstein und Kohlenklein gefüllt,
Fig. 359.
Leiter’s Braunstein-Element.
während in einer Ecke des Gefäßes der Kohlenstab
K
eingesetzt ist. Ein Platindraht
P
verbindet ihn mit dem Zinkzapfen
S
, der die „Ausleitung“ (einen Pol) des Elementes bildet. Als erregende Flüssigkeit gießt man Salmiaklösung in die Zelle
Z
. Die Braun- stein- und Kohlenfüllung des Batteriegefäßes ist durch eine Asphalt- schichte abgeschlossen.
Sollen mehrere derartige Elemente zu einer Batterie ver- bunden werden, so bedarf man hierzu weder irgend eines Drahtes noch irgend einer Klemme. Die Zinkstäbe sind nämlich an ihrem oberen Ende rechtwinkelig abgebogen und am Ende ihres wag- rechten Theiles mit einer konischen Ausbohrung versehen. Diese Bohrung paßt genau auf den konisch abgedrehten Zapfen, welcher die Ausleitung des Braunstein-Kohlenpoles bildet. Man hat also, um mehrere Elemente zu einer Kette zu verbinden, nichts zu thun, als auf den Ausleitezapfen jedes vorhergehenden Elementes das Zink jedes nachfolgenden Elementes mit seiner konischen Ausbohrung aufzustecken. Die Schwere des Zinkstabes ist hinreichend, um einen genügenden Contact zu sichern. Will man eine solche Batterie außer Gebrauch setzen, so werden die Zinke herausgehoben, gereinigt und für sich aufbewahrt und die Hartgummizellen durch eingeriebene Deckel aus demselben Materiale luftdicht verschlossen.
Die Zusammenstellung einer solchen Batterie in einem verschließbaren Kasten
K
zeigt Fig. 360. Die Verbindung einer beliebigen Anzahl von Elementen zu einer Batterie wird in der vorhin angegebenen Weise bewerkstelligt und hierbei richtet man die wagrechten Theile der Zinke in den aufeinanderfolgenden Reihen abwechselnd nach rechts und links. Durch eine horizontale Leiste und die Schraube
S r
können die Elemente festgehalten werden. Sehr bequem ist die von
Leiter
benützte Form des Stromwählers
S
. Dieser besteht nämlich aus einem Schlitten, der mit einer Nuth über die Ableitezapfen gleitet. Diese Einrichtung und der separate Verschluß jedes Elementes gestattet, die Elemente in jeder beliebigen Zahl in irgend einem Kästchen oder sogar auch nur in einem verstellbaren Holzrahmen zu einer Batterie zu vereinigen, da man keines gemeinschaftlichen Deckels mit den Verbin- dungsstücken der einzelnen Elemente untereinander oder irgend einer Stromwähler- Vorrichtung bedarf. Man ist deshalb auch nicht genöthigt, den ganzen Batterie- kasten mitzuschleppen, wenn man nur einige Elemente benöthigt, wie dies bei anderen tragbaren Batterien der Fall ist.
Auch die Instandsetzung und Außergebrauchsetzung der Batterie ist eine sehr einfache. Die gewünschte Anzahl von Elementen wird ihrer Deckel entledigt und dann in der vorbeschriebenen Art verbunden. Die Deckel
D f
der einzelnen Zellen kann man einstweilen in den Deckel des Batteriekastens legen. Hierauf schraubt man in den Zinkpol
Z p
des ersten Elementes die eine Ableitungsschnur ein und setzt den Stromwählerschlitten
S
mit der zweiten Ableitungsschnur auf den Ableitungs-
Fig. 360.
Leiter’s Braunstein-Batterie.
zapfen des sovielten Elementes als man Elemente von der vorbereiteten Batterie benützen will.
Die Batterie wird außer Gebrauch gesetzt, indem man die Ableitungsschnüre und den Stromwählerschlitten entfernt, die Zinke heraushebt, abspült, trocknet und für sich aufbewahrt; man kann sie in die Locher eines im Batteriekasten hinter den Elementen bei
Z
angebrachten Brettes stecken. Die Hartgummizellen werden dann mit ihren Deckeln verschlossen.
Wir wollen schließlich noch ein Beispiel einer Batterie kennen lernen, wie solche in einem ganz speciellen Theile der praktischen Heilkunde, nämlich in der
Galvanocaustik
zur Verwendung kommen. Hierbei ersetzt ein durch den galvanischen Strom zum Glühen gebrachter Platindraht die früher in Anwendung gestandenen Brenneisen oder richtiger gesagt, er leistet noch bedeutend mehr als das Brenneisen, da man mit letzterem nur brennen, also nicht gleichzeitig schneiden konnte. Das Schneiden mit der glühenden Drahtschlinge hat den Vortheil, daß hierbei die Blutung fast ganz vermieden werden kann, daß man mit dieser Schlinge auch im Stande ist, an sonst sehr schwer zugänglichen Stellen zu operiren, daß die Glühhitze nur dort wirkt, wo man sie wirken lassen will, während das Glüheisen glühend
Fig. 361.
Leiter’s Bakterie für Galvanocaustik.
Fig. 362.
Batteriedeckel.
eingeführt werden mußte und hierbei oft auch an Stellen die Wirkungen der Hitze nicht hintangehalten werden konnten, an welchen keine Einwirkung beabsichtigt war; der Platindraht wird hingegen kalt eingeführt und durch Stromschluß erst dort zum Glühen gebracht, wo man operiren will. Die Galvanocaustik dankt ihre Ausbildung in erster Linie A.
Middeldorpf
.
Da es sich in der Galvanocaustik um die Anwendung eines Platindrahtes handelt, der durch den galvanischen Strom zum Glühen erhitzt werden soll, so erkennen wir sofort, daß die bisher beschriebenen Batterien sich hierzu nicht gut eignen. Der äußere Stromkreis ist eine kurze Platinschlinge, bietet also einen verhältnißmäßig geringen Widerstand dar; es muß daher auch, um vortheilhaft zu arbeiten, eine Batterie mit geringem inneren Widerstande, d. h. eine großplattige Batterie verwendet werden. Hingegen kann die Zahl der Elemente eine sehr kleine sein; es genügen meist zwei Elemente.
Auch für diesen Zweck hat unter Anderen wieder
Leiter
in Wien ebenso zweckmäßige als bequeme Apparate zusammengestellt. Einer derselben, eine ent- sprechend modificirte Bunsen-Batterie, ist in Fig. 361 abgebildet. Der Apparat besteht aus den zwei Kästen
K
und
K
1
, deren erster die Batterie, deren zweiter die Flaschen mit der zur Füllung der Elemente nöthigen Schwefel- und Salpeter- säure enthält.
Der Batteriekasten enthält das zweitheilige Batteriegefäß
T
aus Hartgummi; in jeder Abtheilung desselben befindet sich eine rechtwinkelig flache Thonzelle zur Aufnahme der Kohlenplatte und Salpetersäure. Auf beiden Seiten der Kohlenplatte jedes der beiden Elemente steht außerhalb des Diaphragmas eine Zinkplatte verdünnter Schwefelsäure. Die Elemente werden durch einen zweitheiligen Deckel
C
aus Hartgummi (in Fig. 362 separat gezeichnet) verschlossen. Auf diesem Deckel sind auch die Polklemmen der Elemente angebracht. Man setzt zunächst jene Hälfte des Deckels auf, auf welcher die Klemmen befestigt sind, und verbindet dann die Ableitungsdrähte der Elementplatten mit den horizontalen Klemmschrauben; diese sind mit den verticalen Klemmen derart verbunden, daß die Benützung der Klemmen 1 und 2 den Strom eines, die der Klemmen 1 und 3 den beider Elemente in den äußeren Stromkreis sendet. Das Fach bei
f
im Kasten
K
dient zur Aufbewahrung der Zinkplatten, wenn die Elemente nicht verwendet werden.
Der Kasten
K
1
enthält eine Flasche
S p
für die Salpetersäure und eine Flasche
S f
für die Schwefelsäure, eine mit Druck- und Saugventil versehene Gebläsevorrichtung und Ausflußröhren aus Glas. Die beiden letzteren werden in dem mit entsprechenden Ausschnitten versehenen Brette
L
aufbewahrt.
Die Batterie wird in Stand gesetzt, indem man zunächst die Zink- und Kohlenplatten in die Batteriegefäße, beziehungsweise Diaphragmen einsetzt und die Verbindungen mit den Klemmschrauben herstellt. Hierauf füllt man die Säure unter Anwendung der Gebläsevorrichtung ein. Letzteres ist für die Füllung des Batteriegefäßes des einen Elementes mit Schwefelsäure in der Fig. 361 dargestellt. Man setzt das Glasrohr
k
mit seinem längeren Schenkel in die Säureflasche, verbindet den Kautschukschlauch mit dem Druckventile der Gebläsevorrichtung
P
1
, drückt die Kautschukkappe
K s
auf den Flaschenhals auf und preßt nun
P
1
zusammen. Die aus der Gebläsevorrichtung in die Flasche überströmende Luft bringt dann die Säure zum Ueberfließen in das Batteriegefäß. In gleicher Weise wird natürlich auch die Füllung der Zellen mit Salpetersäure bewirkt.
Hat man die Batterie außer Gebrauch zu setzen, so werden nach Lösung der Klemmenverbindungen die Platten herausgehoben, gereinigt und aufbewahrt. Die Säure entfernt man aus den Gefäßen wieder mit Hilfe der Gebläsevorrichtung. Die jetzt zu treffende Anordnung unterscheidet sich von der vorigen dadurch, daß man nun den längeren Schenkel der Glasröhre in die Thonzelle oder das Batterie- gefäß senkt und den Kautschukschlauch mit dem Saugventile der Gebläßvorrichtung in Verbindung setzt. (Es ist dies in der Zeichnung für die Flasche
S p
und das vordere Element dargestellt). In Folge des Aussaugens der Luft aus der Flasche treibt der äußere Luftdruck die Säure in die Flasche zurück und die Batteriegefäße werden entleert.
Diese Batterie läßt sich, wie aus obigem zu ersehen, leicht füllen und entleeren, ist überdies leicht transportabel, sicher in ihrer Wirkungsweise und während des Gebrauches bequem zum handhaben.
Specielle Anforderungen werden auch an die sogenannten
Bündbatterien
gestellt. Solche kommen sowohl in der Civil- als auch Militär-Sprengtechnik zur Anwendung. Bei ersterer im Berg- und Tunnel-, Straßen- und Eisenbahnbau, bei Flußregulirungen und submarinen Arbeiten, sowie auch in Steinbrüchen zum Sprengen von Felsen u. s. w. Die Anwendungen für militärische Zwecke erstrecken sich auf das Abfeuern von Seeminen, Torpedos, Fougassen, Demolirungsminen, gleichzeitiges Abfeuern mehrerer Geschütze, wie z. B. die der ganzen Breitseite eines Schiffes u. s. w. Obwohl zum Entzünden des Zündsatzes sehr verschiedene Apparate (reibungselektrische, inductionselektrische, influenzelektrische und galvanische) zur Verwendung kommen, unterscheidet man doch nur zwei Arten der Zündung, nämlich durch den elektrischen Funken und durch einen glühenden Draht; es bewirkt also in allen Fällen die Wärmewirkung des elektrischen Stromes die Zündung.
An dieser Stelle haben wir uns nur mit der Zündung durch einen glühen- den Draht zu beschäftigen, da nur diese Methode mit Batterien praktisch ausführbar ist. Ohne auf derartige Zündungen näher einzugehen, wollen wir hier nur einige Batterien kennen lernen, die für diesen speciellen Zweck construirt wurden, vorher aber kurz die Frage beantworten, in welchen Fällen die Anwendung von Zünd- batterien jener anderer Zündapparate vorzuziehen ist.
Die Beantwortung dieser Frage lautet ganz allgemein gefaßt dahin, daß Batterien in allen Fällen anzuwenden sind, in welchen eine Reihe von Spreng- ladungen längere Zeit (Tage oder Wochen) hindurch derart zur Activirung bereit sein müssen, daß die Entzündung derselben in jeder beliebigen Secunde und zwar auch antomatisch, z. B. durch den an die Mine anrennenden Feind geschehen kann, oder auch, wenn die Zündung in einem genau gegebenen ganz kurzen Zeitmomente bewirkt werden muß. Der erste Fall tritt z. B. ein bei der Sperrung eines Hafens durch eine Kette elektrischer Contact- oder Beobachtungsminen, bei der Vertheidigung einer cernirten Festung durch Minen. Der letzterwähnte Fall tritt ein, wenn die Geschütze der Breitseite eines Schiffes bei hohem Seegange abgefeuert werden sollen, weil hier wegen des starken Schwankens des Schiffes nur ein ganz kurzer periodisch wiederkehrender Moment zum Abfeuern benutzt werden kann, wenn die Projectile ihr Ziel erreichen sollen. Vorstehendes möge zur allgemeinen Orientirung über die Verwendung der Zündbatterien genügen,
Ausführliches findet man in Dr. F.
Wächter
, „Die Anwendung der Elektricität für militärische Zwecke“.
und dem nur noch beigefügt werden, daß in sehr vielen Fällen die Anwendung anderweitiger Zündapparate jener der Zündbatterien vorzuziehen ist.
In ältester Zeit benutzte man häufig
Hare’s
Calorimotor (siehe Seite 179), da dieser wegen der großen Oberflächen seiner Elektroden eine kräftige, wenn auch kurz andauernde Glühwirkung hervorzurufen im Stande ist. Im selben Maße als die galvanischen Elemente überhaupt verbessert wurden, stellte man dann natürlich auch für Zündbatterien die verschiedenartigsten Elemente zusammen. Da die Zünd- batterien häufig in Form transportabler Batterien verlangt werden, hat man im Allgemeinen hierzu solche Elemente anzuwenden, welche bei geringer Anzahl und bei geringen Dimensionen kräftige Ströme liefern. Solche Elemente sind die Zink- Kohlen-Elemente, zu deren Erregung Chromsäure oder Salpetersäure und Schwefel- säure angewandt werden.
So bedient sich die französische Genietruppe der in Fig. 363 abgebildeten Chromsäurebatterie. In einem vierseitigen mit Fächern versehenen Kasten stehen die Batteriegefäße für vier, acht und mehr Elemente je nach dem Bedarf. Die Zinkcylinder und die innerhalb befindlichen Kohlen sind an einem Brette befestigt, welches durch zwei Stangen, die mit dem Batteriekasten verbunden sind, geführt wird. Um diese Stangen sind Federn
S
gewunden, welche die Holzplatte mit ihren
Fig. 363.
Fig. 364.
Zündbatterien.
Zinken und Kohlen nach aufwärts drückt, diese also aus den mit Chromsäurelösung gefüllten Gefäßen aushebt. Auf der Holzplatte sind ferner Metallstreifen befestigt, welche die einzelnen Elemente hintereinander und mit den Polklemmen + und — der Batterie verbinden. Durch den Griff
b
können die Platten hinabgedrückt, d. h. in die Flüssigkeit eingesenkt werden, wodurch auch gleichzeitig der Stromkreis geschlossen erscheint und der Draht im Zündsatze zum Glühen kommt.
Die eben beschriebene Batterie ist zwar als Standbatterie ganz gut verwendbar, eignet sich jedoch nicht sehr gut zum Transporte, also z. B. im Felddienste. Für diesen ist die in Fig. 364 dargestellte Anordnung in Anwendung gebracht worden. Hierbei sind die Kohlen- und Zinkplatten an dem Deckel eines nach allen Seiten vollkommen wasserdicht abgeschlossenen Kastens befestigt. Die Chromsäurelösung füllt die Gefäße bis zur halben Höhe, so daß die Platten bei aufrechter Stellung des Batteriekastens außerhalb der Flüssigkeit stehen. Durch die Schrauben
S
und die umlegbare Handhabe
b
wird der Deckel fest auf den Kasten gepreßt und schließt diesen mit Hilfe einer Kautschukeinlage auch nach oben wasserdicht ab. Diese Batterie wird einfach dadurch activirt, daß man sie umlegt, wodurch dann die Platten mit der Säure in Berührung kommen.
Eine sehr compendiöse Zündbatterie, welche erst in neuester Zeit bei der französischen Genietruppe in Anwendung kam, ist in Fig. 365 abgebildet. In einem kleinen Cylinder (7 Centimeter Durchmesser, 11 Centimeter Höhe) aus einem Harze, welches von Säure nicht angegriffen wird, sind vier hohle Zinkcylinder
z
und in diesen vier Kohlencylinder
C
befestigt. Auch die Metalltheile, welche diese vier Elemente hintereinander verbinden, sind innerhalb der Gußmasse. Der ganze Harzcylinder ist nur unten bei
h
offen, damit die Säure zu den Zinken und Kohlen dringen kann und besitzt ferner noch bei
q
einige Oeffnungen, um der Luft den Abzug zu gestatten;
x x
1
sind die Polklemmen der Säule. Will man von ihr Gebrauch machen, so wird sie in ein Hartgummigefäß
Z
eingesenkt, welches
Fig. 365.
Zündbatterie.
einen wenig größeren Durchmesser besitzt als der Harzcylinder. Man bedarf daher zur Activirung der Säule nur einer geringen Menge von Chromsäure.
Da aber immerhin das Transportiren einer Säurelösung mit ätzenden Eigenschaften unbequem ist, so schlug Capitän
Puddot
vor, an Stelle der Chromsäure ein Gemenge von chlorchromsaurem Kali und saurem schwefelsaurem Kali zu nehmen und diese beiden Salze beim Gebrauche in Wasser zu lösen. Man erreicht hierdurch den Vortheil, daß man die Salze im festen Zustande transportiren kann. Eine derartige, vierelementige Batterie kann zur Zündung eines Glühzünders auf eine Entfernung von 400 Meter verwendet werden. Die gleichzeitige Activirung einer größeren Anzahl von Zündern erfordert natürlich eine entsprechende Vermehrung der hierzu angewandten Elemente.
Vielfältig werden auch die Leclanch
é
-Elemente (in der in Fig. 321 auf Seite 473 dargestellten Form) für Zündbatterien in Verwendung genommen. So sind das französische Ordonnanz-Element, das russische Zünd-Element und das norwegische Ordonnanz-Zünd-Element Leclanch
é
-Elemente. In der österreichischen Kriegsmarine stehen, wie bereits erwähnt, die Permanenz-Elemente von Markus in Gebrauch (Seite 473).
Secundär-Elemente (Accumulatoren).
Man versteht unter einem Accumulator einen Ausspeicherungs- oder Ansamm- lungs-Apparat, könnte daher mit diesem Namen den Conductor einer Elektrisir- maschine oder eine Kleist’sche Flasche belegen. In einem wie in dem anderen Falle wird Elektricität angesammelt, die dann wieder in einfacher Weise dem Ansamm- lungs-Apparate entzogen werden kann. Es bedarf wohl keiner weiteren Begründung, daß ein Apparat, welcher gestattet, Elektricität in großer Menge anzusammeln, die angesammelte Elektricität beliebig lange aufzubewahren und im gewünschten Momente wieder abzugeben, für die praktische Elektrotechnik von hohem Werthe sein muß. Betrachten wir aber von diesem Standpunkte aus die beiden oben genannten Apparate, so sehen wir sofort ein, daß durch diese der gedachte Zweck nicht erreicht werden kann. Sie gestatten nur die Ansammlung sehr unbedeutender Quantitäten und bewahren diese sehr unvollkommen auf; an eine praktische Verwerthung dieser Aufspeicherungs-Apparate ist daher nicht zu denken. Wenn wir uns das Verhalten der durch Reibungs- oder Influenzmaschinen erregten Elektricität in das Gedächt- niß zurückrufen, wird uns sofort klar, daß eine Aufspeicherung dieser, d. h. also hochgespannter Elektricität, überhaupt nicht ausführbar ist.
Erinnern wir uns hingegen an das Verhalten des galvanischen Stromes; dieser bedarf (sehr hohe Spannungen ausgeschlossen) keiner so ängstlich isolirten Leiter, er hält sich strenge auf dem ihm vorgeschriebenen Wege. Hier könnte also die Aufspeicherung der Elektricität ein erfolgreiches Unternehmen sein. Bei allen galvanischen Elementen, so mannigfach auch die Combinationen verschiedener Stoffe, aus welchen die Elektroden und Flüssigkeiten gebildet werden, sein mögen, tritt eine theilweise Veränderung dieser Stoffe ein, wenn das Element in Thätigkeit ist. Es werden auf elektrolytischem Wege die Elektroden physikalisch oder chemisch ver- ändert. Derartige physikalische Veränderungen haben wir bereits kennen gelernt und als Polarisation der Elektroden bezeichnet (Seite 250).
Leitet man den galvanischen Strom unter Vermittlung zweier Platinbleche durch Wasser, so wird dieses zersetzt und der an der positiven Elektrode aus- geschiedene Sauerstoff überzieht die positive Elektrode, der Wasserstoff die negative. Verbindet man hierauf die beiden Platinelektroden untereinander (mit Ausschluß der früher benutzten Stromquelle), so hat man in diesem Schließungsbogen selbst wieder ein galvanisches Element, zusammengesetzt aus Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser. Dieses sendet daher einen Strom durch den Schließungsbogen, der so lange anhält, als noch Wasserstoff an der einen und Sauerstoff an der andern Platin- platte vorhanden ist.
Es wurde also durch Einleitung eines Stromes in den Wasserzersetzungs- Apparat, das Voltameter, eine derartige physikalische Veränderung der Platin- Elektroden bewirkt, daß nun das Voltameter selbst sich in ein galvanisches Element verwandelte; dieses zweite Element ist also durch die Thätigkeit des ersten (oder richtiger der ersten, da ein Element das Wasser nicht zersetzt) entstanden und deshalb nennt man das erstere, oder überhaupt die galvanischen Elemente
Primär-Elemente
, das letztere
Secundär-Element
. Die eben angegebenen Processe scheinen also in der That eine Aufspeicherung der Elektricität darzustellen, denn die in das Voltameter hineingeleitete Elektricität des Primär-Elementes kann, sobald man das Voltameter für sich schließt, wieder herausbekommen werden.
Allerdings ist es nicht ein Aufspeichern der Elektricität wie im Condensator oder der Kleist’schen Flasche, sondern ein Umwandeln von Elektricität in chemische Spannkraft und darauf folgend die Zurückverwandlung in den ursprünglichen Zustand. Der primäre Strom trennte Wasserstoff und Sauerstoff voneinander und speicherte diese in den Elektroden auf; im Secundär-Elemente vereinigen sich Sauer- stoff und Wasserstoff wieder — die chemische Spannkraft verschwindet also — und hierfür tritt neuerdings Elektricität auf. Das Secundär-Element ist also, strenge genommen, kein Aufspeicherungs-Apparat für Elektricität, sondern ein Apparat, durch welchen Elektricität in chemische Spannkraft umgewandelt wird, die dann durch entsprechende Auslösung wieder im Stande ist, Elektricität zu liefern.
Diese Erwägung zeigt auch, daß die Beziehung Accumulator für Secundär-Element eine unrichtige ist.
Wie verhält es sich nun mit der praktischen Verwendbarkeit dieses Verfahrens? Die Anwendung des einfachen Voltameters, d. h. zweier Platinbleche in angesäuertem Wasser, als Secundär-Element zeigt wohl, daß hier der richtige Weg eingeschlagen wurde, um brauchbare Resultate zu erlangen, daß aber das Voltameter selbst noch nicht der praktisch verwerthbare Apparat ist. Die Platinbleche absorbiren eine viel zu unbedeutende Quantität von Wasserstoff und Sauerstoff; die Wirkung eines solchen Secundär-Elementes dauert deßhalb sehr kurze Zeit oder, anders ausgedrückt, das Voltameter ist nicht im Stande, größere Mengen von Elektricität in Form chemischer Spannkraft aufzuspeichern. An die Anwendung eines anderen Körpers als des Platins, nämlich die des Palladiums, welches eine bedeutend höhere Absorptionskraft besitzt, kann leider nicht gedacht werden, da der Preis dieses Materiales ein viel zu hoher ist.
Es kann jedoch die Veränderung der Elektroden auch noch auf andere als physikalische Weise bewirkt werden, die einen praktischen Erfolg wahrscheinlicher macht; es ist dies die Oxydation, beziehungsweise Reduction der Elektroden oder die chemische Umwandlung derselben. Die eine Elektrode verbindet sich mit dem durch den primären Strom ausgeschiedenen Sauerstoff, der anderen Elektrode wird durch den Wasserstoff Sauerstoff entzogen oder mit anderen Worten, die eine Elektrode wird oxydirt, die andere reducirt. Verbindet man dann beide Elektroden untereinander, so hat man ein Secundär-Element, welches so lange Elektricität liefern wird, als die oxydirte Elektrode noch Sauerstoff abgeben kann. Nach diesem Principe sind nun auch in der That die gegenwärtig in Gebrauch stehenden Secundär-Elemente construirt. Bevor wir jedoch auf die einzelnen Constructionen der Secundär-Elemente selbst eingehen, wollen wir einen kurzen Rückblick auf den historischen Gang werfen, welchen die Ausbildung der Secundär-Elemente nahmen.
Schon im Jahre 1802 machte
Gautherot
die Beobachtung, daß die beiden Platindrähte, welche bei der Wasserzersetzung als Elektroden dienten, sich polarisirten, daß sie durch Absorption von Sauerstoff, beziehungsweise Wasserstoff elektrisch different wurden. Es konnte daher durch Verbindung dieser beiden Elektroden ein secundärer Strom erhalten werden.
Kurze Zeit darauf, nämlich im Jahre 1803, baute J. W.
Ritter
die erste Secundär-Batterie. Metallscheiben gleichartigen Materiales wurden nach Art der Voltasäule unter Zwischenlage von befeuchteter Pappe aufeinandergeschichtet und die beiden Endplatten mit den Polen einer Voltasäule verbunden. War der Strom der Voltasäule einige Zeit durch die Secundärsäule gegangen, so zeigte dann diese dasselbe Verhalten wie die Voltasäule. Hierbei bildete jene Metallplatte, welche mit dem positiven Pole der Voltasäule in Verbindung gestanden war, den positiven, die mit dem negativen Pole der Voltasäule in Verbindung gestandene Platte den negativen Pol der Secundärsäule, d. h. also in der für sich geschlossenen Secundär- säule circulirte ein Strom, welcher dem früher durch sie gesandten Voltastrome entgegengesetzt gerichtet war.
Fig. 366.
Gaston Plant
é
.
Obwohl Ritter die Bedeutung seiner Experimente richtig zu würdigen wußte, stand er doch von einer weiteren Verfolgung derselben ab, da ihm hierzu die Mittel fehlten. Grundlegend für die Constructionen der Secundär-Elemente wurden jedoch erst die ausgedehnten und eingehenden Forschungen, welche
Plant
é
hierüber anstellte.
Recherches sur l’Électricité par G. Planté
, Paris 1879.
„Wenn man das heutige Streben vieler Elektrotechniker, die in den Accumu- latoren geleistete chemische Arbeit der Elektricität so gut als möglich industriell zu verwerthen, in seinen mannigfachen Aeußerungen betrachtet,“ schreibt
Kareis
in
Urbanitzky
: Elektricität. 34
der „Zeitschrift des Wiener elektrotechnischen Vereines“, „so wird man schwer glauben können, daß der eigentliche Schöpfer dieser Bewegung sich einer ähnlichen Absicht gar nie hingab. Wir sind in der Gegenwart gewohnt, alles Erforschte sofort in’s Praktische umzusetzen und es hierin den Engländern und Amerikanern gleichzu- thun, was ja durchaus nicht vom Uebel ist, sondern zu den schönsten Folgen theoretischer Arbeit und Forschung gerechnet werden muß. Allein höher wird unbestritten jener Mann in unserer Schätzung stehen, der theils mit der Freude am Untersuchen, theils mit dem selbstgewählten Ziel: den Schatz des Wissens nach besten Kräften zu mehren, sich Genüge leistet und die materielle Verwerthung ruhig Anderen überläßt. Solch ein Mann ist
Gaston Plant
é
. Wer sein Laboratoire in der Rue des Tournelles betritt, findet, daß hier die Wissenschaft weder die „melkende Kuh“, noch die „dienstbare Magd“, sondern die heitere, sinnige, ja geistreiche Genossin des Hauses ist, die ihrem Meister hilft: den Blitz auf Flaschen zu ziehen und die tiefen Geheimnisse der Wandlung einer Form der Kraft in die andere in leicht faßlicher, ansprechendster Weise zu veranschaulichen. So finden wir auch Plant
é
selbst heiter und freundlich; kein Zimmerhocker und Finsterling, son-
Fig. 367.
Plant
é
-Element.
dern ein ansprechender Weltmann von gewinnendsten Umgangsformen und vollendetster Gastlichkeit empfängt den Besucher in obgenannten Räumen.“
Plant
é
wurde im Jahre 1834 (am 22. April) zu Orthez (Departement Basses-Pyr
é
n
é
es) geboren und eröffnete seine wissenschaftliche Laufbahn als Präparateur Edm. Becquerel’s am
Conservatoire des arts et métiers
in Paris. Seine in dem bereits citirten Werke veröffentlichten Arbeiten über Elektricität begann er im Jahre 1859. Als wohlverdiente Anerkennungen wurde ihm im Jahre 1881 bei der Pariser Ausstellung für Elektricität die höchste damals verliehene Auszeichnung, nämlich das Ehrendiplom, zu Theil, von der Akademie der Wissenschaften der Preis
Lacaze
und von der
Société d’encouragement pour l’industrie nationale
die Medaille d’Amp
è
re verliehen.
Das Princip, dessen Plant
é
sich zur Construction seines Secundär-Elementes bediente, besteht in der
chemischen
Umwandlung der Elektroden durch den Ladungs- strom.
Allerdings hatte schon Sinstedten vor Plant
é
(1854) Bleiplatten zur Herstellung von Secundär-Elementen benützt, aber diese weder in eine praktisch verwendbare Form gebracht noch auch deren Verhalten eingehend studirt.
Zahlreiche Versuche ergaben als hierzu am besten geeignetes Material das Blei. Zwei mit Fahnen (Ableitungsstreifen) verschene 1 bis 1·5 Millimeter starke Bleiplatten werden mit Zwischenschaltung von 0·5 Centimeter starken Gummi- streifen aufeinandergelegt und dann gleich einer doppelten Papierrolle zusammen- gerollt (Fig. 367). Um den so erhaltenen Bleicylinder zusammenzuhalten, wird er mit einem Ebonitkreuze versehen. Dann stellt man ihn in ein mit verdünnter Schwefelsäure (gewöhnlich 1 zu 10) gefülltes Gefäß aus Glas oder Guttapercha und verschließt dieses durch einen Deckel. Letzterer ist mit einigen Oeffnungen ver- sehen, um die Fahnen durchzulassen und den sich entwickelnden Gasen freien Abzug zu gestatten. Man befestigt auf dem Deckel häufig noch zwei Metallzangen
A A
(Fig. 368), in welche ein Platindraht
F
eingespannt und durch die Entladung des Secundär-Elementes zum Glü- hen gebracht werden kann. Die Bleifahnen
G
und
H
, also auch die beiden Bleiplatten, sind mit Metall- streifen
M' M
in leitende Verbindung gesetzt, deren erster zu einer der beiden Zangen führt, deren zweiter unter einer mit der zweiten Zange verbundenen Feder
R
endigt. Wird die Schraube
B
herabgedreht, so ist auch die Bleifahne
H
mit der be- treffenden Zange verbunden. Die Streifen
G
und
H
tragen zwei Klemmen, um die Poldrähte jener Elektricitätsquelle aufzunehmen, welche zur Ladung des Secundär- Elementes benützt werden soll. Als solche genügen z. B. zwei Bunsen- sche Elemente. Bei herabgedrehter Schraube
B
sind die Bunsen-Ele- mente mit dem Secundär-Elemente parallel geschaltet und geht daher der Strom aller Elemente durch den Platindraht
F
.
Bei der Ladung des Secundär- Elementes, d. h. beim Einleiten eines elektrischen Stromes in das-
Fig. 368.
Plant
é
-Element.
selbe, gehen nachstehende Processe vor sich. Der elektrische Strom zersetzt das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff und scheidet hierbei den ersteren an der positiven, den letzteren an der negativen Bleiplatte ab. Dadurch wird die positive Bleiplatte an ihrer Oberfläche oxydirt und erhält auf diese Weise einen braunen Ueberzug von Bleisuperoxyd; die negative Bleiplatte bleibt blank. Verbindet man nun beide Platten durch einen Draht, so circulirt durch diesen ein Strom, hervorgerufen durch ein Element, welches aus Bleisuperoxyd, Blei und verdünnter Schwefelsäure besteht. In diesem Elemente geht nun der Strom umgekehrt wie bei der Ladung, weshalb jetzt der Wasserstoff an der Bleisuperoxydplatte abgeschieden wird und auf diese reducirend wirkt; dem Bleisuperoxyd wird also der Sauerstoff entzogen und dieses selbst wieder in Blei verwandelt. Das Ende dieser Umwand-
34*
lung bedeutet auch das Ende des Stromes; das Secundär-Element ist dann entladen.
Aus diesen Thatsachen ersieht man, daß durch das Laden des Secundär- Elementes chemische Veränderungen der Bleiplatten in der Art bewirkt werden, daß diese dann geeignet erscheinen, ein galvanisches Element zu bilden; die Ent- ladung ist die Wiederherstellung des ursprünglichen Zustandes und wieder ein chemischer Proceß. Man entnimmt also hieraus, daß, wie bereits oben erwähnt, das Secundär-Element nicht als eine Aufspeicherungsvorrichtung speciell für Elektricität betrachtet werden kann, sondern daß es nur zur Aufspeicherung wieder auslösbarer Energie überhaupt dient.
Sehr wichtig ist die Aufgabe, welche die Schwefelsäure bei den chemischen Veränderungen im Secundär-Elemente zu lösen hat. Worin diese besteht, wird sofort klar werden, wenn deren Wirkung in’s Auge gefaßt wird. Die Schwefelsäure verbindet sich mit dem Blei zu einer schwer löslichen Verbindung, dem Bleisulfate; dieses überzieht die Bleiplatten mit einer weißen Schichte und verhindert die weitere Einwirkung der Schwefelsäure auf das Blei. Der beim Laden des Secundär- Elementes in dasselbe eingeleitete elektrische Strom zersetzt das Bleisulfat und bildet an der positiven Bleiplatte Bleisuperoxyd, an der negativen Platte Blei, welches als schwammige Masse zurückbleibt. Die Schwefelsäure bewirkt also eine Auflockerung des Bleies, d. h. sie vergrößert die Oberfläche und somit auch die Wirksamkeit der Platten. Bei mehrmals wiederholtem Laden und Entladen des Secundär-Elementes vermehrt die Schwefelsäure durch ihre Einwirkung die auf- gelockerte Masse, und dies ist die Ursache, warum ein Secundär-Element bei längerem Gebrauche wirksamer wird. Die Schwefelsäure gewährt aber dem Secundär-Elemente noch einen weiteren Vortheil. Ist nämlich das Element geladen, also an der positiven Platte Bleisuperoxyd gebildet, so wird dieses an der Oberfläche in Bleisulfat umgewandelt. Letzteres überzieht die Bleisuperoxydschichte mit einer schwer löslichen Hülle und verhindert so die weitere Zersetzung des Superoxydes. Dies hat zur Folge, daß das Element seine Ladung lange Zeit erhält; Plant
é
giebt an, daß ein derartiges Element vier Wochen geladen bleibt. Wäre dies nicht der Fall, so müßte das Secundär-Element kurze Zeit nach seiner Ladung benützt, d. h. entladen werden, womit es seine werthvollste Eigenschaft verloren hätte. In diesem Verhalten der Schwefelsäure zum Blei und dem Oxyde desselben liegt auch der Grund, warum immer diese Combination zur Construction von Secundär- Elementen gewählt wird.
Da der Strom eines Secundär-Elementes so lange anhält, bis das beim Laden gebildete Bleisuperoxyd reducirt ist, so wird die Stärke der Ladung durch die Menge des gebildeten Bleisuperoxydes bestimmt. Die Ladung eines Elementes wird also dann vollständig sein, wenn eine Elektrode möglichst vollständig in Bleisuperoxyd umgewandelt ist. Das Bleisuperoxyd wird aber durch den elektrolytisch ausgeschiedenen Sauerstoff gebildet; man könnte daher glauben, es genüge zur vollen Ladung eines neu zusammengestellten Plant
é
-Elementes, den Strom einer Primär-Batterie längere Zeit hindurch einzuleiten. Dem ist aber nicht so; sobald die ersten Schichten von Bleisuperoxyd gebildet sind, schützen diese das darunter liegende Blei, indem sie dem Sauerstoffe den Zutritt erschweren. Man erkennt dies aus der lebhaften Gasentwicklung, welche in kurzer Zeit eintritt, nachdem man den primären Strom in das Secundär-Element einzuleiten begonnen hat. Schließt man hierauf das Secundär-Element in sich selbst, so wird das Blei- superoxyd wieder reducirt und an der zweiten Elektrode das durch die Ladung blank gewordene Blei hingegen oxydirt. Durch diese Processe tritt auf beiden Platten eine Auflockerung der Bleioberfläche ein, und wenn jetzt neuerdings ein Ladungsstrom in das Secundär-Element gesandt wird, so kann jetzt der Sauerstoff leichter und tiefer eindringen, es wird also eine ausgiebigere Bleihyperoxydbildung und somit auch Ladung erreicht werden.
Ueberläßt man ein geladenes Secundär-Element bei ungeschlossenem Stromkreise sich selbst, so bemerkt man, daß die braune Farbe der mit Bleisuperoxyd überzogenen Platte nach und nach lichter wird, dann in Gelb und schließlich nahezu in Weiß übergeht. Die Ursache dieser Veränderung liegt in dem Verhalten der Schwefelsäure. Diese bildet nämlich Bleisulfat, einen weißen Körper, durch dessen Beimischung zum braunen Superoxyd die Farbenwandlung bewirkt wird. Bei einer darauf folgenden Reduction wird auch das Bleisulfat in körniges Blei umgewandelt und dient also gleichfalls zur Auflockerung der Elektroden.
Diese Erwägungen erklären auch, warum ein Secundär-Element nicht gleich nach seiner ersten Ladung, sondern erst nach längerem Gebrauche, also wiederholtem Laden, Entladen und Ruhen, seine volle Kraft erlangt. Dieses successive Laden nennt man das
Formiren des Elementes
. Es wird nach Plant
é
am besten in der Weise ausgeführt, daß man zunächst den Ladungsstrom nur kurze Zeit, etwa eine Viertelstunde wirken läßt, hierauf das Element entladet, dann neuerdings den Ladungsstrom, nun aber in entgegengesetzter Richtung, einleitet, abermals ent- ladet u. s. w. bei fortwährender Steigerung der Ladungszeit. Man ladet zwei Stunden lang, läßt über Nacht stehen, entladet am nächsten Tage und sendet den Strom abermals in umgekehrter Richtung durch, worauf man das Element sechs bis acht Tage der Ruhe überläßt. Ist dieser allerdings langwierige Proceß durchgemacht, dann kann das Element durch eine einmalige Ladung jederzeit gebrauchsfähig gemacht werden; die Richtung des Ladestromes wird dann stets unverändert beibehalten.
Beim Entladen eines Secundär-Elementes kann man die eigenthümliche Beobachtung machen, daß ein bereits entladenes Element nach kurzer Ruhezeit abermals einen Strom giebt, also nur scheinbar entladen war. Es tritt diese Erscheinung namentlich dann ein, wenn die erste Entladung eine kräftige war. Der während der Entladung die Flüssigkeit passirende Strom hat nämlich das Wasser in seine beiden Bestandtheile, Wasserstoff und Sauerstoff, zerlegt und letzteren an der Bleiplatte, ersteren an der Bleisuperoxydplatte ausgeschieden. Dadurch wird aber das Bleisuperoxyd an der Oberfläche reducirt, das Blei oxydirt, d. h. die beiden Platten werden umgekehrt polarisirt. Der hierdurch entstehende Polarisationsstrom nimmt dann an Stärke in demselben Maße zu, als die Polari- sirung zunimmt, und da seine Richtung entgegengesetzt ist der Stromrichtung des Secundär-Elementes, so muß der Strom des Secundär-Elementes immer schwächer werden und endlich aufhören. Ueberläßt man nun das Secundär-Element einige Zeit der Ruhe, so setzen sich diese oberflächlichen Schichten mit den darunter befindlichen wieder um und die Entladung des Secundär-Elementes kann fort- gesetzt werden.
Die Secundär-Elemente können wie die galvanischen Elemente zu Batterien auf Spannung oder auf Quantität verbunden werden und geben dann sehr kräftige Wirkungen. Eine solche Batterie von 20 Elementen ist in Fig. 369 abgebildet. Um die Elemente bequem auf Spannung oder auf Quantität schalten zu können, ist oben am Batteriegestelle ein zweckmäßig gestalteter Commutator angebracht. Dieser besteht aus einer Holzleiste
C C'
, die auf ihren beiden schmalen Flächen mit Kupferstreifen belegt ist, gegen welche die einzelnen Federn
r r
drücken. Die Federn auf der Vorderseite der Holzleiste stehen mit sämmtlichen Polen des einen Vorzeichens, die Federn der Rückseite mit den entgegengesetzten Polen in Verbindung. Bei dieser Stellung des Commutators sind daher alle 20 Elemente nebeneinander, also auf Quantität verbunden und stellen so nur ein Element, aber von sehr großer Oberfläche dar. Die beiden Kupferstreifen sind mit je einer Klemme
G
verbunden, in welche ein Platindraht eingespannt und, wenn er auch eine verhältuißmäßig größere Dicke besitzt, aber allerdings nur kurze Zeit, zum Glühen gebracht werden kann. Dreht man den Commutator mit Hilfe des Knopfes
B
um 90 Grade, so gelangt unter jede Feder einer der auf den breiten Seiten der Holzleiste befestigten Metallstiften. Je zwei einander gegenüber liegende Metallstiften sind untereinander verbunden, so daß bei dieser Stellung des Commutators die Elemente sämmtlich
Fig. 369.
Plant
é
-Batterie.
hintereinander geschaltet erscheinen. Die Poldrähte der Batterie sind mit den Klemmen
T T
verbunden, zwischen welche ein Platindraht eingeschaltet werden kann, der dann bei hinlänglich geringem Querschnitte längere Zeit in Glühhitze erhalten wird.
Die Secundär-Batterien gestatten in dieser Weise, Elektricität geringer Spannung in solche von hoher Spannung umzuwandeln. Es ist deshalb möglich, mit nur zwei Bunsen-Elementen und einer Secundär-Batterie dieselben Effecte zu erhalten, wie mit einer großen Bunsen-Batterie. 20 Plant
é
-Elemente leisten ungefähr dasselbe, wie 30 Bunsen-Elemente. Dieses Verhalten macht daher die Secundär-Elemente für mannigfaltige Zwecke außerordentlich bequem anwendbar. Viele Experimente bedürfen eines Stromes höherer Spannung, die nur durch das mühselige und lästige Zusammenstellen einer vielelementigen Bunsen-Batterie erhalten werden kann. Bei Anwendung von Secundär-Elementen, die ja ein- für allemal zusammengestellt sind, reichen zwei Bunsen-Elemente zur Ladung aus und die hiermit geladenen, beispielsweise 20, Secundär-Elemente lassen dieselben Wirkungen erreichen, wie 30 Bunsen-Elemente. Zur Ladung der 20 Secundär-Elemente oder auch mehrerer Batterien zu je 20 oder mehr Elementen reichen zwei Bunsen’sche Elemente aus,
Fig. 370.
Plant
é
-Batterie.
weil die Secundär-Elemente während der Ladung durch den vorbeschriebenen Commutator auf Quantität miteinander verbunden werden, also alle zusammen nur ein Element von außerordentlich großer Oberfläche bilden. Sie können aber dann bei der Entladung einen Strom hoher Spannung geben, weil sie dann mit Hilfe des Commutators hintereinander, also auf Spannung verbunden werden.
Diese Angaben, wonach die durch zwei Bunsen-Elemente geladenen Secundär- Elemente die Leistung von 30 oder bei größerer Anzahl von Secundär-Elementen von 600 oder 800 Bunsen-Elementen und darüber ersetzen können, dürfen jedoch nicht so aufgefaßt werden, als ob durch die Secundär-Elemente eine Multiplication der Arbeitsgröße zweier Bunsen-Elemente möglich wäre. Durch die Secundär- Elemente wird nicht die
Größe
, sondern nur die
Form
der Arbeitsleistung geändert, und zwar in einer Weise, die eben für viele Zwecke sehr brauchbar erscheint. Es kann also eine 20elementige Secundär-Batterie, welche eine Stunde lang durch zwei Bunsen-Elemente geladen wurde, nicht wieder eine Stunde lang den Strom von 30 Bunsen-Elementen bei der Entladung wiedergeben. Die Secundär-Batterie kann nur die beispielsweise 15stündige Arbeit von zwei Bunsen- Elementen während der Ladung in eine einstündige Arbeit von 30 Bunsen-Elementen während der Entladung umwandeln. Und selbst dieses Resultat ist nur ein ideales, praktisch nicht erreichbares, da bei der Umwandlung von einer Form der Arbeits- leistung in die andere immer Verluste eintreten. Nach sorgfältigen Versuchen, welche Plant
é
angestellt hat, lassen sich aus den Secundär-Elementen nur neun Zehntel der in den zur Ladung angewandten Elementen geleisteten chemischen Arbeit wiedergewinnen.
Daß durch die Secundär-Elemente kein Arbeitsgewinn, sondern nur eine Aenderung in der Form der Leistung erreicht werden kann, erhellt schon aus dem oben auseinandergesetzten Verhalten eines Secundär-Elementes während der Ladung und Entladung. Die Ladung ist ein durch die Ladungs-Elemente bewirkter elektro- lytischer Proceß; die Größe der Ladung eines Secundär-Elementes entspricht der Menge der durch die Elektrolyse ausgeschiedenen Stoffe und die Entladung des Elementes besteht in dem Aufbrauche dieser Stoffe. Da nun, wie an anderer Stelle bereits erwähnt wurde, die Quantität der elektrolytisch abgeschiedenen Producte proportional der Stromarbeit des stromliefernden Elementes ist, oder, mit anderen Worten ausgedrückt, der aufgelösten Zinkmenge entspricht, so muß offenbar auch die Stromarbeit des Secundär-Elementes der im Primär-Elemente aufgewandten Arbeit oder dem dort verbrauchten Zinke entsprechen und kann daher keine größere sein. Sie muß im Gegentheile kleiner sein, da eine Umwandlung von Kräften nie ohne Verlust bewirkt werden kann.
Plant
é
stellte sich Batterien von 400, 600 und 800 Secundär-Elementen zusammen (Fig. 370) und führte mit diesen ausgedehnte Experimentaluntersuchungen durch, die namentlich theoretisch das höchste Interesse beanspruchen; sie sind sämmtlich veröffentlicht in dem bereits früher angegebenen Werke. Mit einer Säule von 200 Elementen gelang es z. B. eine Erscheinung hervorzurufen, welche jener der Kugelblitze ähnlich ist. In einem Wasserzersetzungsgefäße, welches mit Salzwasser oder angesäuertem Wasser gefüllt war, wurde zuerst die negative Elektrode eingetaucht und dann die positive der Flüssigkeitsoberfläche genähert. Es bildete sich eine leuchtende Dampfkugel, welche lebhafte Drehung zeigte und sich hierdurch abplattete (Fig. 371). Diese Erscheinung war von einem Brausen begleitet, welches der allmählichen Condensation der Dämpfe sein Entstehen verdanken dürfte. Wir können nicht umhin, an dieser Stelle auf eine analoge Erscheinung hinzuweisen, welche Verfasser vorliegenden Werkes und Reitlinger bei stark verdünnten Gasen beobachtet haben. (Siehe Seite 326.)
Bei Anwendung größerer Säulen oder der noch zu beschreibenden rheostatischen Maschine tritt an Stelle des Kugelblitzes eine ganze Garbe leuchtender Dampfkugeln. Eine der Springfluth ähnliche Erscheinung (Fig. 372) erhielt Plant
é
, indem er die positive Elektrode dem Rande des mit Salzwasser gefüllten Gefäßes näherte, wenn gleichzeitig die negative Elektrode in die Flüssigkeit tauchte.
Fig. 371.
Nachahmung des Kugelblitzes.
Fig. 372.
Nachahmung der Springfluth.
Einige von Plant
é
angegebene praktische Anwendungen der Secundär- Elemente zeigen die Fig. 373 und 374. Fig. 373 stellt das unter dem Namen
„briquet de Saturne”
bekannte Feuerzeug dar, welches aus einem kleinen Mahagonikästchen besteht, an dessen Vorderseite ein kleines Kerzchen befestigt wird. Ueber diesem ist durch zwei Pincetten ein feiner Platindraht gespannt. Im Innern des Kästchens befindet sich ein Secundär-Element, dessen Strom durch den Platindraht geht und diesen glühend macht, sobald man durch Niederdrücken der Feder
T
den Stromschluß herstellt. Die Klemmschrauben
C
dienen zur Einleitung des Ladungsstromes. Eine einmalige Ladung des Secundär-Elementes reicht hin, um das Kerzchen beiläufig 100mal zu entzünden.
Fig. 374 stellt das
Glasätzen durch Elektricität
dar. Die zu ätzende Platte wird in ein flaches Gefäß gelegt, in welches auch der positive Pol der Secundär-Batterie taucht. Hierauf bedeckt man die Platte mit einer Schichte concentrirter Salpeterlösung und fährt mit der von einer Glasröhre umhüllten negativen Elektrode über die zu ätzenden Stellen. Ein leuchtender Streif folgt der Elektrode und die Platte ist an diesen Stellen geätzt.
Konnte schon mit Hilfe der Accumulatoren Elektricität niederer Spannung in solche von hoher Spannung umgewandelt werden, so gelang dies im erhöhten Grade durch die von Plant
é
erfundene
rheostatische Maschine
. Wenn wir zu
Fig. 373.
Briquet de Saturne.
Fig. 374.
Glasätzen.
dieser in Fig. 375 abgebildeten Maschine bemerken, daß sie eine Batterie Franklinischer Tafeln darstellt, deren Belegungen parallel nebeneinander oder in Cascadenanordnung (Seite 121) hintereinander durch einen Commutator verbunden werden können, so ist hiermit wohl auch die Art ihrer Wirkung so ziemlich erklärt.
Die einzelnen Platten bestehen aus Glimmer oder Hartgummi und sind beiderseits mit Zinnfolie belegt; sie werden in größerer Anzahl, z. B. zu 80, in einem Gestelle, sorgfältig voneinander isolirt, befestigt. Der Commutator ist aus einer Ebonitwalze in ähnlicher Art gebildet, wie wir sie bei der Secundär-Batterie kennen gelernt haben. Beim Laden der Condensatorplatten wird der Commutator so gestellt, daß sämmtliche Platten nebeneinander geschaltet und mit den Polen der Secundär-Batterie verbunden sind. Beim Entladen sind die Platten hintereinander verbunden und ist die Secundär-Batterie von dieser Verbindung ausgeschlossen.
„Verbindet man die beiden Klemmschrauben des Apparates,“ schreibt Plant
é
, „mit einer Secundär-Batterie von 800 Elementen, welche man vorher mehrere Tage lang durch zwei Bunsen’sche Elemente geladen hat, und versetzt den Commutator in Rotation, so erhält man zwischen den Spitzen des mit den Endplatten der rheostatischen Maschine verbundenen Entladers eine Reihe von Funken, ganz so wie bei der mit einem Condensator versehenen Elektrisirmaschine. Wandte ich hierbei einen Apparat von 80 Platten, jede zu drei Quadratdecimeter Oberfläche an, so erhielt ich Funken von 12 Centimeter Länge oder auch zu 15 Centimeter Länge, wenn sie oberhalb einer isolirten und mit Schwefelblumen bestreuten Platte überschlagen.“
Hierzu ist noch zu bemerken: die rheostatische Maschine hat gegenüber der Influenzmaschine den Vortheil, daß sie immer nur Funken
einer
Richtung giebt
Fig. 375.
Rheostatische Maschine.
und gegenüber einem Inductionsapparate, der ja auch den galvanischen Strom in die Form von Spannungselektricität umwandelt, daß die rheostatische Maschine diese Umwandlung mit viel geringerem Verluste bewirkt als ein Inductionsapparat. Der größere Stromverlust bei letzterem rührt davon her, daß der galvanische Strom in sich selbst geschlossen wird, was bei der rheostatischen Maschine nie vorkommt; es kann daher bei letzterer keine Umwandlung von Elektricität in Wärme eintreten. Gleichwie der Inductionsapparat ist auch die rheostatische Maschine umkehrbar, d. h. durch beide Apparate kann auch umgekehrt Spannungselektricität in Elektricität geringer Spannung verwandelt werden. Man braucht zu diesem Behufe nur die Spannungspole der rheostatischen Maschine mit einer Elektricitäts- quelle hoher Potentialdifferenz, also z. B. einer Influenzmaschine in Verbindung zu bringen; befestigt man hierauf die früher mit der Ladungsbatterie in Ver- bindung gestandenen Drahtenden der rheostatischen Maschine mit der Klemme eines Galvanometers, so zeigt dieses bei entsprechender Drehung des Commutators einen Strom an. Natürlich kann letzterer keine große Stärke besitzen, da die Condensatoren einen zu großen Widerstand bilden.
Angespornt durch Plant
é
’s Erfolge versuchten sich viele Elektrotechniker in der Construction von Secundär-Batterien. Hierbei wurden dreierlei Richtungen eingeschlagen; das Streben der Einen ging dahin, die Oberfläche der Bleiplatten zu vergrößern und dadurch die Wirksamkeit des Secundär-Elementes zu erhöhen, Andere kürzen durch geeignete Präparirung der Bleiplatten die Formirungszeit ab und wieder Andere versuchten Bleiplatten mit Platten aus anderen Metallen zu combiniren oder auch das Blei ganz auszuschließen, um dadurch das erhebliche Gewicht der Secundär-Batterien zu verringern. Einige Beispiele aus jeder dieser Gruppen werden uns ein Bild der diesbezüglichen Bestrebungen und ihres Erfolges geben.
Die Vergrößerung der wirksamen Oberfläche der Platten erreicht
M
é
ritens
dadurch, daß er 2 Millimeter dicke Bleiplatten mehrfach faltet und die hierdurch gebildeten Fächer mit Streifen aus Bleifolie ausfüllt. Eine derartig zusammengesetzte
Fig. 376.
M
é
ritens’ Secundär-Element.
Bleiplatte ist in Fig. 376 abgebildet; man ersieht hieraus, daß je zwei aufeinander- folgende Flächen der Bleiplatte bei
b, d, e
u. s. w. ganz aneinander anliegen und daß dadurch eine Reihe von Fächern
a', c, e
u. s. w. entsteht. Diese werden mit Bleistreifen von 0·1 Millimeter Dicke ausgefüllt.
P
am oberen Ende der ganzen Platte, welche 10 Centimeter hoch, 9 Centimeter breit und 5 Centimeter dick ist, bildet den Ableitungsstreifen.
Um das Auseinanderfallen der Platte zu verhindern, sind die aneinander liegenden Kanten an der vertical stehenden Schmalseite untereinander verlöthet. Je zwei solcher Platten im Gesammtgewichte von zwei Kilogramm werden gemein- schaftlich in ein mit verdünnter Schwefelsäure gefülltes Hartgummigefäß eingesetzt und in diesem durch Hartgummiklötzchen in einem Abstande von 2 Centimeter voneinander erhalten. Die einzelnen Fächer der Platten werden nicht horizontal gestellt, sondern mit ihrer offenen Seite nach oben gerichtet, um den Gasen das Entweichen zu erleichtern. Das fächerartige Gerippe kann auch durch Guß her- gestellt werden.
Sellon
und
Volckmar
wenden durchlöcherte gewellte Bleiplatten an, deren Oeffnungen durch Bleischwamm ausgefüllt werden;
Changy
stellt eine poröse Zelle in ein Bleigefäß und füllt die Zwischenräume mit Bleiflitter.
Auch
Kabath
’s Construction der Bleiplatten bezweckt die Vergrößerung der wirksamen Oberfläche. Die einzelnen Platten dieses Secundär-Elementes werden durch Aufeinanderlegen von abwechselnd gewellten und geraden 0·1 Millimeter dicken Bleistreifen zusammengesetzt, welche durch Bleisiebplatten vor dem Auseinander- fallen geschützt sind (Fig. 377). Auf diese Weise entstehen 8 bis 9 Centimeter breite, vielzellige Platten, die der Flüssigkeit eine große Oberfläche darbieten. Jede Platte enthält 80 bis 100 Bleistreifen und ist mit einem Leitungsdrahte verbunden.
Kabath
vereinigt je zwölf Platten in verticaler Stellung in einem Accumulator und verbindet die Platten alternirend mit dem einen und dem anderen Pole; vor die erste und hinter die letzte Platte wird noch eine massive Bleiplatte gesetzt, die
Fig. 377.
Kabath’s Secundär-Element.
beide wie die übrigen 12 in den Deckel durch Kolophonium oder Paraffin von- einander isolirt eingesetzt werden. Das Batteriegefäß wird aus Holz verfertigt und mit Blei ausgekleidet. Für kleinere Modelle kommen jedoch auch Gefäße aus Glas oder Hartgummi in Verwendung.
Die Platten sind ungefähr 40 Centimeter hoch, 0·5 Centimeter breit und 1 Centimeter dick. Das kleine Laboratoriumsmodell wiegt sechs, das größere sammt Batteriegefäß und Schwefelsäure (verdünnt im Verhältnisse 1 : 10) 35 Kilogramm. Bei einem dritten Modelle, welches sich jedoch nicht für den Transport, sondern nur für stabile Aufstellung eignet, sind je zehn Platten horizontal angeordnet; dieses wiegt 25 Kilogramm.
Von jenen Secundär-Elementen, bei welchen durch gewisse Präparirung die Dauer der Formirung abgekürzt wird und bei denen man die Aufspeicherungs- fähigkeit dadurch zu erhöhen trachtet, daß man die wirksame Schichte dicker macht, ist in erster Linie das Secundär-Element von
Faure
zu nennen, da dieses in der kurzen Zeit seines Bestehens schon nennenswerthe Erfolge errungen hat.
Camillo Faure nimmt dem Ladungsstrome einen Theil der Arbeit dadurch ab, daß er an Stelle blanker Bleiplatten solche anwendet, die mit Minium (Blei- Sauerstoffverbindungen) überzogen sind. Bevor wir jedoch auf das Verhalten dieses Ueberzuges selbst eingehen, wollen wir vorerst die mechanische Construction des Elementes kennen lernen. Zur Herstellung der Faure’schen Secundär-Batterie bedient man sich zweier Bleistreifen von 200 Millimeter Breite; der eine ist 600 Millimeter lang und 1 Millimeter dick, der andere 400 Millimeter lang und 0·5 Millimeter dick, beide erhalten am Ende eine kräftige Bleifahne. Jede Bleiplatte wird alsdann mit Minium, welches mit verdünnter Schwefelsäure zu einem Brei angerührt wurde, belegt; die große Platte erhält 800, die kleine 700 Gramm. Man bedeckt hierauf das Minium mit einem Blatte Pergamentpapier,
Fig. 378.
Faure-Element.
hüllt das Ganze in einen Filzüberzug, legt die Platten übereinander und rollt sie unter Zwischen- lage von Kautschukbändern auf. Schließlich stellt man die Rolle in ein cylindrisches Gefäß aus Blei, welches innen mit Minium und Filz aus- gekleidet ist und auch an der Wirkung participirt, da die eine Bleifahne der Rolle an dasselbe angelöthet ist. Ein solches Element wiegt ohne Flüssigkeit 8500 Gramm.
Die Form, welche
Reynier
dem Faure- Elemente gegeben hat, ist in Fig. 378 dargestellt. Hierbei ist das Bleigefäß durch einen Glas- cylinder ersetzt, was den Vortheil gewährt, die Vorgänge im Elemente beobachten zu können. Da Filz bald zerstört wird, setzt Reynier an dessen Stelle Schafwollgewebe.
Nach der bei dem Plant
é
-Elemente ge- gebenen Darstellung der chemischen Processe ist über jene, welche im Faure-Elemente auftreten, wenig beizufügen. Sobald die mit Minium belegten Platten in die Schwefelsäure eingesenkt sind, bildet sich aus dem Minium Bleisuperoxyd und Bleisulfat. Der Ladestrom hat dann auf einer Platte die Superoxydbildung nur mehr zu vervollkommnen und auf der anderen die Blei- verbindungen zu reduciren. Diese Stromarbeit wird noch dadurch erleichtert, daß der Ueberzug auf beiden Platten ein pulverförmiger ist, der den Gasen leichten Zutritt gewährt.
Statt die Platten zu rollen, kann man auch Platten mit rechteckigem Quer- schnitt parallel nebeneinander und entsprechend verbunden in einem passenden Trog einsetzen und verwenden. Nach
Uppenborn
’s Angaben besitzt ein Faure’sches Element eine elektromotorische Kraft von zwei Volts und ein Gewicht von 25 Kilo- gramm. Mit drei Siemens-Maschinen (Modell
D
2
) können 150 Elemente in beiläufig 10 Stunden geladen werden. Stehen sie dann unbenützt, so verlieren sie 1·5 bis 2 Procent ihrer Ladung per Tag. Zum Betriebe eines Motors verwendet, kann ein Faure-Element 6 Stunden lang eine Arbeit von 2 Secunden-Meter-Kilo- gramm leisten.
O. Schulze
in Straßburg erreicht die Auflockerung der Bleiplatten durch Präpariren mit Schwefel. Die Platten werden zu diesem Behufe mit Schwefel- pulver bestreut und erhitzt, wodurch sie einen Ueberzug von Schwefelblei erhalten. Werden sie dann in verdünnte Schwefelsäure eingesenkt und leitet man den Ladungs- strom ein, so wird an der einen Platte der Schwefel mit dem Wasserstoffe ver- bunden und entweicht als Schwefelwasserstoff, indeß reines, schwammiges Blei zurückbleibt, während an der zweiten Elektrode durch den Sauerstoff und die Schwefelsäure Bleisulfat und Bleisuperoxyd gebildet werden.
Die Elemente werden aus 23 Centimeter hohen, 12 Centimeter breiten und 0·5 Millimeter dicken Platten in der Weise gebildet, daß man eine größere Anzahl derselben, an Metallklemmen aufgehängt, miteinander verbindet, wie es Fig. 379 darstellt. Das Bleigewicht eines Accumulators beträgt (bei 30 Platten) 8 Kilogramm, das Gesammtgewicht einschließlich Kasten und Füllung 10·5 Kilo- gramm. Im geladenen Zustande besitzt das Element einen Widerstand von 0·005 Ohm, der jedoch bei der Entladung bis auf 0·015 Ohm steigt; hierbei ist die elektromotorische Kraft gleich 2·15 Volts.
De Calo
verwendet zu seinen Secundär- Elementen Platten aus Bleischwamm, die mit Minium überstrichen sein sollen und in Säckchen eingenäht werden.
Kornblüh
nimmt Bleidraht- netze und preßt in diese das mit einem Binde- mittel versehene Minium ein; je 10 Platten von 6 Millimeter Dicke werden zu einem Elemente vereinigt.
Um endlich auch noch ein Beispiel eines Secundär-Elementes zu geben, in welchem nicht nur Bleiplatten zur Anwendung gelangen, möge hier die Beschreibung der Secundär-Batterie von
Böttcher
angeschlossen werden. Dieselbe ist in den Fig. 380 und 381 abgebildet. Die negative Elektrode ist aus einem Zinkbleche
Z
gebildet,
Fig. 379.
Schutze’s Secundär-Element.
welches
U
-förmig gebogen wird. Innerhalb derselben hängt die gewellte, mit Bleiglätte bedeckte Bleiplatte
P.
Die metallische Berührung zwischen beiden wird durch das um die Bleiplatte geschlungene Pergamentpapier
F
hintangehalten. Die einzelnen Platten sind an einem gemeinschaftlichen Rahmen befestigt und nach Art der Tauchbatterien vereinigt. Die Ursache zu einer derartigen Anordnung liegt im Verhalten der Batterie. Jedes Element erhält nämlich 300 Gramm Zinkvitriol, aus welchem beim Laden Zink ausgeschieden wird, während sich an der Bleiplatte Bleisuperoxyd bildet. Das geladene Element besteht daher aus Bleisuperoxyd, Zink und Schwefelsäure. Würde man es, falls nicht gleich darauf die Entladung folgen soll, ohne die Platten herauszuheben stehen lassen, so müßte sich das Zink wieder in der Schwefelsäure auflösen; um nun dies zu verhindern, sind die Elemente zu einer Tauchbatterie vereinigt.
Wird das Element entladen, so bildet sich Zinkvitriol unter gleichzeitiger Reduction des Bleisuperoxydes. Als besonderen Vorzug des Elementes giebt Böttcher an, daß dasselbe auch dann noch Strom liefert, wenn es entladen ist, weil eben dann immer noch ein galvanisches Element, bestehend aus Blei, Zink
Fig. 380.
Böttcher-Element.
Fig. 381.
Böttcher’s Secundär-Batterie.
und Zinkvitriol, vorhanden ist. Freilich darf hierbei aber nicht übersehen werden, daß dieser Strom wegen der rasch eintretenden Polarisation von keiner langen Dauer sein kann.
Das Gewicht von 24 auf zwei Tröge vertheilten Elementen beträgt 24 Kilo- gramm, wobei diese aber einer dreimal größeren Anzahl nach Faure entsprechen. Für die praktische Verwerthung müßte die Form allerdings noch insoferne abgeändert werden, daß die Elemente für längere Dauer verwendbar erscheinen.
Das Laden der Secundär-Elemente.
Zum Laden der Secundär-Batterien können galvanische Elemente, Thermo- säulen oder auch Maschinen benützt werden; für praktische Zwecke sind namentlich letztere in Betracht zu ziehen. Kleinere Säulen zum Laboratoriumsgebrauche wird man schon aus dem Grunde häufig durch galvanische Elemente laden, weil hier nicht immer eine Maschine zur Verfügung steht. Die Frage, ob es in diesem Falle nicht besser sei, den Strom der galvanischen Elemente direct statt unter Vermittlung der Secundär-Elemente zu benützen, beantwortet sich wohl aus dem, was beim Plant
é
-Elemente über die Art seiner Wirksamkeit gesagt wurde. Es wird hiernach die andere Form, in welcher uns die Elektricität von den Secundär-Elementen geliefert wird, häufig zu Gunsten der Anwendung dieser sprechen. Es ist jedoch nicht gleichgiltig, welcher Elemente man sich hierzu bedient; so würde z. B. das in der Telegraphie und zu vielen anderen Zwecken außerordentlich gut brauchbare Leclanch
é
-Element zum Laden der Secundär-Elemente nicht taugen, da dessen Stromstärke, wie wir wissen, bei geringem Widerstande im äußeren Schließungs- kreise (wie ihn die Secundär-Elemente darbieten würden) sehr rasch abnimmt. Hingegen werden Bunsen-Elemente sehr gute Dienste leisten. Die Anwendung der letzteren wird sich auch aus dem Grunde empfehlen, daß sie eine hohe elektromotorische Kraft besitzen. Bei Anwendung von schwachen Elementen erhält die den Ladungsstrom liefernde Säule eine unbequeme Größe.
Da das Einleiten eines galvanischen Stromes die Platten des Secundär- Elementes chemisch derart verändert, daß sie selbst befähigt werden, einen Strom zu liefern, und zwar einen Strom, dessen Richtung jener des Ladungsstromes entgegengesetzt ist, so kann ein bestimmtes Secundär-Element von einem gegebenen galvanischen Elemente nur so lange Strom erhalten, so lange nicht durch die Ladung des Secundär-Elementes dieses befähigt ist, selbst einen kräftigeren Gegen- strom zu liefern. Hieraus folgt, daß zur vollständigen Ladung eines Secundär- Elementes stets eine Elektricitätsquelle angewandt werden muß, die eine höhere elektromotorische Kraft besitzt als das Secundär-Element. Um also beispielsweise 20 hintereinander verbundene Secundär-Elemente (jedes mit zwei Volts gerechnet) zu laden, muß eine Stromquelle benützt werden, welche eine elektromotorische Kraft von mehr als 40 (2 mal 20) Volts besitzt. Stünde uns aber nur eine solche von etwa drei Volts zur Verfügung, so müßten dann alle 20 Secundär-Elemente nebeneinander (also zu nur einem großplattigen Elemente) verbunden werden.
Hat man freie Wahl bezüglich der Höhe der elektromotorischen Kraft, so ist es, wie vielfache Versuche gezeigt haben, am besten, Ströme mittlerer Stärke anzuwenden. Man wird daher beim Laden größerer Säulen die Secundär-Elemente in Gruppen eintheilen, in diesen die Elemente hintereinander und die Gruppen selbst nebeneinander schalten. Wie viele Elemente dann in eine Gruppe aufzunehmen sind, hängt natürlich von der elektromotorischen Kraft des Ladungsstromes ab.
Urbanitzky
: Elektricität. 35
Bei praktischer Anwendung der Secundär-Elemente bedient man sich zur Ladung derselben fast ausnahmslos elektrischer Maschinen. Hat man magnetelektrische zur Verfügung, so gestaltet sich das Verfahren sehr einfach, da die Elektromagnete wegen ihrer Unabhängigkeit vom Maschinenstrome nicht so wie bei einer dynamo- elektrischen Maschine die Pole wechseln können. Die Zahl und die Gruppirung der zu ladenden Elemente hängt hauptsächlich von dem Strome ab, welchen die Maschine zu liefern im Stande ist. Bei großer elektromotorischer Kraft und geringer Quantität des Maschinenstromes wird man die Secundär-Elemente sämmtlich hintereinander verbinden, während man bei großer Quantität und geringer elektromotorischer Kraft des Maschinenstromes (z. B. einer Maschine für Metall- abscheidung) die Elemente in eine größere oder geringere Anzahl von Gruppen nebeneinander schaltet. Natürlich erhält man auch beim Laden durch Maschinenströme bessere Resultate bei langsamer als bei schneller Ladung.
Werden hingegen dynamoelektrische Maschinen zum Laden benützt, so bedingt die Eigenart ihrer Wirkungsweise gewisse Vorsichten. Was zunächst die Verbindung
Fig. 382.
Einfacher Stromkreis.
der Secundär-Elemente mit der Maschine anbelangt, so kann diese in zweifacher Art bewerkstelligt werden, nämlich durch Einschaltung der Maschine in den Haupt- stromkreis oder in eine Nebenschließung. Das Schema der ersteren stellt Fig. 382, jenes der zweiten Fig. 383 dar.
Im ersterwähnten Falle liegen die Armatur
A
, die Elektromagnete
E
und die Secundär-Batterie
S
in einem und demselben Schließungsbogen und bilden die Seeundär-Elemente
S
den äußeren Stromkreis zu der Maschine. Nun ist aber die dynamoelektrische Maschine außerordentlich empfindlich für Aenderungen des Wider- standes im äußeren Stromkreise und wirken diese, wie wir wissen, sehr erheblich auf die Stromerzeugung in der Maschine selbst zurück. Die Secundär-Elemente werden durch die Ladung befähigt, einen Strom durch den Schließungsbogen zu senden, der dem Maschinenstrome entgegengesetzt gerichtet ist, also auch diesem entgegenwirken muß. Folglich werden auch die Secundär-Elemente auf den Maschinenstrom in ähnlicher Weise einwirken müssen, wie etwa eine Aenderung des Widerstandes im äußeren Stromkreise. Die Stromrichtung im Gesammtstromkreise wird daher davon abhängen, ob die Kraft des Maschinenstromes jene des Stromes aus der Secundär-Batterie überwiegt oder nicht. Das Ueberwiegen des Stromes der Secundär-Batterie kann dadurch eintreten, daß die Maschine zur Ladung der Elemente überhaupt zu schwach, oder die Tourenzahl eine zu geringe ist oder auch durch nicht vorauszusehende Zufälligkeiten, z. B. Gleiten oder Reißen eines Treibriemens. Die Folge ist dann immer die, daß der Strom der Secundär- Elemente in die Maschine fließt, die Polarität der Magnete umkehrt und, wenn dies nicht rechtzeitig bemerkt wird, der Maschine gefährlich werden kann.
Die Möglichkeit des Umpolarisirens der Magnete ist ausgeschlossen, wenn die Secundär-Elemente in Nebenschluß gebracht werden, wie dies das Schema 383 darstellt. Hierbei sind an die Collectorbürsten der Maschine zwei Stromkreise angeschlossen. Der eine enthält die zu ladenden Secundär-Elemente
S
, der zweite die Drahtwindungen der Magnete und einen Rheostaten
R.
Da sich der Strom in Verzweigungen derart vertheilt, daß die Stromstärke in den einzelnen Zweigen im umgekehrten Verhältnisse zu den betreffenden Widerständen steht, so ist durch die Einschaltung verschiedener Widerstände durch den Rheostaten ein Mittel gegeben,
Fig. 383.
Verzweigter Stromkreis.
die Stromstärke so zu reguliren, wie es die Ladung der Secundär-Elemente erfordert.
Wird bei dieser Anordnung der Strom der Secundär-Elemente stärker als jener der Maschine, so wird wie im erstbetrachteten Falle zwar auch hier der Batteriestrom in die Drahtwindungen der Maschine gelangen, jedoch die Polarität der Magnete nicht umkehren. Es ist dies aus dem Schema leicht zu entnehmen. Die positive Elektricität fließt nämlich von der Batterie nach
a
und vertheilt sich hier in die Armaturwindungen und in die Windungen der Elektromagnete. Es fließt also sowohl bei regelrechtem Betriebe der Maschinstrom als auch bei Ueberwiegen des Batteriestromes der letztere von
a
aus in die Magnete. Ist nun auch auf diese Weise das Umpolarisiren der Magnete vermieden, so ist man hierdurch doch nur unter der Voraussetzung ständiger Ueberwachung für alle Fälle gegen die Möglichkeit geschützt, daß sich die Batterie in die Maschine entladet. Um dies zu vermeiden und auch unregelmäßig wirkende Kräfte zur Ladung von Secundär- Batterien verwenden zu können, hat man selbstthätige
Batterie-Ausschalter
in Anwendung gebracht.
35*
Ein derartiger Batterie-Ausschalter hat automatisch die Verbindung zwischen der Batterie und der Elektricitätsquelle zu unterbrechen, sobald die Stromstärke der letzteren unter eine gewisse, vorher bestimmte Größe gesunken ist. Will man Secundär-Elemente durch unregelmäßig wirkende Kräfte laden, wie z. B. durch eine Maschine, welche durch eine Waggonachse, durch ein Windrad u. s. w. getrieben wird, so fordert man von der Schaltungsvorrichtung auch ein selbstthätiges Ein- schalten, sobald die elektrische Maschine wieder die erforderliche Tourenzahl erlangt hat.
Fig. 384.
Batterieschalter von Hospitalier.
Ein Batterie-Ausschalter sehr ein- facher Construction wurde unter Anderem von
Hospitalier
angegeben. Die Anordnung und Wirkungsweise des- selben ist mit Hilfe der schematischen Fig. 384 zu erkennen. Dieser Aus- schalter besteht aus einem permanenten Magnete
S S'
und einem Elektromagnete
T T″
, welcher mit Windungen dünnen und solchen dicken Drahtes versehen ist; zwischen beiden befindet sich der im Punkte
O
pendelförmig aufgehängte gemeinschaftliche Anker
N N'
, dessen Schwingungen durch die verstellbaren Schrauben
V V'
begrenzt werden können. Das Pendel trägt bei
E
einen Ansatz, durch welchen die mit Contacten ver- sehenen Federn
A B
oder
C D
anein- ander gedrückt werden, je nachdem der Anker
N N'
vom Elektromagnete
T T'
oder vom Stahlmagnete
S S'
stärker angezogen wird. Die Poldrähte der Secundär-Elemente sind bei
P P'
, jene der Maschine bei
M M'
angeschlossen.
So lange bei
M
kein Strom von der Stromquelle aus eintritt, ist der Anker
N N'
vom Stahlmagnete
S S'
angezogen; in dieser Lage drückt das Klötzchen
E
die an den Federn
C D
befestigten Contacte bei 2 aneinander. Langt bei
M
ein schwacher Strom an, so steht diesem nur der Weg durch den dünnen Draht des Elektromagnetes offen, d. h. der Weg von
M
über
T T'
nach
H
, durch die sich bei 2 berührenden Federn
C D
über
J
und
F
zur zweiten Polklemme
M'
der Elektricitätsquelle zurück. Der Weg durch die Windungen des dicken Drahtes auf dem Elektromagnete ist zwischen beiden Federn
A
und
B
bei 1 unterbrochen. Erlangt hingegen der Strom der Stromquelle die gewünschte Stärke, so wird dadurch, daß dieser Strom durch die dünndrähtigen Elektromagnetwindungen fließt, der Elektromagnet so kräftig, daß er den Anker
N N'
vom Stahlmagnete
S S'
ab- und zu sich herüberzieht (welche Lage die Zeichnung darstellt). Hierdurch gelangen die Federn
C D
außer Berührung, indes
A
und
B
bei 1 aneinander gedrückt werden. Der Strom muß nun nachstehende Richtung einschlagen: Von
M
durch die dicken Drahtwindungen des Elektromagnetes nach
G
, durch die Federn
B
und
A
nach
F
, von wo aus er in die Secundär-Batterie bei
P
gelangt, die er bei
P'
wieder verläßt und dann nach
M'
zum zweiten Pole der Elektricitätsquelle zurückkehrt.
Es ist klar, daß durch diese Vorrichtung die Secundär-Batterie aus dem Stromkreise sofort ausgeschaltet wird, sobald die Stromstärke unter eine gewisse Grenze sinkt, weil dann die Anziehungskraft des Elektromagnetes jener des Stahl- magnetes nicht mehr das Gleichgewicht halten kann, und daher der Anker
N N'
, den Contact bei 1 unterbrechend und bei 2 schließend, vom Elektromagnete abfällt. Dadurch ist wieder die anfängliche Stellung, d. h. der kurze Schluß der Maschine und die Unterbrechung der Batterieleitung hergestellt, also eine Entladung der Batterie unmöglich gemacht. Erlangt die Stromquelle neuerdings die erforderliche Stärke, so erfolgt die Wiedereinschaltung abermals in der vorhin angegebenen Weise.
Natürlich kann mit dieser Schaltungsvorrichtung auch eine elektrische Klingel in Verbindung gesetzt werden, welche automatisch so lange eingeschaltet bleibt, als der Strom durch die Secundär-Batterie fließt oder umgekehrt, so lange die Batterie außer Verbindung mit der Elektricitätsquelle steht. Bezüglich der Regulirung des Apparates für eine bestimmte Stromstärke wäre noch Folgendes zu bemerken: Erfor- dern die zu ladenden Elemente einen starken Strom, so hat man die Schraube
V'
zurückzuschrauben, die Schraube
V
vorzuschrauben, so daß der Anker
N N'
an
S S'
nahe herantreten, dem Elektromagnete jedoch nur bis zu einer bestimmten Grenze nahe gebracht werden kann. Da die Anziehungskraft eines Magnetes mit der Entfernung sehr rasch abnimmt (siehe Magnetismus), wird durch die angegebene Schraubenstellung offenbar der Magnet
S S'
begünstigt. Anfänglich befindet sich der Anker
N' N
sehr nahe an
S S'
, weshalb der Elektromagnet schon eine erhebliche Stärke erlangen muß, bis er auf die verhältnißmäßig große Entfernung hin die Anziehungskraft des Stahlmagnetes überwinden und den Anker zu sich herüber- ziehen, also die Secundär-Batterie in den Stromkreis einschalten kann. Ebenso
bleibt
auch die Batterie nur bei entsprechend hoher Stromstärke eingeschaltet, weil eine Schwächung des Magnetes sofort das Abfallen des Ankers, der durch die vorgeschobene Schraube
V
in größerer Entfernung von den Polen gehalten wird, zur Folge haben muß. Die Einstellung des Apparates für schwache Ströme erfolgt selbstverständlich durch die entgegengesetzte Schraubenstellung.
Der Apparat, dessen sich
Kabath
zur Vermittlung der Ladung und Ent- ladung von Secundär-Elementen bedient, ist in Fig. 385 abgebildet. In einem horizontalen Brette sind eine größere Anzahl von Löchern gebohrt, welche zum Theile mit Quecksilber gefüllt werden. Die Löcher der obersten und untersten Reihe stehen durch eingetauchte Kupferstreifen mit den Klemmen 1 bis 10 in Verbindung, an welche die Poldrähte der Accumulatorenserien angeschlossen sind; je zwei neben- einander befindliche Klemmen stellen also die Pole einer Accumulatorenserie dar. Die Löcher
A
bis
D
der äußersten linken und äußersten rechten Reihe stehen ebenso mit Klemmen in Verbindung, in welche aber die Poldrähte der die Secundär- Elemente ladenden Elektricitätsquellen und die Drähte der durch die Accumulatoren zu betreibenden Lampen, Motoren ꝛc. eingeschraubt sind.
Die Verbindung einer oder mehrerer Accumulatorenserien mit zu betreibenden Apparaten oder den zur Ladung bestimmten Elektricitätsquellen wird durch Bügel aus Kupferdraht hergestellt, welche mit ihren Enden in die betreffenden Quecksilber- näpfe eingesenkt werden. Zwei derartige Verbindungen sind in der Figur dargestellt.
Der automatische Batterie-Ausschalter ist an einem verticalen Brette (links) befestigt und besteht aus einem Elektromagnete, welchem der auf einer Art Wag- balken angebrachte Anker gegenübersteht. So lange der Elektromagnet genügende Kraft, also der Strom der primären Elektricitätsquelle genügende Stärke besitzt, erhält der Magnet den Anker angezogen und taucht dadurch einen am Wagbalken befestigten Stift in jenes Quecksilbernäpfchen, welches mit der Klemme 3 in Ver- bindung steht. In dieser Stellung des Wagbalkens kann der Strom von der Klemme 2 durch das dazugehörige Quecksilbernäpfchen und die rechte Hälfte des Wagbalkens zur Klemme 1 gelangen, von hier aus durch das Galvanometer zu dem Quecksilberumschalter kommen und in die Secundär-Elemente geleitet werden.
Fig. 385.
Kabath’s Batterieschalter.
Wird der Strom der ladenden Stromquelle zu schwach, so fällt der Anker des Elektromagnetes ab, der Wagbalken senkt sich und taucht hierdurch den an seinem linken Ende befestigten Stift in ein Quecksilbernäpfchen, indeß der rechts befindliche Stift herausgehoben wird. Die Verbindung zwischen den Secundär- Elementen und der sie ladenden Elektricitätsquelle ist dann unterbrochen, gleichzeitig aber eine Verbindung der Secundär-Elemente mit der gleichfalls am verticalen Brette (rechts) angebrachten Klingel hergestellt, wodurch der zur Aufsicht bestellten Person die Ausschaltung der Secundär-Elemente angezeigt wird. Die Wiederher- stellung der Verbindung muß bei dieser Anordnung durch Drehen des Wagbalkens mit der Hand bewirkt werden. Bei einer anderen Construction hat Kabath auch für die selbstthätige Wiedereinschaltung Vorsorge getroffen. Hat man blos eine Umschaltung oder Unterbrechung vorzunehmen, so bedient man sich des unter der Klingel angebrachten Umschalters.
Die Chermosäulen.
Im Jahre 1821 entdeckte
Seebeck
, daß in einem geschlossenen Leiterkreise elektrische Differenzen auftreten, sobald man in diesem Kreise Temperaturunterschiede hervorruft. Die Gesetze, welche für diese thermoelektrischen Erscheinungen Geltung haben, die Spannungsreihe, in welche man die verschiedenen Körper in Bezug auf ihr thermoelektrisches Verhalten geordnet hat, die Formen, welche man den Elementen und Batterien, soweit sie wissenschaftlichen Zwecken dienen sollen, gegeben hat — dies Alles wurde bereits in der ersten Abtheilung dieses Buches besprochen (Seite 188 u. f.) An dieser Stelle haben wir uns daher nur mehr mit jenen Elementen, beziehungsweise Batterien zu beschäftigen, welche praktisch verwendet werden, oder doch mit dieser Bestimmung construirt wurden.
Principiell ist die Erregung von Elektricität durch Temperaturdifferenzen sowohl jener im galvanischen Elemente, als auch mit Hilfe der elektrischen Maschinen vorzuziehen. Im galvanischen Elemente wird Zink verbraucht, welches unter Zuhilfenahme der Kohle aus reinen Erzen gewonnen werden muß. Die elektrische Maschine wird in der Regel durch Dampf- oder Gasmotoren betrieben, welche beide ihre Kraft indirect von der Kohle erhalten. Auch Wasserkraft kann nur unter Vermittlung eines Motors auf die elektrische Maschine wirken. Im Thermo- Elemente wird hingegen die in der Kohle aufgespeicherte Wärme direct in Elek- tricität umgesetzt. Wenn trotz dieses günstigen Umstandes die Thermo-Elemente in der Praxis nahezu gar keine Verwendung finden, so haben wir die Ursache hiervon darin zu suchen, daß die bisher construirten Thermo-Elemente einen äußerst schwachen Strom liefern.
Bekanntlich wurden anfangs Antimon und Wismuth zur Herstellung von Thermo-Elementen benützt, weil diese in der thermoelektrischen Spannungsreihe einfacher Körper am weitesten voneinander abstehen und daher die relativ besten Resultate geben. Erst
Bunsen
gelang es ein kräftigeres Element zu construiren, als er an Stelle zweier einfacher Körper einen solchen mit einem zusammengesetzten, nämlich Kupferkies (Schwefelkupfer), combinirte. Er schnitt zu diesem Behufe aus dem natürlich vorkommenden Kupferkiese Stäbchen von sieben Centimeter Länge, 4 Centimeter Breite und 7 Millimeter Dicke und versah diese an ihren Enden mit platinirten Kupferansätzen, deren einer durch ein weiteres Kupferstück, welches zum Erhitzen bestimmt war, verlängert wurde, indeß der andere Ansatz abge- kühlt wurde.
Dieses Thermo-Element ist zwar bedeutend kräftiger als ein Antimon-Wismuth- Element, leidet jedoch an zwei erheblichen Uebelständen. Es ist schwer herzustellen und auch die Contacte zwischen den einzelnen Theilen verursachen wegen der sehr ungleichmäßigen Ausdehnung bei der Erhitzung erhebliche Schwierigkeiten. Der Kupferkies läßt sich allerdings auch schmelzen und in beliebige Formen gießen, ohne seine chemische Zusammensetzung zu ändern, verliert aber hierdurch die Structur des natürlichen Kupferkieses, wodurch, wie viele Versuche gelehrt haben, die elektromotorische Kraft ziemlich bedeutend herabgedrückt wird.
Markus
benützte zur Construction seiner Thermosäule Legirungen, welche einerseits in der Spannungsreihe weit voneinander abstehen, andererseits auch eine starke Erwärmung vertragen. Für seine in den Jahren 1864—65 construirte Thermosäule erhielt er einen Preis der Wiener Akademie der Wissenschaften. Das negative Metall dieser Säule besteht aus einer dem Neusilber ähnlichen Legirung, das später auch thatsächlich, und zwar mit einem Kobaltzusatze zur Anwendung kam. Die Legirung wurde ursprünglich aus 10 Theilen Kupfer und je 6 Theilen Zink und Nickel zusammengesetzt. Das positive Metall ist aus 12 Theilen Antimon, 5 Theilen Zink und 1 Theil Wismuth gebildet. Das negative Metall wird in die Gestalt vierseitiger Stäbe gebracht, während das positive Metall die Form von Blechstreifen erhält. Die Verbindung der Blechstreifen mit den Stäben erfolgt durch Verschraubung. Eine größere Anzahl solcher Elemente wird zu einer Batterie vereinigt, indem man die Blechstreifen an einen Eisenstab
a b
(Fig. 386) mit Zwischenlegung von (isolirendem) Glimmer anlegt und durch Schrauben so befestigt, daß sämmtliche Elemente zusammen die Form eines Spitzdaches bilden. Durch diese Anordnung werden alle paaren Verbindungsstellen am Eisenstabe vereinigt, während die unpaaren auf die Basis des Daches zu liegen kommen. Um diese Säule in Thätigkeit zu setzen, stellt man sie über eine Reihe von Gas- oder Spiritusbrennern, welche den Eisenstab
a b
und somit auch eine Reihe der
Fig. 386.
Thermosäule von Markus.
Verbindungsstellen erhitzen, während die untengelegenen Verbindungsstellen in mit Wasser gefüllten Trögen gekühlt werden.
Eine Säule, bestehend aus 130 Elementen, kann beiläufig 25 Kubikcentimeter Knallgas in der Minute liefern oder einen 0·5 Millimeter dicken Platindraht glühend erhalten. Die elektromotorische Kraft eines Elementes ist gleich 1/20 Daniell. Ein Nachtheil der Säule besteht in der Sprödigkeit und daher leichten Zerbrech- lichkeit der Legirungen und ein anderer darin, daß sich die Berührungsstellen der beiden Legirungen leicht oxydiren und dadurch in kurzer Zeit den Widerstand der Säule beträchtlich erhöhen.
Die Versuche, welche von
Clamond
und
Mure
ausgeführt wurden, führten gleichfalls zur Construction einer Thermosäule unter Anwendung einer Zink- Antimonlegirung; als zweites Metall wird hingegen Eisenblech in Verwendung gebracht.
Clamond’s Säule wird aus je zehn im Kreise angeordneten Elementen zusammengesetzt. Hierbei bildet man aus der Legirung massive Stücke
A
(Fig. 387) und befestigt die Eisenbleche
F
mit einem Ende an der inneren, mit dem anderen Ende an der äußeren Fläche der Stücke
A.
Die vorspringenden Ausbiegungen der Eisenbleche bei
F
haben zum Zweck, eine gute Abkühlung durch Ver- größerung der wärmeausstrahlenden Flächen zu bewirken. Derartige Elementenkränze werden in größerer oder geringerer Anzahl übereinander angeordnet, wie dies Fig. 388 zeigt, während man dafür Sorge trägt, die einzelnen Kränze voneinander zu isoliren.
Die an der Außenseite der Batterie angebrachten Polklemmen ermöglichen die Verbindung sämmt- licher Elemente hintereinander oder in Serien zu zehn nebeneinander. Durch die inneren Löthstellen 1 bis 19 und den isolirenden Asbestkitt wird ein cylindrischer Hohlraum gebildet, in dessen Mitte sich eine Thonröhre befindet, welche mit einer größeren Anzahl seitlicher Oeffnun- gen versehen ist. Durch letztere strömt das in das Thonrohr ein- geleitete Gas aus und bewirkt durch eine den Oeffnungen entsprechende Anzahl von Flämmchen eine starke Erhitzung sämmtlicher Löthstellen, die sich im cylindrischen Hohlraume befinden. (In der Fig. 387 mit den ungeraden Ziffern 1 bis 19 bezeichnet.) Die Löthstellen am äußeren Umfange der Batterie (mit den geraden Zahlen von 2 bis 20 bezeichnet) werden durch die Luft abgekühlt, was, wie bereits erwähnt, noch durch die großen Oberflächen der Eisenbleche begünstigt wird.
Der Gasverbrauch einer Batterie von fünf Kränzen zu je zehn Elementen beträgt nach Cazin 170 Liter pro Stunde und diese Säule scheidet in derselben Zeit 20 Gramme Kupfer ab.
Fig. 387.
Fig. 388.
Clamond’s Thermosäule.
Im Mai 1879 wurde der Pariser Akademie durch Th. du Moncel die Beschreibung einer Clamond-Säule übergeben, welche gegenüber der eben beschriebenen wesentliche Verbesserungen zeigt. Diese in Fig. 389 abgebildete Säule ist oberhalb einer Feuerungsanlage für Coaks aufgebaut, von welcher aus die Feuergase durch die von den Cylindern
T
,
O
und
P
gebildeten Flammenzüge streichen müssen, bevor sie durch die Esse
A
entweichen. Um den äußersten Cylinder
P
sind von diesem isolirt die Elemente
C
angeordnet, deren Eisenbleche noch mit vertical stehenden Kupferblechen
D
ausgerüstet sind; letztere dienen dazu, um die Abkühlung der äußeren Löthstellen zu befördern.
Ein erstes cylindrisches Modell dieser Säule hatte nach Cazin eine Höhe von 2·5 Meter bei einem Durchmesser von 1 Meter und setzte sich aus zwei getrennten Säulen zusammen, deren jede 30 Ketten zu 100 Elementen umfaßte. Jede dieser Säulen lieferte einen Strom, der im Voltabogen 40 Carcelbrenner Lichtstärke besaß. Die elektromotorische Kraft einer Säule dieses Modells beträgt 109 Volts
Fig. 389.
Clamond’s Säule.
und ihr Widerstand 15·5 Ohms. Beide Säulen zusammen sind etwa 121 frisch gefüllten Bunsen-Elemen- ten gleichwerthig und verbrauchen 10 Kilogramm Coaks per Stunde.
Fr. Noe
in Wien construirte seine Thermosäulen mit Umgehung einer Zusammenlöthung oder Ver- schraubung beider Metalle an jenen Stellen, welche erhitzt werden sollen, und ließ die Hitze auch nicht direct, sondern unter Vermittlung von Heizstiften auf diese Stellen wirken. Um dies zu erreichen, wird bei der Anfertigung der Elemente folgendes Verfahren eingeschlagen: Man setzt eine Messingkapsel in eine geeignete Form ein, versieht diese in ihrer Mitte mit einem Kupferstifte oder einem mit Kupfer überzogenen Eisen- stifte, dessen oberer konischer Theil aus der Kapsel herausragt. Seit- lich werden in die letztere mehrere Neusilberdrähte eingehängt und dann die Metalllegirung, deren Zusammensetzung geheim gehalten wird, eingegossen. Hierdurch bildet sich die zu erhitzende Verbindungsstelle zwischen dem Neusilber und der Legirung durch den Guß, ohne ein Verschrauben oder Verlöthen zu erfordern.
Die abzukühlende Löthstelle wird durch einen auf das cylindrische Element senkrecht aufgelötheten Kupfer- oder Messingstreifen gebildet, an welchem man mehrere Neusilberdrähte anlöthet. Ein derartiges Element und die Zusammenstellung von 12 Elementen zu einer Säule zeigt die Fig. 390. Die zur Abkühlung dienenden Metallbleche sind an einem Papierringe angeschraubt und bilden mit diesem das Gestelle der Säule. Die Heizstiften der radial gestellten Elemente tragen eine Glimmerscheibe, welche die Ausbreitung der darunter befindlichen Flamme des Brenners besorgt. Die von der zu erhitzenden Verbindungsstelle ausgehenden Neu- silberdrähte sind immer an das Kühlblech des darauffolgenden Elementes angelöthet.
Bei geringer Erhitzung ist die Abkühlung der äußeren Verbindungsstellen durch die Ausstrahlung der verticalen Bleche hinlänglich gesichert; bei stärkerer Erhitzung stellt man letztere in ein Gefäß mit Wasser. Noe construirte Säulen von verschiedener Größe und änderte auch die Form derselben mannigfach ab. Größere Säulen ordnete er in zwei Reihen an, in welchen die Elemente ihre Heizstiften gegeneinander wandten; die Erhitzung bewirkte eine entsprechende Anzahl in einer Reihe angeordneter Bunsen’scher Gasbrenner.
A. v.
Waltenhofen
veröffentlichte über eine solche Säule nachstehende Angaben: „Man denke sich eine Säule von 128 Elementen. Diese sind in vier Gruppen von je 32 abgetheilt. Jede Gruppe repräsentirt (bei der durch eine neue Einrichtung gemäßigten Heizung) ungefähr die elektromotorische Kraft von zwei Daniell’schen Elementen und hat (da der Widerstand eines Elementes nahe ein Vierzigstel einer Siemens’schen Einheit beträgt) einen Widerstand vom Betrage 0·8. Schaltet man nun alle vier Abtheilungen hintereinander, so erhält man die Wirkung
Fig. 390.
Noe’s Thermo-Elemente.
von acht Daniell-Elementen mit 3·2 Einheiten Gesammtwiderstand. Werden je zwei Abtheilungen parallel und die so gebildeten Doppelabtheilungen hintereinander geschaltet, so vertritt die Säule vier Daniell-Elemente von viermal geringerem, also nur 0·8 betragendem Gesammtwiderstande. Werden endlich alle vier Abtheilungen (zu einer vierfachen Gruppe) parallel geschaltet, so wirkt die Säule wie zwei Daniell-Elemente von 0·2 Einheiten Gesammtwiderstand.“
Schließlich möge noch eine Thermosäule Erwähnung finden, welche ähnlich jener von Noe durch
W. Ph. Hanck
construirt und wie nachstehend beschrieben wurde:
„Fig. 391 zeigt ein Eisengestelle, welches mit zwei Bunsen-Brennern und einer Gaszuströmungs-Regulirung versehen ist. Die Elemente besitzen die Gestalt vier- seitiger abgestumpfter Pyramiden (Keile), die mit angegossenen Eisenschuhen ver- sehen sind, welche die Heizung besorgen. Das elektronegative Metall ist in Form schmaler Blechstreifen angewandt, welche eine eigenthümliche Biegung besitzen, um bei der stattfindenden ungleichförmigen Ausdehnung nicht Anlaß zur Zerstörung des Elementes zu geben; sie werden so eingegossen, daß sie von der Spitze des vorhergehenden Elementes direct zum Fußende des nächsten gehen, wodurch die früher nothwendige Löthstelle entfällt, zugleich wird auch die Kühlplatte angegossen. Ein Glimmercylinder schützt das elektronegative Metall vor der directen Einwirkung der Flamme und vor der Zerstörung durch dieselbe, während eine Scheibe die Ausbreitung derselben besorgt, wenn nicht der Brenner ohnehin eine darauf hinzielende Vorrichtung besitzt.“
Die elektromotorische Kraft eines Elementes ist gleich 0·1 Daniell und der Widerstand 0·02 Siemens-Einheiten; 30 Elemente können bereits einen 3 Centi- meter langen Platindraht zum Glühen bringen. Die Säulen werden in verschiedenen Größen, zu zwei oder drei auf einem Gestelle vereinigt, fabricirt und eignen sich namentlich für Schulversuche oder zur Erzeugung galvanischer Niederschläge, wie
Fig. 391.
Thermosäule nach Hauck.
solche bei quantitativen analytischen Arbeiten in chemischen Laboratorien z. B. zur Bestimmung des Kupfergehaltes hergestellt werden. Diesen und ähnlichen Zwecken dienend, hat Hauck’s Thermosäule auch thatsächlich in Oesterreich, Deutschland und Frankreich einige Verbreitung erlangt.
II.
Der elektrische Strom vom Generator bis zur Verbrauchsstelle.
Benöthigt man zu irgend welchen praktischen Zwecken elektrischer Ströme, so bemißt man die Zahl der galvanischen, Secundär- oder Thermo-Elemente, ihre Verbindungsweise untereinander u. s. w. nach der Arbeit, welche von der Elek- tricität geleistet werden soll; in ähnlicher Weise geht man bei der Dimensionirung und Festsetzung der elektrischen Constanten vor, wenn elektrische Maschinen zur Anwendung kommen sollen. Die an die Generatoren gestellten Anforderungen sind jedoch hiermit in der Regel noch nicht erfüllt. Ganz abgesehen davon, daß die elektrischen Maschinen durch die mannigfachsten Umstände veranlaßt werden, die Stärke des von ihnen gelieferten Stromes während des Betriebes unerwünscht zu ändern, stellt man an sie in der Praxis häufig auch die Anforderung, daß die Maschinen bei absichtlich herbeigeführten Aenderungen im Arbeitsstromkreise selbst- thätig immer den entsprechenden, nie einen stärkeren und nie einen schwächeren, Strom liefern. Diese Thätigkeit wird noch in erhöhtem Maße verlangt, wenn ein Generator Ströme für mehrere oder viele, auch verschiedenartige Arbeiten zu liefern hat. Die hier in knappen Worten skizzirten Anforderungen zeigen, daß die vom Generator erregten Ströme erst einer den jeweiligen Umständen entsprechenden
Regulirung
und eventuell
Vertheilung
bedürfen, bevor sie an der Verbrauchs- stelle die gewünschte Arbeit in zweckentsprechender Weise leisten können.
Bei der sich stets weiter ausbreitenden Verwendung der Elektricität zu praktischen Zwecken ist es begreiflich, daß man auch daran denkt, die an einer Centralstelle erzeugte Elektricität einer größeren Anzahl zerstreut liegender Arbeits- stellen zuzuführen, von einer Centralstation aus größere Bezirke mit Elektricität zu versorgen, ähnlich wie unsere Gasanstalten ganze Städte mit Leuchtgas versehen. Hierdurch wurde das Bedürfniß geschaffen, die von der Centralstation den Con- sumenten gelieferten Mengen elektrischer Energie zu messen und zu registriren, wie ja auch die Gasgesellschaften mit Hilfe der Gasuhren das gelieferte Leuchtgas messen, um darnach den Preis zu bestimmen; es muß also bei jedem Consu- menten ein
Strom-Meß-
und
Registrirapparat
aufgestellt werden. Es wird ferner nicht gleichgiltig sein, in welcher Art elektrische Energie von einem Orte nach dem andern übertragen oder geleitet wird. Die an die
Elektricitätsleitung
gestellten Anforderungen verlangen vielmehr, entsprechend den jeweiligen Zwecken der Leitung, verschiedene Constructionen.
Sonach tritt an uns, bevor wir die praktischen Anwendungen der Elektricität betrachten können, die Aufgabe heran, uns vorerst mit der Stromregulirung und Vertheilung, der Stromleitung und Registrirung bekannt zu machen.
1. Stromregulirung und Vertheilung.
Die Regulirung der Stromstärke ist für den Generator und den „Receptor“, d. h. jenen Apparat, welcher den Strom empfängt und verbraucht, also für die Lampe, den Motor oder die Zersetzungszelle gleich wichtig. Ganz abgesehen davon, daß man mit einem unregulirten Strome ganz unökonomisch arbeiten würde, hätte ein derartiges Verfahren nur zu häufig erhebliche Schäden im Gefolge, wie dies nachstehendes Beispiel zeigen soll. Die Ströme einer elektrischen Maschine werden zur Speisung elektrischer Lampen verwendet und haben eine der Lampenzahl entsprechende Stärke. Nun wird zufällig oder absichtlich eine größere Anzahl Lampen ausgelöscht, also der Widerstand des Stromkreises bedeutend vermindert. Da nun die Stromstärke in einem Schließungskreise dem Widerstande desselben umgekehrt proportional ist, muß in Folge der Widerstandsabnahme die Stromstärke zunehmen. Dies wird dann nicht nur die Lichtstärke der noch brennenden Lampen sehr merkbar verändern, sondern kann auch durch Erhitzung der Drähte zur Zerstörung der Isolirungen in den Lampen und in der Maschine oder auch zum Zusammenschmelzen einzelner Metalltheile führen, und dadurch überdies noch Feuersgefahr her- vorrufen.
Welche Mittel giebt also die Elektrotechnik zur Vermeidung solcher oder ähnlicher Uebelstände und Gefahren an die Hand?
Ueberblicken wir sämmtliche, so lassen sie sich in drei Gruppen bringen. In die erste Gruppe rechnen wir jene Mittel, welche im Generator selbst zur Anwendung gelangen und dahin wirken, daß immer nur Ströme von solcher Stärke erregt werden, welche der Arbeitsstromkreis jeweilig erheischt. Die zweite Gruppe umfaßt außerhalb der Generatoren, gewissermaßen zwischen diesen und den Ver- brauchsstellen, eingeschaltete Regulirungsapparate, und in die dritte Gruppe werden alle jene Vorrichtungen zu rechnen sein, mit welchen man den Receptor, also z. B. die Lampe ausrüstet, um nur einen Strom von der gewünschten Stärke hereinzulassen.
An dieser Stelle können uns nur die beiden ersten Gruppen beschäftigen, da in der letzten Mittel zur Anwendung gelangen, die bereits an den Receptor gebunden sind, also schon der Anwendung der Elektricität angehören und deshalb in die nächsten Abschnitte eingereiht werden müssen. Betrachten wir nun zunächst die
Stromregulirungen durch Schaltungen in der Maschine
.
Die Schwankungen des Stromes in Folge unabsichtlich herbeigeführter Widerstandsänderungen treten namentlich bei jenen Maschinen sehr störend auf, bei welchen das dynamoelektrische Princip vollständig durchgeführt ist. Es bilden dann der Arbeitsstromkreis, die Drahtwindungen der Armatur und jene der Elektromagnete zusammen nur einen Stromkreis. Jede Erhöhung des Widerstandes im Arbeitsstromkreise muß deshalb schon an und für sich eine Verminderung der Stromstärke nach sich ziehen; nun kommt bei der dynamoelektrischen Maschine noch der Umstand hinzu, daß durch jede Schwächung des Stromes auch die Kraft der Elektromagnete geschwächt wird, woraus folgt, daß schon sehr geringe Wider- standsänderungen im Arbeitsstromkreise sehr merkbare Aenderungen der Stromstärke bewirken müssen. Nun braucht man aber gerade dann, wenn der Widerstand im Arbeitsstromkreise größer wird, einen stärkeren Strom, damit dieser auch bei dem größeren Widerstande noch die gewünschte Arbeit leisten kann. Es ist z. B. durch den Strom einer Maschine der Voltabogen einer Lampe zu erhalten. Der Strom der Maschine ist so bemessen und die Regulirungsvorrichtung der Lampe derart eingestellt, daß der Voltabogen bei normalem Gange innerhalb der durch die Empfindlichkeit des Lampenmechanismus gegebenen Grenzen eine constante Größe beibehält. Nun springt z. B. ein Stück der Lampenkohle ab und vergrößert dadurch den Widerstand im Voltabogen (durch Vergrößerung der Entfernung beider Kohlen voneinander). Sofort nimmt die Stromstärke ab und die Maschine liefert gerade in dem Momente, in welchem eine höhere Stromstärke nothwendig wäre, um die Lampe brennend zu erhalten, einen schwächeren Strom. Muß dies auch nicht immer die vollständige Unterbrechung des Voltabogens zur Folge haben, so wird es doch stets ein Wechseln der Lichtintensität verursachen.
Wheatstone
schlug daher vor, die Elektromagnete nicht in den Hauptstromkreis, sondern in einem Nebenschluß zu demselben zu legen. Da jetzt der Stromkreis der Magnete von jenem der Armatur und des Receptors getrennt ist, kann obige Rückwirkung einer Widerstandsänderung im Hauptstromkreise auf die Kraft der Elektromagnete nicht mehr stattfinden. Es muß im Gegentheile eine Erhöhung des Widerstandes im Hauptstromkreise auch eine Verstärkung des Stromes in diesem Stromkreise nach sich ziehen und eine Verminderung des Widerstandes eine Schwächung des Stromes zur Folge haben; es wird also durch die Schaltung der Elektromagnete in den Nebenschluß gerade jene Aenderung oder Regulirung der Stromstärke erzielt, die wir wünschen.
Eine Betrachtung der Fig. 383 auf Seite 547 wird uns diese Art der Regulirung deutlich erkennen lassen. Die Maschine hat die Secundär-Batterie
S
zu laden, welche mit den Drahtwindungen der Armatur den Hauptstromkreis bildet. Im Rebenstromkreise liegen die Elektromagnete
M M
und der auf einen bestimmten Widerstand gestellte Rheostat
R.
Der bei
a
aus der Armatur tretende Strom muß sich daher im umgekehrten Verhältnisse zu den Widerständen im Arbeits- (Accumu- latoren-)Stromkreise und Elektromagnetstromkreise vertheilen. Wird nun der Widerstand im Arbeitsstromkreise erhöht, so muß die Stromstärke daselbst zunächst allerdings ab- und im Nebenstromkreise zunehmen. Nun liegen aber im Nebenstromkreise die Elektromagnete: folglich müssen diese sofort an Kraft gewinnen, dadurch eine kräftigere Induction als früher auf die Windungen der Armatur ausüben und daher augenblicklich eine Verstärkung des Stromes im Arbeitsstromkreise bewirken. In ähnlicher Weise führt die Abnahme des Widerstandes im Arbeitsstromkreise auch eine Abnahme der Stromstärke in demselben mit sich.
Diese Methode der Stromregulirung wurde von vielen Constructeuren in Anwendung gebracht und hat auch thatsächlich gute Erfolge erzielt.
Eine gewisse Unabhängigkeit der Intensität des magnetischen Feldes vom äußeren Stromkreise erreicht auch
Brush
dadurch, daß er bei einigen seiner Maschinen die Elektromagnete außer mit den gewöhnlichen Windungen auch noch mit Windungen eines dünnen Drahtes versieht, dessen Enden mit den Collector- bürsten verbunden sind.
Marcel Deprez
erreicht die Stromregulirung gleichzeitig mit der Strom- theilung. Er faßt letztere dahin auf, daß er bei Einschaltung mehrerer gleicher oder verschiedener Apparate in einen Stromkreis eine solche Theilung des Stromes fordert, daß 1. jeder Apparat den ihm nothwendigen Theil bekommt und unabhängig von den anderen Apparaten functionirt, 2. daß die zur Erreichung dieses Zweckes nothwendige Regulirung selbstthätig und unmittelbar nur durch die Maschine ohne Zuhilfenahme irgend welcher Ueberwachungs- oder Regulirungsmittel erfolge, und 3. daß die Regulirung derart sei, daß die Maschine nie mehr, sondern immer nur so viel Strom producirt, als für den Betrieb der in den Stromkreis jeweilig eingeschalteten Apparate nöthig ist.
Darnach muß also die Totalmenge der zu erzeugenden elektrischen Energie stets unveränderlich sein. Sie ist bekanntlich gegeben durch den Ausdruck: elektro- motorische Kraft mal Stromintensität (Seite 452 u. f.). Die Aenderung der Gesammtenergie kann daher durch Veränderung der elektromotorischen Kraft, durch Veränderung der Stromintensität oder endlich durch Veränderung dieser beiden bewirkt werden. Deprez zieht nur die beiden ersten Fälle in Betracht.
Die Veränderung der elektromotorischen Kraft bei Constanterhaltung der Stromintensität führt zur Hintereinanderschaltung (Schaltung auf Spannung) der in einem Stromkreise zu betreibenden Apparate, während die Veränderung der Stromintensität bei constanter elektromotorischer Kraft Nebeneinander- oder Parallel- schaltung erfordert.
Ein Gleichniß möge dies deutlicher machen. Es sei die Kraft eines Wasser- falles auszunützen durch Verwendung mehrerer hydraulischer Motoren; diese könnte man dann entweder übereinander oder nebeneinander anordnen. Im ersteren Falle würde jeder Motor zwar dieselbe Wassermenge erhalten, aber nur einen Theil der Fallhöhe des Wassers ausnützen, und wollte man noch einen oder mehrere Motoren in derselben Art treiben lassen, müßte die Höhe des Wasserfalles ver- größert werden. Diese Anordnung der Motoren kann uns die Schaltung auf Spannung verdeutlichen. Im zweiten Falle stehen die Motoren nebeneinander, jeder nützt die gleiche Fallhöhe aus, empfängt aber nur einen Theil der Wasser- menge. Will man hier die Zahl der in derselben Weise betriebenen Motoren vermehren, so muß die Wassermenge des Falles vergrößert werden. Diese Anordnung kann demnach die Parallelschaltung oder Schaltung auf Quantität versinnlichen.
Deprez hat dieses Princip der Stromregulirung in nachstehender Weise verwirklicht: Er versieht die Elektromagnete der stromliefernden Maschine mit zwei
Fig. 392.
Deprez’ Stromvertheilung.
getrennten Stromkreisen in parallel nebeneinander laufenden Windungen, die so geschaltet sind, daß die Ströme in beiden Windungssystemen dieselbe Richtung haben, sich also in ihren magnetisirenden Wirkungen addiren. Der eine Stromkreis wird von einem constanten Strome durchflossen, welchen eine von der stromliefernden Maschine unabhängige Elektricitätsquelle, also etwa eine kleine Erregermaschine, wie in der Darstellung durch Fig. 392 angenommen ist, liefert; im zweiten Stromkreise der Elektromagnete fließt der
ganze
Strom, den die Hauptmaschine selbst producirt und welcher im Arbeitsstromkreise benützt wird, wenn man die zu betreibenden Apparate
parallel
schaltet, es fließt aber nur ein
Zweigstrom
hindurch, wenn die Apparate
hintereinander
geschaltet werden.
Betrachten wir zunächst die Wirkungsweise dieser Anordnung für die
Parallelschaltung
. Es wirken in der Hauptmaschine stets zwei elektromotorische Kräfte; eine unveränderliche, erzeugt von der selbstständigen Erregermaschine und entsprechend dem gleichfalls unveränderlichen inneren Widerstande der Lichtmaschine; eine veränderliche, erzeugt von der Lichtmaschine selbst. Ist eine bestimmte Anzahl von Apparaten in parallel geschalteten Zweigen des Stromkreises in Thätigkeit, so wird im Gesammtstromkreise ein bestimmter, der Apparatenzahl entsprechender Widerstand und demzufolge eine entsprechende Stromstärke herrschen. Wird nun einer dieser Apparate abgestellt, also einer der parallel geschalteten Stromwege unterbrochen, so verliert der Strom einen der nebeneinander liegenden Stromwege für seinen Durchgang, findet also einen größeren Widerstand; da aber die Strom- stärke umgekehrt proportional dem Widerstande ist, muß die Stromstärke abnehmen. Das Umgekehrte findet statt, wenn man die Zahl der ursprünglich in Betrieb gesetzten Apparate vermehrt. Durch jeden neu eingeschalteten Apparat erhält der Strom für seinen Durchgang auch einen Weg mehr, findet also geringeren Wider- stand und muß deshalb stärker werden. Durch die angegebene Schaltung regulirt sich also die Erzeugung elektrischer Energie selbstthätig und immer dem jeweiligen Bedürfnisse entsprechend.
Ist eine bestimmte Anzahl von Apparaten
hintereinander
geschaltet, so fließt durch den einen Stromkreis der Elektromagnete wieder der Strom von constanter Stärke, welchen die Erregermaschine liefert; durch den zweiten Stromkreis, der einen Nebenschluß zum Stromkreise der Hauptmaschine und der Apparate bildet, ein Zweigstrom in einer Stärke, die dem Widerstande in dieser Zweigleitung umgekehrt proportional ist. Fügt man bei dieser Schaltung zu den ursprünglich betriebenen Apparaten noch einen Apparat hinzu, so nimmt der Widerstand im Arbeitsstromkreise zu, weil der Strom dann eine längere Reihe von Apparaten
nacheinander
zu durchlaufen, also eine größere Reihe von Widerständen zu überwinden hat. Die Zunahme des Widerstandes im Hauptstromkreise bedingt aber eine Zunahme der Stromstärke in der Nebenschließung (der zweiten Elektromagnet- wicklung), da deren Widerstand unverändert geblieben ist. Dadurch werden aber auch die Elektromagnete kräftiger, also der Strom der Hauptmaschine verstärkt. In ähnlicher Weise nimmt die Stromstärke im Arbeitsstromkreise ab, wenn die Zahl der Apparate vermindert wird.
In solcher Art regulirt sich die Stromstärke der Hauptmaschine selbst, ohne Zuhilfenahme irgend welcher mechanischer Vorrichtungen.
Das Verständniß obiger Auseinandersetzungen dürfte durch Vergleichung mit den Betrachtungen auf Seite 199 u. f. erleichtert werden.
Wir haben bisher zweierlei Schaltungen der Stromkreise innerhalb einer Maschine kennen gelernt, nämlich die Schaltung der gewöhnlichen dynamoelektrischen Maschine, bei welcher die Armatur- und Elektromagnetwindungen in
einem
Stromkreise liegen, und die Nebenschlußschaltung, bei welcher die Elektromagnet- windungen im Nebenschlusse zum Hauptstromkreise liegen. (Bei der Schaltungsweise von Deprez kommt eine außerhalb der Maschine befindliche selbstständige Elektricitäts- quelle zur Anwendung.) Diese beiden Schaltungen entsprechen jedoch für eine Reihe von Anwendungen nicht den an sie gestellten Anforderungen. So wünscht man z. B. bei einer Beleuchtungsanlage für Glühlichter, daß diese in beliebiger, wechselnder Anzahl angezündet oder ausgelöscht werden können, wie es eben gerade der Bedarf erfordert.
Wendet man hierzu eine gewöhnliche dynamoelektrische Maschine an, so tritt, abgesehen von dem unruhigen Brennen der Lampen, beim successiven Auslöschen
Urbanitzky
: Elektricität. 36
derselben folgendes Verhalten ein: Beim Auslöschen der ersten Lampen brennen die übrigen heller, beim Abstellen weiterer Lampen wieder dunkler. Werden hierauf immer mehr Lampen ausgeschaltet, so nimmt die Leuchtkraft der noch in Thätigkeit bleibenden stetig ab und diese löschen schließlich ganz aus, d. h. die Maschine arbeitet nicht mehr. Dieses Verhalten ist durch die uns bereits bekannte Wirkungsweise der dynamo- elektrischen Maschine selbst bedingt. Uebersteigt der Widerstand des äußeren Strom- kreises eine gewisse Größe oder ist der Stromkreis ganz unterbrochen, so können die in der Armatur durch den remanenten Magnetismus der Elektromagnete inducirten Ströme nicht mehr in die Windungen der Magnete gelangen, das successive An- wachsen des Stromes kann nicht mehr eintreten und die Magnete verlieren ihre Kraft.
Liegen die Elektromagnete im Nebenschlusse, so wird deren Kraft erhöht, wenn der Widerstand im Hauptstromkreise wächst. Die Nebenschlußmaschine kann
Fig. 393.
Compound-Maschine von Schuckert.
daher bei variirenden Widerständen im Hauptstromkreise arbeiten, also auch für Glühlichtbeleuchtung in Verwendung kommen, unter der Voraussetzung, daß die Kraft der Elektromagnete den jeweiligen Umständen (also der Zahl der zu betreibenden Lampen) entsprechend regulirt wird.
Edison
bewirkt dies, wie wir später sehen werden, durch Einschaltung variabler Widerstände in den Stromkreis der Elektro- magnete. Vortheilhaft arbeitet die Nebenschlußmaschine jedoch nur bei einem bestimmten Widerstande. Schaltet man bei Anwendung derselben nach und nach immer mehr Lampen aus, so wird, weil diese, um voneinander unabhängig zu bleiben, alle parallel geschaltet sein müssen, der Widerstand im Arbeits- oder Hauptstromkreise immer größer werden, daher der Strom im Nebenschlusse, den Elektromagnetwindungen, fortwährend wachsen und die Kraft der Magnete selbst ebenfalls zunehmen. Die übrig bleibenden Lampen werden daher stets an Helligkeit gewinnen und schließlich der Gefahr einer Zerstörung ausgesetzt sein.
Die beiden Schaltungen zeigen also gewissermaßen ein entgegengesetztes Verhalten, indem bei der dynamoelektrischen Maschine eine bestimmte kleine Lampen- anzahl gar nicht zum Leuchten gebracht werden kann, während bei der Nebenschluß- maschine für eine solche geringe Anzahl die Gefahr einer Zerstörung wegen zu großer Hitze eintritt. Es lag daher nahe, bei der Construction von Maschinen einen Mittelweg einzuschlagen, indem man beide Schaltungen combinirt. Dies ist nun auch in der That fast gleichzeitig von den Ingenieuren der Firmen R. E.
Crompton, Siemens \& Halske
und S.
Schuckert
ausgeführt worden, wodurch den beiden bereits früher bekannten Maschinen noch die
Compound- maschine
oder
Maschine mit constanter Klemmspannung
zugefügt wurde.
Fig. 393 stellt eine Compoundmaschine von
Schuckert
dar, welche zum Betriebe von circa 400 Edison-Lampen bestimmt ist. Während der elektrischen
Fig. 394.
Maschine mit constanter Klemmspannung von Siemens \& Halske.
Ausstellung in Wien (1883) diente sie zur Speisung jener Lampen, aus welchen die Firmenschilder Schuckert und Werndl gebildet waren. Dem viertheiligen Ringe dieser Maschine entsprechend, sind auch vier Ableitebürsten angebracht. Die Maschine zeichnet sich durch ebenso elegante als solide Construction aus.
Fig. 394 ist die Abbildung einer Maschine mit constanter Klemmspannung von
Siemens \& Halske
, Fig. 395 das Schema dieser Maschine, entworfen nach der perspectivischen Ansicht aus
„La lumière électrique“
. Wie aus diesen Figuren zu ersehen, unterscheidet sich diese Maschine von den bereits beschriebenen nur durch die Art der Elektromagnetbewicklung, durch welche die Maschine befähigt wird, stets dem jeweiligen Bedarfe entsprechende Ströme zu liefern. Dies ist auch der Grund, warum diese, und überhaupt die Compoundmaschinen, nicht im Abschnitte über Maschinen, sondern erst bei Besprechung der Stromregulirung eingereiht wurden. Bei dem in den Fig. 394 und 395 dargestellten Modelle ist die doppelte
36*
Bewicklung der Elektromagnetschenkel in der Weise ausgeführt, daß jeder Schenkel zur Hälfte mit dickem und zur Hälfte mit dünnem Drahte versehen wurde. Natürlich kann, ohne das Princip oder die Wirkungsweise zu ändern, die doppelte Bewicklung auch in anderer Weise ausgeführt werden; es können z. B. je zwei der vier Elektromagnetschenkel dünnen und die beiden anderen dicken Draht erhalten oder
Fig. 395.
Schema der Siemens-Maschine.
es kann auch der Elektromagnet- schenkel beiderlei Drähte übereinander gelagert bekommen.
Die Schaltung in der Maschine ist durch das Schema leicht zu ersehen; die Elektromagnetwindun- gen aus starkem Drahte sind parallel oder auf Quantität geschaltet, jene aus dünnem Drahte hintereinander oder auf Spannung. Den Strom- lauf in den ersteren zeigen die ein- fachen, jenen in den letzteren die gefiederten Pfeile an.
P P
1
sind die Polklemmen der Maschine, an welche der äußere Stromkreis angeschlossen wird,
B B
1
die auf dem Collector schleifenden Ableitebürsten. Die Ma- schine kann 1 bis 200 Siemens- Glühlichter
à
16 Kerzen Lichtstärke mit Strom versorgen.
Durch die Compoundmaschi- nen, welche also gewissermaßen eine dynamoelektrische und eine Neben- schlußmaschine in sich vereinigen, ist das Problem einer Stromregulirung durch die Maschine selbst und ohne Anwendung irgend welcher selbst- ständiger Regulatoren vollkommen gelöst. Die Maschine arbeitet inner- halb der durch ihre größe und Con- struction bestimmten Grenzen mit jedem beliebigen Widerstande im äußeren Stromkreise immer gleich- mäßig und auch immer mit dem- selben Güteverhältnisse. Vorausgesetzt ist hierbei nur eine constante Touren- zahl der Maschine. Es kann daher keinem Zweifel unterliegen, daß die Compound- maschinen namentlich überall dort zur Verwendung kommen werden, wo es sich um Vertheilung elektrischer Energie von einem Centralpunkte aus handelt.
Für die Regulirung der Stromstärke mit Hilfe besonderer Regulirungs- vorrichtungen wurden bereits ziemlich viele Apparate angegeben, die in unmittelbarer Verbindung mit der Maschine, oder selbstständig angeordnet werden oder auch auf den die Maschine treibenden Motor wirken. Die Besprechung nur einiger derselben wird umso eher genügen, als sie gegenwärtig durch die Construction der Compound- maschinen sehr an Bedeutung verloren haben.
Zwei derartige Regulatoren waren bereits gelegentlich der Ausstellung für Elektricität in Paris zu sehen; es sind dies die Regulatoren von
Maxim
und von
Lane-Fox
.
Maxim regulirt die Stromstärke der Lichtmaschine, indem er den Strom der kleinen Hilfsmaschine, welche die Elektromagnete zu erregen hat, variirt. Die Veränderung der Stromstärke der Erregermaschine erfolgt durch Verstellung der Contactbürsten ihres Collectors. Bekanntlich giebt es für die Bürsten zwei Grenz- stellungen, für deren eine das Maximum der Stromstärke, für deren zweite das Minimum derselben im Stromkreise erhalten wird; bei der letzteren stehen die Bürsten in der sogenannten neutralen Linie. Man hat also in der Bewegung der Bürsten von oder zu dieser Linie ein Mittel, um auf die Stromstärke einer dynamoelektrischen Maschine einzuwirken.
Fig. 396 zeigt die praktische Ausführung dieser Idee. Ein auf der Erreger- maschine angebrachter Elektromagnet
E
1
von großem Widerstande ist in den Hauptstromkreis (Lampenkreis) geschaltet und zieht mit einer Kraft, welche sich nach der Stärke des Stromes richtet, den Anker
A
an; an diesem ist ein Sperrkegel
f
mit zwei einander entgegengesetzt (nach oben und unten) gerichteten Zähnen auf- gehängt, welcher von der Axe der Maschine durch eine Transmission eine hin und her gehende Bewegung erhält. Dieser Sperrkegel bewegt sich zwischen zwei Zahnrädern
r
und
r
1
, ohne diese zu berühren, so lange der Strom, welcher durch die Magnetwindungen geht, seine normale Stärke besitzt. Wird der Strom geschwächt (z. B. durch das Anzünden neuer Lampen), so hebt sich der Anker, da er vom Elektromagnete nicht mehr so stark angezogen, sondern vielmehr durch eine entgegen- wirkende Kraft (z. B. eine Feder) sogar abgezogen wird; mit ihm geht auch der Sperrkegel aufwärts, der jetzt mit seinem oberen Zahne in die Zähne des Rades
r
eingreift und dieses bei je einem Hin- und Hergange um einen Zahn weiterdreht. Durch einige Zwischenräder wird diese Drehung auf die Bürsten
b b
übertragen, wodurch diese ihre bisherige Stellung verlassen, sich ihrer günstigsten Lage mehr oder weniger nähern und so den Strom verstärken. Die entgegengesetzte Bewegung und daher auch Wirkung tritt ein, wenn der Strom (durch das Auslöschen mehrerer Lampen) zu stark geworden ist.
Der zweite Elektromagnet
E
2
spielt die Rolle eines Sicherheitsventiles. Die Spannung der Feder oder sonstigen Hemmung, welche der Anziehung des Ankers durch diesen Magnet entgegenwirkt, ist so regulirt, daß sie nur durch ein außer- gewöhnliches Anwachsen des Stromes im Elektromagnete überwunden wird. In diesem Falle gelangt die Verlängerung des Ankers an einen Platincontact, wodurch die Elektromagnetwindungen der Hauptmaschine ausgeschaltet werden und dadurch die Stromerregung unterbrechen, so daß eine Beschädigung der Apparate (Lampen) unmöglich ist. Die Unterbrechung in der Stromerzeugung dauert jedoch nur einen Moment, weil eben durch die Unterbrechung auch der Elektromagnet
E
2
seine Kraft sofort verlieren und daher den Anker wieder loslassen muß. Hierdurch ist die normale Verbindung beider Maschinen wieder hergestellt und die Stromerregung nimmt ihren normalen, durch die Wirkung des Magnetes
E
1
regulirten Verlauf. Da der Elektromagnet
E
2
nur vorübergehend in die Regulirung eingreift und die Elektromagnete der Hauptmaschine nicht momentan ihre ganze Kraft verlieren, werden die Lampen in Folge der Wirkung des Elektromagnetes
E
2
nicht ganz auslöschen, sondern nur bedeutend dunkler brennen. Der Elektromagnet
E
2
giebt durch sein Eingreifen nur gewissermaßen dem Elektromagnete
E
1
Zeit, seine Einwirkung geltend zu machen, wenn durch plötzliche bedeutende Widerstands- änderungen im Arbeitsstromkreise eine rasche und bedeutende Aenderung der Stromstärke erfordert wird, welche der eigentliche Regulirungsmechanismus mit
Fig. 396.
Regulator von Maxim.
seinen Zahnrädern und Uebertragungen nicht so rasch ausführen kann, um die im Betriebe befindlichen Apparate (z. B. Lampen) vor Beschädigung zu bewahren.
Dasselbe Princip, nämlich die Verstellung der Schleifbürsten am Collector der Erregermaschine, wurde von Maxim auch zur Construction eines Regulators benützt, dessen Form in einigen Details von dem eben beschriebenen Apparate etwas abweicht. Maxim construirte ferner auch einen Regulator, der im Wesentlichen aus einem großen drehbaren Rheostaten mit 60 Widerstandsrollen, in Form und Anordnung einem Gramme’schen Ringe ähnlich, besteht. Dieser ist in den Stromkreis der erregenden Elektromagnete eingeschaltet. Der Gramme’sche Ring wird durch Vermittlung eines Elektromagnetes in der einen oder anderen Richtung gedreht, schaltet hierdurch eine größere oder geringere Anzahl von Widerstandsrollen ein oder aus und schwächt oder verstärkt also in dieser Weise den Strom.
K
ř
i
ž
ik
benützt zur Construction seiner Regulatoren dasselbe Princip, welches seinen Lampen, die wir weiter unten noch kennen lernen werden, zu Grunde liegt. Da derselben an jener Stelle ohnehin noch ausführlicher gedacht werden muß, können wir uns hier mit einigen kurzen Andeutungen begnügen.
Zwei Formen des Regulators sind in Fig. 397 dargestellt. Ein Solenoid
S
übt auf den in einer Messingröhre eingeschlossenen Eisenkern
E
eine stärkere oder schwächere Anziehung aus, je nachdem der das Solenoid durchfließende Strom
Fig. 397.
Regulatoren von K
ř
i
ž
ik.
stärker oder schwächer ist. Die gleichmäßige Anziehung des Eisenkernes in allen seinen Stellungen zur Spule wird durch die eigenthümliche (konische) Form des Eisenkernes bewirkt. Der Anziehung durch das Solenoid wirkt das Gegengewicht
G
, welches an einer über die Rolle
R
laufenden Schnur hängt, entgegen.
Der Eisenkern gleitet daher auf der schiefen Ebene des Gestelles nach aufwärts oder abwärts, je nachdem die Wirkung des Gewichtes
G
oder der Anziehungskraft des Solenoides überwiegt. Hierbei bewegt sich die Contactrolle
r
über eine Reihe von Contactstreifen, welche mit Kohlenstäben
K
in Verbindung stehen. Es wird in dieser Weise bei zunehmender Stromstärke der Eisenkern immer tiefer in das Solenoid hineingezogen und eine immer größere Anzahl von Kohlenstäben, also Widerständen in den Stromkreis eingeschaltet und dadurch die Stromstärke wieder auf das gewünschte Maß herabgebracht. Ist hingegen der Strom zu schwach, so zieht das Gegengewicht
G
den Eisenkern heraus und schaltet dadurch immer mehr Widerstand aus, wodurch der Strom wieder zur gewünschten Stärke an- wachsen kann.
In einer zweiten Construction sind die Widerstände aus Neusilberdrähten
N
gebildet, welche auf einen Cylinder aufgewunden sind. Die Ein-, beziehungsweise Ausschaltung von Widerständen wird durch eine am Eisenkerne befestigte Contactrolle bewirkt, die über im Innern des Cylinders angebrachte Contactstreifen gleitet. Als Gegenkraft zum Solenoide kommt hier der Auftrieb durch Wasser zur Anwendung.
Die
Anglo-American Brush Electric Light Company
, deren Maschine wir bereits kennen gelernt haben (Seite 378), verwendet zur Strom- regulirung einen aus Kohlenscheiben zusammengesetzten Rheostaten. Da die genannte
Fig. 398.
Brush-Maschine mit Stromregulator.
Company bei den von ihr ausgeführten Beleuchtungsanlagen Lampen (mit Voltabogen) in größerer Anzahl hintereinander zu schalten pflegt, bedarf sie zum Betriebe derselben einer Maschine, die hochgespannte Ströme liefert. So hat die Sechzehn- lichtmaschine eine elektromotorische Kraft von 839 Volts, die Vierziglichtmaschine gar eine solche von 2200 Volts. Hat man eine Beleuchtungsanlage mit Glüh- lichtern einzurichten, so müssen diese, um sie voneinander unabhängig zu machen, in Parallelschaltung angeordnet werden; hierzu bedarf man jedoch keiner hochgespannten, sondern Quantitätsströme. Dies veranlaßte die Company, welche im Besitze von Schuckert’s englischen Privilegien ist, zur Construction jener Maschine, welche Fig. 398 sammt dem bereits erwähnten Regulator darstellt. Die Maschine ist, wie schon ein oberflächlicher Anblick lehrt, einige leichte Aenderungen abgerechnet, eine Copie der vierpoligen Maschine von Schuckert. Dies ist auch der Grund, warum diese, gar nichts Originelles bietende Maschine, erst hier im Zusammenhange mit dem Regulator vorgeführt wird.
Die Wirkungsweise des
Brush-Regulators
erkennen wir am besten aus der schematischen Darstellung Fig. 399, die ebenso wie die vorhergehende Figur
„La lumière électrique“
entlehnt ist.
Von den Polklemmen
i
und
h
der Maschine gehen einerseits die Leitungen des Hauptstromkreises
i'
und
h'
aus, andererseits sind daran im Nebenschlusse die Drahtwindungen der Elektromagnete
E
und der Kohlenscheiben-Rheostat
R
an- geschlossen. Bei
I
und
II
ist mit dem Haupt- (Lampen-) Stromkreise eine Zweig- leitung verbunden, welche den Elektromagnet
d
enthält, dessen Eisenkern von dem
Fig. 399.
Schema der Stromregulirung.
zweiarmigen Hebel
c
getragen wird; der Anziehung wirken ein verstellbares Lauf- gewicht
G
und die Feder
r
entgegen. Das vom Laufgewichte abgewandte (rechte) Hebelende schwebt zwischen den beiden Contactstiften
a
und
b.
Berührt der Hebel den Contactstift
a
, so ist der Elektromagnet
e
in den Zweigstromkreis eingeschaltet, berührt er den Stift
b
, so werden die Windungen des Elektromagnetes
f
von diesem Zweigstrome durchflossen. Je nachdem der erste oder zweite Fall eintritt, zieht der Magnet
e
oder
f
den Anker
g
an, der sich dementsprechend nach links oder rechts drehen muß. Oberhalb des Ankers
g
sind auf der Welle
W
zwei Zahnräder
z z'
aufgekeilt, die beständig in Rotation erhalten werden (vergl. Fig. 398). Zwischen diesen ist das Zahnrad
H
befestigt. Dieses wird mit dem Zahnrade
z
oder
z'
zum Eingriffe gebracht, wenn sich der Anker
g
aus seiner Mittellage nach links oder rechts bewegt. Der Anker
g
ist nämlich über seinen Drehpunkt hinaus ver- längert und diese Verlängerung bewirkt durch Ineinanderschiebung ausgezackter Metallstücke (d. h. durch eine Klauenkuppelung) die Verbindung des Rades
H
mit
z
oder
z'
. Das Rad
H
wirkt schließlich auf die Platte
P
, diese abwärts oder aufwärts schiebend, und veranlaßt hierdurch einen besseren oder schlechteren Contact zwischen den einzelnen Kohlenscheiben
K
des Rheostaten, wodurch der Widerstand desselben vermindert oder erhöht wird.
Uebersteigt also der Strom im Lampenkreise die verlangte Stärke, so über- windet die Anziehungskraft des Magnetes
d
die Kraft der Feder
r
und des Gewichtes
G
, die rechte Seite des Hebels
c
muß sinken, mit
b
in Contact kommen und den Elektromagnet
f
einschalten. Der Anker
f
dreht sich nach rechts, seine oberhalb des Drehpunktes befindliche Verlängerung nach links und kuppelt das Zahnrad
z
mit
H.
Hierdurch wird diesem eine Drehung ertheilt, welche die Platte
P
senkt und dadurch die Berührung zwischen den Kohlenplatten
K K
lockert, also den Widerstand des Rheostaten vergrößert. Da dieser mit den Elektromagneten
E E
der Maschine in einem und demselben Stromkreise liegt, muß der um die Elektro- magnete fließende Strom und in Folge dessen auch der Strom der Maschine selbst geschwächt werden.
Ist umgekehrt die Stromstärke eine zu geringe geworden, so wird der Hebel
c
durch die Feder
r
und das Gegengewicht
G
gehoben, der Contact bei
a
hergestellt, hierdurch der Elektromagnet
e
activirt und
H
zur Drehung nach ent- gegengesetzter Richtung veranlaßt. Die Platte
P
wird gehoben, preßt die Kohlen- scheiben aneinander und vermindert so den Widerstand des Rheostaten; dies hat dann natürlich ein Wachsen der Stromstärke zur Folge. Es braucht wohl kaum erwähnt zu werden, daß bei normaler Function der Anlage, d. h. bei richtiger Stromstärke, der Hebel
c
mitten zwischen
a
und
b
und der Anker
g
mitten zwischen
e
und
f
schweben, und daher das Rad
H
in Ruhe bleibt.
Ein Kohlenrheostat, welcher durch Herstellung eines mehr oder weniger innigen Contactes zwischen den einzelnen Kohlenstücken wirkt, ist allerdings erst durch die oben genannte Company zu industrieller Anwendung gelangt, war jedoch schon längst bekannt und fand z. B. beim Mikrophon, durch Sir William Siemens sogar auch schon zur Construction eines Stromregulators Verwendung.
Sir William Siemens
verbindet einen vom Strome durchflossenen Draht mit einem Kniehebel, der auf eine aus Kohlenscheiben aufgebaute Säule wirkt. Bei schwachem Strome verkürzt sich der Draht und preßt die Kohlenscheiben aneinander, wodurch der Widerstand der Säule verringert wird, während ein kräftiger Strom den Draht stark erwärmt und ausdehnt, wodurch der Druck auf die Kohlenscheiben nachläßt; diese berühren sich dann nur lose und der Widerstand der Säule ist ein größerer geworden.
Einen andern von William Siemens erdachten Regulator, der gleichfalls auf das Joule’sche Gesetz (siehe
I.
Abtheilung, Seite 228) basirt ist, stellt Fig. 400 dar. Ein sehr dünner Streifen
A
aus Metall ist mit einem Ende an der Schraube
B
befestigt, die zur Regulirung der Spannung des Streifens dient; dieser steigt dann in der Glasröhre empor, läuft über die Rolle
R
, kommt wieder herab und ist mit seinem zweiten Ende an einem Hebel befestigt, der an seiner Axe den Contactarm
L
sitzen hat. Die Lage dieses Armes ist also von der Länge des Streifens
A
abhängig. Oberhalb dieses Contactarmes ist noch eine Reihe von Armen
M
angeordnet, die an ihren freien Enden die Contactprismen
P
tragen; die Entfernung der letzteren voneinander wird durch die Stellung der verschiebbaren Gewichte
W
geregelt. Die anderen Enden der Contactarme sind in Verbindung mit den Widerstandsspiralen
R
aus Neusilberdraht. Die gleichfalls mit einem Contact- prisma versehene Feder
S
steht mit der Polklemme
T
in leitender Verbindung.
Geht nun durch den Streifen
A
ein elektrischer Strom, so erwärmt er jenen proportional dem Quadrate der Stromstärke und der Streifen verlängert sich; dadurch sinkt der Hebel
L
und nach ihm senken sich successive die Hebel
M
, wodurch ihre Contactprismen außer Berührung kommen (welches Stadium in der Figur gezeichnet ist) und die Widerstände
R
nach und nach einschalten. Nimmt der Strom hingegen ab, so kühlt der Streifen
A
aus, zieht sich zusammen und hebt dann den Hebel
L;
dieser bringt dann die Prismen
P
zum Contact, und schaltet dadurch die entsprechenden Widerstände
R
aus. Sind alle Prismen in Contact, so geht der Strom von der Klemme
T
gleich zum Hebel
L
.
Um die Wärmestrahlung des Streifens von der Umgebung unabhängig zu machen, ist ersterer mit einer Glasröhre umgeben und wird der ganze Apparat in einem Zimmer von mittlerer Temperatur aufgestellt.
Edison
bewirkt die Vertheilung der Elektricität von seinen Centralstationen aus unter Anwendung der Parallelschaltung. Um bei dieser Anordnung die Totalmenge der erzeugten elektrischen Energie dem jeweiligen Bedürfnisse entsprechend zu reguliren, muß, wenn wir uns der bei der Stromregulirung nach Deprez angestellten Betrachtungen er- innern, die elektromotorische Kraft constant erhalten und die Intensität variirt werden. Edison erreicht dies durch Veränderung der Intensität des magnetischen Feldes, in welchem der Anker rotirt. Zu diesem Zwecke sind die Drahtwindungen der Elektromagnete und eine Reihe von Widerstandsspiralen in einem Nebenschluß zum Lampenstromkreis geschaltet. Die größere oder geringere Zahl der in diesen
Fig. 400.
Stromregulator von William Siemens.
Stromkreis einbezogenen Widerstandsspiralen verkleinert oder vergrößert die Strom- stärke in den Drahtwindungen der inducirenden Elektromagnete und ändert somit auch dementsprechend die Intensität des magnetischen Feldes. Die Regulirung erfolgte bis in jüngster Zeit nicht automatisch, sondern eine eigens damit betraute Person besorgte die Ein- und Ausschaltung der Widerstände.
Die Apparate, welche dazu angewandt werden und deren Verbindungen mit der Maschine und den Leitungen sind in Fig. 401 schematisch dargestellt. Sie bilden zwei Gruppen, deren eine dazu dient, die jeweilige Stromstärke im Arbeits- stromkreise zu
messen
und deren zweite gestattet, den Strom diesen Messungen entsprechend so zu
reguliren
, daß er immer die gewünschte normale Stärke behält.
Von der Maschine
A
geht der Strom durch die Leitungen
a a
zu den einzelnen Lampen
r; c c
sind Nebenleitungen, die von der Hauptleitung (Lampen- leitung) ausgehen und zu einem Stromwechsler
j
mit vier Contacten führen. Mit diesem steht der Stromwender
g
in Verbindung;
h
ist ein Widerstandskasten
(Shunt), i
ein constanter Widerstand von 50.000 Ohms. Zu diesem früher erwähnten Stromwechsler führen auch noch die Leitungen
d d
der Normalbatterie
D
von 110 Volts;
n
ist ein Thomson’sches Spiegelgalvanometer,
k
die Lampe desselben und
m
die dazu gehörige Theilung.
Der eigentliche Stromregulator
B
steht durch die Leitung
b b
mit den Umwindungen der inducirenden Magnete der Maschine
A
in Verbindung; bei
f
ist in diese Leitung ein Unterbrecher eingeschaltet.
e
ist ein im Kreise drehbarer Schleifhebel, der mit einer Leitung
b
verbunden ist und durch Berührung mit einem der ebenfalls im Kreise angeordneten Contacte den Stromkreis
b b
schließt,
Fig. 401.
Schema zu Edison’s Stromregulirung.
indem er den Strom durch eine größere oder kleinere Anzahl von Widerständen zu gehen zwingt, deren Endpunkte eben die Contacte sind.
Die Regulirung der Stromstärke zerfällt in zwei Operationen: die Messung der Stromstärke im Arbeitsstromkreise durch die Apparate
C D
und die Einschaltung größerer oder geringerer Widerstände in den Stromkreis der inducirenden Magnete durch Drehung des Hebels
e
, entsprechend dem Ergebnisse der Messung. Zum leichteren Verständnisse vergleiche man die schematische Zeichnung mit der perspec- tivischen Ansicht in Fig. 402. Um die Strommessung vorzunehmen, stellt man die Arme des Stromwenders
j
nach rechts. Es geht dann ein Zweigstrom von der Lampenleitung
a a
aus durch
c c
, den Stromwender
j
, den Stromwechsler
g
, den constanten Widerstand
h
und den variablen Widerstand
i
zum Galvanometer
n
. Der constante Widerstand
h
von 50.000 Ohms ist deshalb eingeschaltet, damit der Hauptstrom nicht in seiner vollen Stärke, sondern nur ein diesem Widerstande entsprechender Theilstrom in das Galvanometer gelangen kann. Der Zweck des veränderlichen Widerstandes
i
ist, die Stromstärke noch weiter zu vermindern, wenn sie zur Messung im Galvanometer noch zu groß sein sollte. Der im Galvanometer circulirende Strom bewirkt eine seiner Stärke entsprechende Nadelablenkung, die
Fig. 402.
Edison’s Stromregulirung.
mit Hilfe eines Spiegels und der Lampe
k
auf der Theilung
m
sichtbar gemacht wird. Die Theilung ist derartig, daß die Stromstärke eines Volts einen Ausschlag von drei Theilstrichen bewirkt.
Um nun zu erfahren, ob der Lampenstrom die normale Stärke besitzt, vergleicht man ihn mit dem Strome der Normalbatterie
D
, welche durch Drehung des Stromwechslers
j
nach links an die Stelle des Arbeitsstromes in die Galvanometerleitung eingeschaltet werden kann. Der Batteriestrom geht dann durch
j, g, h, i
zum Galvanometer. Giebt die Nadel denselben Ausschlag wie bei Einschaltung in den Arbeitsstromkreis, so hat der Strom seine normale Stärke. Ist dies nicht der Fall, so muß er durch Einschaltung von Widerständen dazu gebracht werden. Dazu dient der Apparat
B.
Die im Kreise angebrachten Contacte sind, wie früher erwähnt wurde, die Enden einer Reihe von Widerständen (in Fig. 402 unter dem Tische bei
R
sichtbar). Sie bestehen aus parallelen Brettchen, die mit vier Stäben zusammengehalten werden; auf letztere sind blanke Kupfer- drähte gewickelt. Diese Einrichtung der Widerstände wurde gewählt, um eine zu große Erwärmung der vom Strome durchflossenen Drähte zu vermeiden. Je nach der Stellung des Hebels
e
(
C
in der perspectivischen Ansicht) ist nun ein größerer oder geringerer Widerstand eingeschaltet.
Würde man den Widerstand in den Hauptstromkreis (Arbeitsstromkreis) ein- schalten, so könnte man die Stromstärke allerdings auch entsprechend reguliren, aber unter Verlust von Arbeit. Edison schaltet daher die Widerstände in den Stromkreis der inducirenden Magnete ein, schwächt dadurch die inducirende Wir- kung und somit auch den inducirten Strom, der im äußeren Kreise Arbeit leisten soll. Hiermit ist kein Arbeisverlust verbunden, denn die Hauptarbeit des Motors besteht darin, die Anziehung zwischen den Magneten und der Armatur zu über- winden, d. h. die Armatur zu drehen; wird nun die Kraft der Magnete geschwächt, so ist auch diese Anziehung geringer, und somit hat auch der Motor eine geringere Arbeit zu leisten. Dies wird durch den Motor selbst bewirkt. Sobald nämlich durch die Regulirung die Magnete schwächer gemacht sind, würde der Motor, da er jetzt einen kleineren Widerstand gegen die Drehung zu überwinden hat, rascher zu gehen anfangen. Dadurch kommt aber sein eigener Regulator zu kräftiger Wir- kung und läßt nur mehr eine kleinere Menge Dampf in den Cylinder treten, so daß die Geschwindigkeit des Motors constant bleibt, trotz der Verminderung der Bewegungswiderstände: der Motor arbeitet also mit geringerem Kraftaufwande.
Eine eigens hierzu angestellte Person hat bei der im Vorhergehenden besprochenen Stromregulirung stets den Gang der Magnetnadel im Galvanometer zu überwachen und dementsprechend die Regulirung des Arbeitsstromes vorzunehmen. In jüngster Zeit läßt Edison, dem Vorgange Maxim’s, Lane-Fox’ u. A. folgend, die Einschaltung der Widerstände ebenfalls automatisch bewerkstelligen. Den hierzu dienenden Apparat stellt Fig. 403 (aus
„La lumière électrique“
) dar.
Dieser Regulator besteht aus einer Art Relais
C
, welches in eine Zweig- leitung zum Arbeitsstromkreise eingeschaltet ist und den Elektromagneten
A
und
B
, deren Anker an den Enden eines Wagbalkens befestigt wird. Der Ankerhebel des Elektromagnetes
C
bewegt sich zwischen den beiden Contacten
J
und
K
und schaltet durch Berührung des einen oder anderen Contactes den Elektromagnet
A
oder
B
in den Stromkreis ein. Der Wagbalken, welcher die Anker dieser Magnete trägt, besitzt eine nach abwärts gerichtete Zunge
E
, deren Schleiffeder
R
über eine Reihe von Contactstreifen schleifen kann, welche der Reihe nach mit immer größeren Widerständen in Verbindung stehen.
Die Wirkung des Apparates ist hiernach leicht einzusehen. Hat der Arbeits- strom seine normale Stärke, so befindet sich der Ankerhebel des Magnetes
C
in der Mitte zwischen beiden Contactstiften, ohne den einen oder den anderen zu berühren; die Magnete
A
und
B
bleiben stromlos. Sinkt jedoch der Strom unter die gewünschte Stärke oder steigt er über dieselbe, so wird der Ankerhebel vom Elektro- magnete
C
abgezogen und schließt den Contact
K
oder wird umgekehrt vom Magnete
C
kräftiger angezogen und schließt den Contact
J.
In dem einen wie im andern Falle wird hierdurch einer der Magnete
A
oder
B
mit seinen Draht- windungen in den Stromkreis eingeschaltet und dadurch der Wagbalken in der einen oder andern Richtung gedreht. Die Feder
R
muß dann immer größere Widerstände in den Stromkreis der erregenden Elektromagnete der Maschine ein-
Fig. 403.
Edison’s automatischer Stromregulator.
schalten oder umgekehrt immer mehr Widerstände ausschalten, bis wieder die nor- male Stromstärke hergestellt ist.
Um die Bewegung der Schleiffeder
R
in der einen oder andern Richtung deutlich sichtbar zu machen, sind noch die beiden Lampen
G
und
H
am Apparate angebracht, deren eine blaues, deren andere rothes Glas besitzt. Der Ankerhebel des Magnetes
C
bewirkt dann gleichzeitig mit der Herstellung des einen oder andern Contactes auch die Einschaltung der rothen oder blauen Lampe in den Stromkreis.
Lane-Fox
hatte bereits zur Pariser Ausstellung einen Regulator gesandt, welcher dem eben besprochenen von Edison ganz ähnlich construirt ist. Ein Relais schaltet den einen von zwei Elektromagneten, welche einen gemeinschaftlichen Anker besitzen, in den Stromkreis und veranlaßt dadurch eine Bewegung des Ankers in der einen oder andern Richtung. Dadurch werden auch zwei auf einer horizontalen Axe sitzende Zahnräder, zwischen welchen ein auf verticaler Axe befestigtes drittes Zahnrad sich befindet, nach der einen oder andern Seite verschoben und daher das eine oder das andere Rad mit dem auf der verticalen Axe befestigten zum Eingriffe gebracht. Da das letzterwähnte (dritte) Rad durch den vibrirenden Anker eines Magnetes Stöße erhält, die es stets in einer Richtung fortdrehen, so wird diese Drehung auf die horizontale Axe des Zahnräderpaares übertragen, welche sich dann in der einen oder andern Richtung drehen muß. An derselben Axe sitzt ein Schleifhebel, der über eine Reihe von Contacten, die Enden der Widerstände, gleitet.
Der Stromregulator, welchen
Schwerd \& Scharnweber
benützen, besteht aus zwei Solenoiden, in die ein hufeisenförmiger Anker taucht; letzterer hängt an einer Schnur, welche über eine Rolle geht und am andern Ende ein Gegengewicht trägt. Der Anker bewegt sich daher in die Solenoiden hinein oder aus diesen heraus, je nachdem der Strom die verlangte Stärke überschreitet und die Solenoide kräftiger macht, oder unter die verlangte Stärke sinkt und dann die Anziehungs- kraft der Solenoide von dem Gegengewichte überwunden wird. An der Drehung der Rolle nimmt eine auf derselben Axe sitzende Walze Antheil, oberhalb welcher eine Reihe von Contactfedern als Enden einer Serie von Widerständen angebracht ist. Die Walze trägt eine schneckenartige Erhöhung und hebt durch diese der Reihe nach die einzelnen Contactfedern. Es wird deshalb immer mehr Widerstand ein- oder ausgeschaltet, je nachdem die Walze in der einen oder andern Richtung gedreht wird, d. h. je nachdem sich der Anker in die Solenoide hinein- oder aus diesen herausbewegt, also der Arbeitsstrom zu stark oder zu schwach geworden ist.
Wir wollen schließlich noch jene Art der Stromregulirung und Vertheilung mit Zuhilfenahme eines Regulators kurz andeuten, welcher sich
A. Gravier
bedient.
Die negative Polklemme der Maschine
U
(Fig. 404) wird zur Erde abgeleitet; von der positiven Klemme aus verzweigen sich nach Art eines Spinnengewebes
R
die Leitungsdrähte zu den einzelnen Verbrauchsstellen. Die hier in Thätigkeit zu setzenden Apparate werden einerseits an die Leitungen angeschlossen, andererseits mit der Erde in Verbindung gesetzt. Die negative Polklemme der Maschine ist ferner durch einen dünnen Draht mit dem Elektromagnete
A B
des Regulators verbunden. Von
v
, dem entlegensten Punkte des Vertheilungsnetzes, geht ein dünner Draht, der sogenannte Retourdraht, aus, welcher mit dem zweiten Ende der Elektromagnet- windungen auf
A B
verbunden ist.
Durch den Elektromagnet
A B
wird daher ein Strom kreisen, dessen Stärke bei unveränderter Arbeit der Maschine
U
von dem Stromverbrauche im Vertheilungs- netze abhängt; der Elektromagnet
A B
zeigt daher durch seine Stärke das Strom- bedürfniß im Arbeitsstromkreise (Vertheilungsnetze) an. Die Polschuhe
A
und
B
sind nach unten verlängert,
A
ist oben mit einer Schneide versehen, auf welcher sich der eiserne Wagbalken
b b'
drehen kann.
b b'
bildet gewissermaßen die Ver- längerung des Poles
A
, so daß sich in
b'
und
B
zwei entgegengesetzte Pole gegenüberstehen. Der Anziehung dieser Pole hält das verstellbare Laufgewicht
P
das Gleichgewicht, so lange der Strom im Vertheilungsnetze die gewünschte Stärke beibehält.
Nimmt die Stromstärke ab, so neigt sich der Wagbalken
b b'
derart, daß die beiden Federn
t'
und
c'
in Contact kommen. Steigt hingegen die Stromstärke über das gewünschte Maß, so überwiegt die Kraft des Magnetes
A B
, zieht
b b'
herab und stellt einen Contact zwischen den Federn
c t
her. In beiden Fällen wird ein Localstrom geschlossen, welcher durch die Schleiffedern
f f
in die Spulen
B s
fließt.
B s
wird sich nach der einen oder andern Richtung drehen, je nachdem der Strom durch
c t
oder
c' t'
, d. h. in der einen oder andern Richtung eingeleitet wird. Letztere wird aber durch die Stromstärke im Vertheilungsnetze bestimmt; somit zeigt die Drehung von
B s
diese an und kann gleichzeitig zur Regulirung derselben benützt werden. Zu diesem Behufe trägt die Spule an einem Ende eine Schraube ohne Ende, welche ein Zahnrad in Bewegung setzt, das seinerseits
Fig. 404.
Stromregulirung nach Gravier.
entweder auf den Gang des Motors verändernd einwirkt, oder den Widerstand im Stromkreise der Elektromagnete variirt.
Wir haben noch eine Art der Stromregulirung und Vertheilung zu besprechen, welche von den bisher beschriebenen Arten wesentlich abweicht. Sie besteht darin, Ströme von bestimmter Spannung und Intensität
an der Consumtionsstelle
in Ströme solcher Spannung oder Intensität zu verwandeln, wie sie an dieser Stelle gefordert werden. In diese Gruppe sind zu rechnen die Secundär-Generatoren von Gaulard \& Gibbs, die inductive Vertheilung des elektrischen Stromes von Haitzema Enuma und die von verschiedenen Seiten vorgeschlagene Anwendung der Secundär-Elemente.
Urbanitzky
: Elektricität. 37
Ueber die
Secundär-Generatoren
von
Gaulard \& Gibbs
liegen zwar ziemlich viele Berichte in französischen, englischen und auch deutschen Journalen vor, aber keiner derselben bringt über die Brauchbarkeit dieser Generatoren ziffermäßige Daten, so daß ein sicheres Urtheil nicht zu fällen ist. Freilich kann schon ohne Zuhilfenahme von Messungsresultaten gesagt werden, daß es principiell nicht vortheilhaft ist, die Ströme, die eine Primärmaschine liefert, in einem Secundär-Generator oder richtiger in einem Transformator in Secundärströme zu verwandeln und erst diese zu verwenden: jede Umwandlung von Energie ist ja mit Energieverlust verbunden.
Ohne weitere Kritik zu üben, möge daher nachstehend die Beschreibung des Apparates folgen, und zwar mit L. Gaulard’s eigenen Worten (
„La lumière électrique“, T. X
), da auch die Beschreibungen in den verschiedenen Journalen nicht miteinander übereinstimmen. Die Abbildung eines Secundär-Generators in Fig. 405 stellt die neuere Form desselben dar.
„Die Secundär-Generatoren, wie sie die Figur zeigt, setzen sich aus 16 verticalen Säulen zusammen, die parallel und vertical zwischen zwei Platten aus Holz angebracht sind, an welchen sie durch eiserne Bolzen, die gleichzeitig die Festigkeit des Apparates erhöhen, befestigt sind. Jede dieser Säulen ist mit Hilfe zweier Lagen übereinander angeordneter Spiralen aus einem Kabel nachstehender Form gebildet: Ein Kupferdraht von 4 Millimeter Durchmesser, isolirt mit Hilfe einer doppelten Schichte paraffinirter Baumwolle, ist rund herum umhüllt von 48 feinen Drähten von 0·5 Millimeter Durchmesser, welche parallel zur Axe des dicken Drahtes geordnet und gleichfalls mit Hilfe einer doppelten Schichte paraffinirter Baumwolle isolirt sind. Diese 48 feinen Drähte selbst sind in 6 Gruppen vereinigt, jede zu 8 Drähten mit Hilfe einer doppelten Schichte paraffinirter Baumwolle. Der 4 Millimeter dicke und daher an und für sich wenig Widerstand bietende Draht wird zur Leitung des primären Stromes benützt. Für den secundären Strom dienen hingegen die verschiedenen Gruppen des dünnen Drahtes.“
Dem fügen wir noch bei: Im Innern der Säulen sind Eisenkerne angebracht, welche zuerst aus massivem Eisen gebildet wurden, während gegenwärtig Eisendraht- bündel in Verwendung stehen. Durch Einsenken oder Herausheben dieser Kerne oder nach anderen Angaben der sie umgebenden Messinghüllen
Vergleiche Seite 300: Versuche von
Magnus
.
wird die Induction verstärkt oder geschwächt. Eine Reihe von Commutatoren dient dazu, sowohl die einzelnen Secundär- als auch die Primärspulen in Gruppen verschiedener Art, d. h. dem jeweiligen Bedürfnisse entsprechend, zu vereinigen.
Die inductive Stromabzweigung von Haitzema Enuma
besteht einfach in der Einschaltung von Inductionsspulen in die primäre Leitung und Benützung dieser Inductionsströme zum Betriebe von Lampen ꝛc. oder zur neuerlichen Induction, in welchem Falle dann Tertiärströme erst zur wirklichen Verwendung gelangen; es ist auch nicht ausgeschlossen, daß mit Hilfe der tertiären Ströme Inductionsströme noch höherer Ordnung erregt werden. Wie mit dem wiederholten, stets mit Verlusten verbundenen Umwandlungen der Ströme und den hieraus resultirenden erheblichen Spannungen praktisch verwerthbare Resultate erzielt werden sollen, ist allerdings nicht leicht einzusehen.
„Im Falle die sämmtlichen Straßen,“ schreibt Haitzema,
In einem an den Verfasser vorliegenden Werkes gerichteten Schreiben.
„durch welche dieser (der primäre) Draht gelegt werden soll, nicht eine in sich selbst wiederkehrende Bahn bilden und so der Draht zur Schließung des Stromes auf demselben Wege zurückgelegt werden müßte, so zerfällt derselbe in zwei Theile, welche je an einem Ende mit einem der Pole des Generators und am andern Ende mit einer in den Grund versenkten Metallplatte oder mit schon vorhandenen Gas- oder Wasser-
Fig. 405.
Secundär-Generator.
leitungsröhren leitend verbunden sind. In diesem Falle wird der Strom durch die Erde geschlossen.“
„Auch die beiden Enden der Drähte, durch welche die
secundären, tertiären
und
weiteren Inductionsströme höherer Ordnung
gehen, werden entweder miteinander verbunden oder die Schließung dieser Ströme wird, wie oben, von der Erde mittelst Verbindung dieser Enden mit in den
Grund versenkten Metallplatten, Gas-
oder
Wasserleitungsröhren
bewirkt.“
37*
Wird sich wohl irgendwo eine Behörde finden, welche für die Leitung von Inductionsströmen primärer, secundärer und höherer Ordnung die Benützung einer Erdleitung, den Anschluß an Gas- oder Wasserleitungsröhren duldet?
Die Anwendung von Inductionsströmen zur Beleuchtung oder zur Strom- vertheilung ist nicht neu; es macht vielmehr hierauf eine ganze Reihe von Männern Anspruch: Jablochkoff 1877, Charles Bright 1852 und 1878, Fuller 1879 ꝛc., Haitzema 1882.
Nicht unerwähnt dürfen bei Besprechung der Stromregulatoren die
Secundär- Batterien
bleiben. Ihre Vervollkommnung vorausgesetzt, werden sie vorzügliche Regulatoren abgeben, da durch Einschaltung derselben in den Arbeitsstromkreis die Apparate von der Generatormaschine ganz unabhängig gemacht werden können. In der That wurde auch schon von verschiedener Seite auf diese Anwendung hingewiesen. Gravier vertheilt Secundär-Batterien (allerdings auch einfache Metall- massen) an verschiedenen Punkten, führt diesen die Ströme des Generators zu und erhält dadurch ebenso viele Haupt- oder Ausgangspunkte für sein Stromvertheilungs- system, als Batterien aufgestellt wurden. Es wird zwar auch durch Anwendung der Secundär-Elemente ein Zwischenglied, ein Transformator, zwischen Elektricitäts- erregungs- und Verbrauchsstelle eingeschaltet, also ein Energieverlust herbeigeführt: die Secundär-Batterien gewähren aber gegenüber den Inductionsspulen den erheblichen Vortheil, daß sie Energie nicht nur umwandeln, sondern auch gleichzeitig aufspeichern. Dies ermöglicht einerseits Kräfte zu verwerthen, die sonst unbenützt bleiben müßten, diese gewissermaßen zu sammeln und für jene Zeit aufzubewahren, zu welcher man ihrer bedarf, andererseits können unter ihrer Mithilfe Primärgeneratoren geringer Kraft Arbeit kräftiger Generatoren leisten, wie dies bereits eingehend erörtert wurde (Seite 534 u. f.)
2. Stromleitung und Registrirung.
Von jeder Art
Stromleitung
fordert man ein Material von geringem specifischen Leitungswiderstande zu deren Anfertigung, einen entsprechenden Querschnitt, Vermeidung unnöthiger Längenausdehnung, sorgfältige Isolation, gute Verbindung der einzelnen Theile, eine stabile übersichtliche Führung und eine geschützte Lage. Die ersten drei Bedingungen müssen erfüllt werden, da sonst Stromverlust durch Umwandlung von Elektricität in Wärme eintritt. Die übrigen Bedingungen werden gestellt, um Stromverlust durch Ableitung zu vermeiden, die Leitung zu schützen und gefahrlos zu machen. Der besseren Uebersicht wegen werden wir uns im Nachstehenden nur mit Leitungen beschäftigen, welche zur Fortführung starker Ströme dienen, wie solche für Zwecke der Beleuchtung, Kraftübertragung ꝛc. verwendet werden und vorläufig auf die Telegraphen- und Telephonleitungen keine Rücksicht nehmen.
Als
Material
für die Leitungen wird gewöhnlich möglichst reines Kupfer genommen, da dieses von allen Metallen, die zur praktischen Verwendung in Betracht kommen können, das größte Leitungsvermögen besitzt. Setzt man die Leitungsfähigkeit für das bestleitende Metall, das Silber, gleich 100, so erhält man nach Matthiesen für Kupfer 77·43, für Zink 27·39, für Eisen 14·44, für Platin 10·53, für Quecksilber 1·63, für Neusilber 7·67 und für Gaskohle 0·0386.
Die
Länge
der Leitung muß sich natürlich nach der Art der Anlage richten. Um erstere möglichst kurz zu erhalten, wird man, so weit es der gegebene Fall gestattet, stets bestrebt sein, den Generator in geringer Entfernung von den zu betreibenden Apparaten aufzustellen.
Der
Querschnitt
der Leitungsdrähte ist nach deren Länge und nach der Stromstärke zu bemessen. Je größer diese beiden werden, desto größer ist auch der Querschnitt zu wählen, um dadurch den Widerstand in der Leitung zu vermindern. In welcher Art der Widerstand für verschiedene Längen und Querschnitte der Drähte bestimmt wird, wurde bereits angegeben. (Seite 207 u. f.) Die Drahtstärke hängt auch von der Verwendung der elektrischen Ströme ab. So giebt z. B. für Einzellichter
Zacharias
folgende Drahtstärken an:
Hingegen sollen bei Leitungen für Hintereinanderschaltung mehrerer Lampen in einen Stromkreis (Theilungslicht) oder mehrerer Serien parallel geschalteter Glühlichter die in nachstehender Tabelle zusammengestellten Daten berücksichtigt werden.
Für Glühlichter zu 16 Normalkerzen, die sämmtlich parallel geschaltet werden sollen, oder Glühlichter zu 8 Normalkerzen zu je zweien hintereinander werden folgende Dimensionen gegeben:
Bei Compound-Maschinen, für welche der Widerstand in der Leitung sehr gering sein muß, wenn, gleiche Tourenzahl der Maschine vorausgesetzt, beliebig viele Lampen stets in derselben Lichtstärke leuchten sollen, ist die Grenze der zulässigen Widerstände für die
Schuckert
’sche Compound-Maschine:
Sämmtliche Zahlenangaben sind jedoch nicht als allgemein giltige, sondern als angenäherte aufzufassen, als Werthe, die durch die Art der stromliefernden Maschine durch locale Verhältnisse, Materialpreise u. s. w. modificirt werden können. Es ist nicht gleichgiltig, ob die Aufgabe gestellt wird, eine gegebene Kraft mit möglichst geringem Verluste weiter zu leiten, also möglichst vollständig aus- zunützen, oder ob es hauptsächlich darauf ankommt, die Anlage billig herzustellen, oder endlich ob beides, so weit es sich vereinigen läßt, in Berechnung zu ziehen ist. Je nach dem Preise des Leitungsmateriales, nach den Kosten der Arbeit wird für verschiedene Länder und Orte ein wechselnder Procentsatz des Verlustes an elektrischer Energie nicht nur statthaft, sondern auch rationell erscheinen. Derartige Berechnungen der Drahtstärken mit Berücksichtigung der Kosten wurden bereits mehrfach, z. B. von
Thomson
, A. v.
Waltenhofen
und
Per
é
nyi
, ausgeführt und veröffentlicht.
Berlin, Elektrotechnische Zeitschrift 1882 und 1884, Zeitschrift des elektrotechnischen Vereines in Wien 1884.
Für die Berechnung des Widerstandes einer Leitung können zwar Tabellen benützt werden, wie solche in vielen Werken aufgenommen sind; doch will man sicher gehen, so muß man den Widerstand des Leitungsdrahtes experimentell prüfen,
Fig. 406.
Isolatoren.
da die Leitungsfähigkeit desselben, auch gleich bezeichnetes Material vorausgesetzt, bei verschiedenen Provenienzen erheblich variirt. So fand A. v.
Waltenhofen
für verschiedene Kupferdrahtsorten nachstehende specifische Widerstände in Ohms, bezogen auf 1 Millimeter Länge und 1 Quadratmillimeter Querschnitt:
Der auffallend große Widerstand des Drahtes
IV
erklärt sich dadurch, daß dieser zwar als Kupferdraht verkauft wurde, thatsächlich aber aus einer verkupferten, viel Zink enthaltenden Kupferlegirung bestand. Doch auch ohne Berücksichtigung dieses Falsificates übertreffen die anderen Sorten den specifischen Widerstand des Kupfers (0·017) um mindestens 41 Procent, könnten daher für dynamoelektrische Maschinen oder für Kabel keine Verwendung finden, da man hiefür ein Material beansprucht, welches 90 Procent der Leitungsfähigkeit des reinen Kupfers besitzt.
In Bezug auf die
Herstellung der Leitung
muß zunächst zwischen
Außen-
und
Innenleitung
, d. h. zwischen Leitungen außerhalb und innerhalb der Gebäude unterschieden werden.
Die
Außenleitungen
können sowohl
ober-
als auch
unterirdisch
an- gelegt werden. Zu Leitungen im Freien bedürfen die Kupferdrähte in der Regel keiner isolirenden Umhüllung. Isolirende Umhüllungen sind für Außenleitungen überhaupt nur dann brauchbar, wenn sie gegen die Einflüsse der Witterung geschützt sind, was z. B. durch Bleiumpressung erreicht werden kann. Man verwendet also gewöhnlich blanke Drähte oder Drahtseile aus weichem Kupfer, da harter oder zu starker Kupferdraht die Manipulationen sehr erschwert. Vor der Befestigung auf den Isolatoren ist der Draht oder das Seil möglichst gerade auszulegen und dann dessen Spannung etwa durch zwei Flaschenzüge entsprechend zu reguliren.
Die
Isolatoren
selbst können verschiedene Formen erhalten; die gegen- wärtig gebräuchlichsten haben die Gestalt einer Doppelglocke und sind aus Hart- feuerporzellan verfertigt. Man fordert, daß sie in ihrer Masse vollkommen homogen sind, einen muscheligen, fein- körnigen Bruch zeigen und eine Glasur besitzen, welche in glatten, vollkommen zusammenhängenden Flächen den Körper des Isolators innen und außen über- zieht. Zwei Formen solcher Isolatoren sammt ihren Maßen sind in Fig. 406 abgebildet. Die kleinere Form, welche am Kopfe mit einem Loche versehen ist, kommt dann in Verwendung, wenn der
Fig. 407.
Isolatorenträger.
Isolator nur als Träger dienen soll und daher keine besondere Befestigung erfor- derlich ist.
Die Isolatoren werden auf Haken aus gutem Schmiedeeisen befestigt, indem man den verticalen, cylindrischen Theil eines solchen (Fig. 407) mit Hanf um- wickelt, welcher mit Leinölfirniß getränkt wurde, und dann in das Gewinde des Isolators einschraubt; damit die Hanfumwicklung besser haftet, ist der cylindrische Theil des Hakens mit „Hieb“ (d. h. Einkerbungen) versehen. Als Stützen für die Isolatoren können die Lampenständer selbst, Säulen nach Art der Telegraphensäulen oder in die Mauer eingelassene Arme benützt werden. In jedem Falle muß aber für eine entsprechende Stärke der Stützen, beziehungsweise Festigkeit der Einmauerung gesorgt werden, da die viel schwereren Kupferleitungen ihre Stützen erheblich mehr belasten als die Telegraphen- oder Telephonleitungen; im Uebrigen stellt man die Leitungen für starke Ströme ebenso her wie die letzterwähnten Leitungen.
Sehr zu empfehlen sind unterirdische Kabelleitungen.
Siemens
und
Halske
stellen in neuerer Zeit
Bleirohrkabel
nach einem eigenen Verfahren her. Die Seele dieser Kabel besteht (nach Mittheilungen v. Hefner-Alteneck’s) aus einem massiven Kupferdrahte von 3·4 Millimeter Durchmesser. Derselbe ist mit Jute umsponnen, die nach einem der Firma Siemens und Halske patentirten Verfahren mit einer harzigen Masse getränkt und dann in einer Presse, deren Einzelheiten ebenfalls Eigenthum genannter Firma sind, mit Blei umpreßt und schließlich noch- mals mit getheerter Jute umsponnen ist. Zum Schutze gegen Verletzung bei Auf- grabungen sind die Kabel mit Backsteinen belegt. Die Kabel zeichnen sich durch ihre hohe Isolation, ihre Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und Temperatur- Einflüsse und auch durch ihre Billigkeit aus.
H.
Geoffroy
schlägt vor, die Kupferdrähte mit Asbest zu isoliren und diesen durch eine Bleiumpressung an den Drähten festzuhalten. Asbest soll nicht nur vollkommen isoliren, sondern auch die Wärme so schlecht leiten, daß selbst bei einem Schmelzen der Kupferdrähte die Bleiumpressung nicht beschädigt wird; prak- tische Erfahrungen liegen hierüber noch keine vor.
Die Leitungen, welche
Edison
benützt, werden aus Kupferstäben, deren Querschnitte Kreissegmente bilden (Fig. 408), zusammengesetzt; sie liegen mit ein- ander zugewandten ebenen Flächen innerhalb schmiedeiserner Röhren, welche im Innern mit Isolirmasse gefüllt, außen zum Schutze gegen Rost mit getheerten Bändern umwickelt sind. Um jede gegenseitige Berührung der Kupferstäbe zu ver- meiden und die gleiche Entfernung derselben voneinander auf der ganzen Länge
Fig. 408.
Querschnitte Edison’scher Leitungen.
zu bewahren, schiebt man ausgestanzte Pappscheiben, welche durch Schnüre in gewissen Entfernungen untereinander verbunden sind, über die Leiter, setzt diese in das Rohr ein und umgiebt sie mit einer Isolirmasse; die Zusammensetzung der letzteren wird geheim gehalten.
Diese Leitungsröhren werden in Baulängen von 6 Meter Länge hergestellt und wie Gasleitungsröhren in die Erde gelegt oder in unterirdischen Canälen geführt. Die Verbindung der einzelnen Röhren untereinander wird nach den Mittheilungen der deutschen Edison-Gesellschaft in nachstehender Weise in’s Werk gesetzt. Die ungefähr 5 Centimeter an jedem Rohrende hervorragenden Kupfer- barren (Fig. 409) werden sorgfältig gereinigt, worauf man zwei Rohrstücke so aneinanderlegt, daß zwischen den Kupferenden ungefähr ein Zwischenraum von 5 Centimeter bleibt. Hierauf verbindet man je zwei Kupferenden durch einen kupfernen
U
förmigen Bügel, welcher bezweckt, eine Ausdehnung und Zusammen- ziehung der ganzen Leitung zu ermöglichen. Die Befestigung der Bügel an den Kupferenden erfolgt durch Schrauben und zur vollen Sicherung des Contactes durch hierauf folgendes Löthen im Wasserstoffstrome. Dann wird die Verbindungs- stelle mit einem gußeisernen Kasten umgeben, dessen Inneres, nachdem man zwischen die beiden Pole ein mit Paraffin getränktes Kartenblatt gelegt hat, mit Isolirmasse ausgegossen wird.
Die Querschnitte
Q
der Kupferstäbe und die Durchmesser
D
der Röhren für die gebräuchlichen unterirdischen Leitungen sind:
Mit der Entfernung vom Elektricitäts-Generator (der Centralstation) und Verringerung der mit Strom zu versorgenden Consumtionsstellen nimmt, wie bei anderen Canalisationen, auch der Querschnitt dieser Leiter ab. Für solche von geringerem Durchmesser als Nr. 7 der Normalprofile bedient man sich, namentlich innerhalb der Gebäude, einfacher Kupferdrähte mit isolirender, unverbrennbarer Umhüllung.
Die Verbindung der Hauptleitung mit einer Nebenleitung wird hergestellt, indem man die Kupferstangen der Hauptleitung in eine eiserne Büchse führt (Fig. 410), entzwei schneidet und die zwei Enden jeder Leitung durch einen Bogen in der früher angegebenen Art verbindet; an die Bogen schließen sich dann die
Fig. 409.
Verbindung Edison’scher Leitungen.
Zweigleitungen an. Bei rechtwinkeligen Abzweigungen gehen die Bogen in die Form eines Rechteckes über. Die Büchse wird mit isolirendem Materiale ausgefüllt und darauf ein Deckel mit Schrauben befestigt.
In ähnlicher Weise wird die Abzweigung der
Innenleitung
, also z. B. der Zimmerleitungen von der Hausleitung hergestellt. Hierbei wird aber die Büchse (Fig. 411) nicht mit isolirendem Materiale ausgefüllt, sondern nur mittelst ihres Deckels und eines isolirenden Putzes hermetisch verschlossen. Die in der Büchse beiderseits aufgebogenen Leitungsdrähte werden zu je einer Klemme geführt; von der einen Klemme, der oberen in der Figur, läßt man den einen Leitungsdraht ausgehen, während die untere Klemme durch einen Bleidraht mit einer dritten Klemme verbunden wird, von welcher der zweite Leitungsdraht der Zimmerleitung ausgeht. Der Bleidraht ist eine Sicherheitsvorrichtung, um zu vermeiden, daß ein zu kräftiger Strom in die Zimmerleitung gelangt; sobald nämlich der Strom zu stark wird, erhitzt sich der Bleidraht so intensiv, daß er abschmilzt und so die Leitung unterbricht.
Die Innenleitungen werden immer mit isolirten Drähten ausgeführt; die die Drähte umgebende Isolirung muß feuersicher sein. Die Befestigung der Innen- leitung ist durch die Fig. 412 (aus Uppenborn’s Kalender für Elektrotechniker) dargestellt. In der Regel verwendet man hölzerne Klammern
A
, die mit entsprechenden Auskerbungen versehen sind und durch Holzschrauben in Dübel u. dgl. an die Wand gepreßt werden. Ist jedoch die Leitung über feuchte Wände zu führen, so müssen Doppelklammern
B
zur Verwendung gelangen, bei welchen die Drähte zwischen zwei Hölzer kommen und von der Wand abstehen. Sind die Wände sehr naß, so haben Porzellan-Isolatoren
D
an Stelle der Holzklammern zu
Fig. 410.
Zweigleitung.
Fig. 411.
Zweigleitung.
treten, und muß ein Berühren der Wände durch die Leitungen sorgfältig vermieden werden.
In welcher Art die Abzweigungen hergestellt werden, lassen
C C'
und
E
erkennen. Leitungen für weniger als fünf Lampen werden einfach angelöthet, der Draht an der Ueberkreuzungsstelle mit einem Kautschukrohr eingehüllt und von drei Holzklammern umgeben (
E
).
C C'
zeigt eine Abzweigung unter Anwendung eines sogenannten
Schaltklotzes
. Hierbei werden die Löthstellen in passend geformte Vertiefungen eines Brettchens gelegt (
C'
), die Enden der Zweigdrähte durch Löcher der Deckelplatte durchgezogen und der ganze Schaltklotz durch eine Holzschraube befestigt.
Haben die Leitungen Mauern zu durchsetzen, so muß entweder jede Leitung mit einer Hartgummi- oder Glasröhre umgeben werden (
F
) oder man führt bei kleineren Leitungen beide in einem gemeinschaftlichen Rohre, überzieht aber jede Leitung mit einem Gummischlauche.
Die sich stets mehrenden elektrischen Anlagen und namentlich die Einführung des elektrischen Lichtes haben competente Behörden veranlaßt,
Vorschriften zum Schutze für Menschenleben und gegen Feuersgefahr
aufzustellen. Von
Fig. 412.
Befestigungen von Innenleitungen.
einer Commission in Philadelphia werden nach
Uppenborn’s
Berichte nachstehende Sicherheitsmaßregeln angegeben:
1. Die Zu- und Ableitungsdrähte des elektrischen Stromes müssen innerhalb eines Gebäudes in ihrer ganzen Länge hinreichend isolirt sein.
2. In bestimmten Zeiträumen sollen Inspectionen zur Prüfung der Isoli- rungen angeordnet sein; die Verletzung der Isolirung kann dadurch eintreten: daß die Haken für die Befestigung der Drähte die Isolirung durchschneiden, daß an gewissen Stellen diese abgeschabt wird, daß die Drähte scharfe Biegungen machen.
3. Die Leitungsdrähte sollen aus möglichst wenig Stücken zusammengesetzt werden, und wo eine Verbindung nicht zu umgehen ist, hat man diese durch Bewicklung sorgfältig zu schützen, um das Abtrennen der Drahtenden, welches zur Funkenbildung Anlaß geben kann, zu vermeiden.
4. Erdleitungen sind unzulässig; Hin- und Rückleitung hat durch Drähte zu erfolgen. Diese dürfen daher nicht in der Nähe metallischer Gegenstände, z. B. Gas- oder Wasserleitungsröhren kommen. Müssen letztere übersetzt werden, so ist auf eine besonders sorgfältige Isolirung der Drähte zu sehen.
5. Die Möglichkeit eines kurzen Stromschlusses ist zu vermeiden, und zwar dadurch, daß die Leitungsdrähte, welche von verschiedenen Maschinen oder Maschinen- theilen kommen, genügend weit und sicher voneinander gehalten werden; die Drähte sollen gut befestigt sein und nur dann im Bogen herabhängen, wenn dies z. B. durch das Aufziehen und Herablassen der Lampe nothwendig ist. Feuchte Wände oder der Fußboden sind zur Anbringung der Leitung zu vermeiden; letzteres ist überhaupt nur dann zulässig, wenn man die Leitung unterhalb der Dielen legt; auch auf zufälliges Feuchtwerden der Wände ist Rücksicht zu nehmen.
6. Die Dimensionen der Leitungsdrähte sind so groß zu wählen, daß der stärkste vorkommende Strom ohne gefährliche Erhitzung in denselben fortgeleitet werden kann.
7. Um Gefahr für das Leben von Menschen durch zufällige Entladung des Stromes zu vermeiden, müssen die Leitungsdrähte so gelegt werden, daß sie für directe Berührung unzugänglich sind, entweder durch Wahl der Localität oder durch passende Bedeckung.
Bei größeren Anlagen, z. B. zur Beleuchtung von Theatern oder größerer Gebäudecomplexe, sollen übersichtliche und ausführliche Pläne sämmtlicher Leitungen vorliegen.
Vor Allem soll aber die Ausführung derartiger Anlagen nur erprobten Fachmännern übertragen werden
. Der rapide Aufschwung, den die Elektrotechnik in den letzten Jahren genommen hat, veranlaßte leider nicht Wenige, sich diesem Fache zuzuwenden und sich als Fachmänner zu geriren, obwohl sie die nothwendigen Fachstudien nie gemacht haben, ja sogar sehr häufig der hierzu nöthigen Vorkenntnisse ganz entbehren. Die Elektrotechnik ist gegenwärtig zu einem umfangreichen Wissenszweige angewachsen, dessen Beherrschung die volle, ungetheilte Kraft eines unermüdlichen Mannes erfordert, zu einer Wissenschaft, die nicht so nebenher mitgenommen werden kann, wie man hin und wieder in gänzlicher Unkenntniß des wirklichen Sachverhaltes anzunehmen geneigt ist. Dies möge man sich stets vor Augen halten und nicht, um vielleicht an den Kosten etwas zu ersparen, Unberufenen die Ausführung solcher Anlagen übertragen.
Gleichwie bei der Gasbeleuchtung Producent und Consument in der Regel nicht in einer Person vereinigt sind, strebt man auch bei der praktischen Ver- werthung der Elektricität bereits darnach, Centralstationen zu schaffen, von welchen aus ganze Stadttheile mit Elektricität versorgt werden sollen. Hierbei stellte sich, ebenso wie bei der Gasbeleuchtung, sofort das Bedürfniß heraus, den Consum der einzelnen Parteien zu messen und zu registriren, um darnach den Kaufpreis fest- stellen zu können. Solche
Elektricitätsmesser
oder
Meß- und Registrir- Apparate für den Stromverbrauch
sind auch in der That bereits auf ver- schiedenen Principien beruhend construirt worden; einige derselben sollen nachstehend beschrieben werden.
Edison
benützt zur Construction seiner Apparate die elektrolytischen Wir- kungen des elektrischen Stromes. Bekanntlich zersetzt der elektrische Strom die Lösungen der Metallsalze und scheidet hierbei an der negativen Elektrode das Metall, an der positiven die Säure ab; diese Abscheidung der Zersetzungsproducte erfolgt unter sonst gleichen Umständen direct proportional der Stromstärke. Nach dem Ohm’schen Gesetze (Seite 194) nimmt in einem gegebenen Schließungs- bogen die Stromstärke zu mit der Zunahme der elektromotorischen Kraft und mit der Abnahme des Widerstandes. Bei Edison’s Stromvertheilungssystem wird die elektromotorische Kraft stets constant gehalten: hier ist also die Stromstärke nur durch den Widerstand bestimmt. Da Edison stets Parallelschaltung anwendet, so ist der Widerstand desto größer, je weniger Apparate, z. B. Lampen, in den Stromkreis eingeschaltet werden. Für Edison’s System gelten also die Sätze: Die Widerstände verhalten sich umgekehrt wie die Stromstärken, und die Wider- stände verhalten sich umgekehrt wie die Zahlen, welche die eingeschalteten Lampen angegeben. Hieraus folgt, daß die Stromstärken den Zahlen der brennenden Lampen direct proportional sind. Da nun auch die Mengen der abgeschiedenen Zersetzungsproducte in einem Voltameter der Stromstärke proportional sind, müssen schließlich die abgeschiedenen Mengen der Zersetzungsproducte der jeweiligen Anzahl der brennenden Lampen proportional sein, d. h. die Mengen der Zersetzungs- producte geben ein richtiges Maß für die in den Lampen verbrauchte elektrische Energie. Dieses Maß bleibt auch dann richtig, wenn man die Zeit in Betracht zieht, da unter sonst gleichen Umständen sowohl die elektrolytisch abgeschiedenen Mengen, als auch die in den Lampen verbrauchten elektrischen Energiemengen im geraden Verhältnisse zu den Zeiten stehen.
Auf Grundlage der eben erörterten Principien hat Edison Meßapparate verschiedener Formen construirt, eine derselben ist in Fig. 413 perspectivisch und schematisch dargestellt. In dem verschließbaren eisernen Kasten sind zwei Volta- meter
z z
1
angebracht. Jedes derselben enthält zwei durch Hartgummi voneinander isolirte Zinkplatten
p
und
p
1
, welche in eine Lösung von Zinkvitriol tauchen. Der Strom zerlegt die Lösung in Zink und Schwefelsäure, das Zink an der negativen, die Schwefelsäure an der positiven Elektrode abscheidend. Die an letzterer ab- geschiedene Schwefelsäure löst wieder das Zink dieser Platte auf, so daß sich die Wirkung des elektrischen Stromes eigentlich nur als ein Transport des Zinkes von der positiven zur negativen Platte darstellt.
Würde man dieses Voltameter direct in den Lampenstromkreis schalten, so würde die eine Zinkplatte sehr rasch aufgelöst werden. Um dies zu vermeiden, schaltet Edison auf dem Wege zum Voltameter je einen Widerstand
w
2
und
w
3
(aus gewelltem Neusilberblech) ein, wodurch nur ein Zweigstrom in das Voltameter eintreten kann. Hierbei ist der Widerstand
w
2
noch einmal so groß als der Widerstand
w
3
, daher ist die in dem einen Voltameter abgeschiedene Zinkmenge viermal so groß als die im anderen. Der Grund dieser Einrichtung liegt in der Bestimmung beider Voltameter. Das eine dient nämlich für die monatlich vor- zunehmenden Messungen, das andere zur Controle derselben durch den Beamten der Gesellschaft.
Um die Abscheidung des Zinkes von der
Temperatur
unabhängig zu machen, sind noch zwei Drahtwiderstände
w
und
w
1
, jeder für eines der Volta- meter, eingeschaltet. Steigt nämlich die Temperatur, so wird der Widerstand im Drahte
w
, beziehungsweise
w
1
erhöht, in der Flüssigkeit der dazu gehörigen Zer- setzungszelle aber vermindert. Wählt man nun für den Draht einen entsprechenden Widerstand, so kann man es dahin bringen, daß die Temperaturänderungen die Widerstände von Draht und Flüssigkeit derart ändern, daß sie sich gegenseitig compensiren.
Unterhalb der Neusilberwiderstände befindet sich die aus zwei verschiedenen Metallen gebildete Feder
f
, die sich nach unten krümmt und die Contactstifte
c c
1
zur Berührung bringt, wenn die Temperatur unter einen gewissen Grad sinkt. Durch die Berührung der Contacte
c c
1
wird aber die Glühlichtlampe
l
in den Stromkreis eingeschaltet, durch deren strahlende Wärme die Flüssigkeiten in den Voltametern wieder erwärmt werden. Ist die gewünschte Temperatur dadurch
Fig. 413.
Edison’s Strommesser.
hergestellt, so hat sich auch die Feder in Folge ihrer gleichzeitigen Erwärmung wieder nach aufwärts gekrümmt und dadurch den Contact unterbrochen, also die Lampe ausgeschaltet.
Der eben beschriebene Meßapparat wird in zwei Größen, nämlich für 25 und für 50 Lampen hergestellt. Für größere Anlagen und Centralstationen benützt Edison den in Fig. 414 dargestellten, automatisch registrirenden Apparat.
An den beiden Enden des Wagbalkens hängen spiralig gerollte Kupferbleche derart, daß sie Elektroden bilden. Sie tauchen beide in Gläser mit Kupfervitriol- lösung, die von dem zweiten Paare Elektroden quer durchsetzt sind. Die ganze Vorrichtung wird so in den Stromkreis eingefügt, daß eines der Kupferbleche die negative Elektrode bildet; der Strom scheidet an diesem Kupfer ab und bringt, sobald ein gewisses Gewicht derselben erreicht ist, die Wage derart aus der Gleichgewichtslage, daß jener Arm, welcher die oben erwähnte Kupferplatte trägt, sinkt. Durch eine einfache Vorrichtung wird nun bewirkt, daß der Strom in der entgegengesetzten Richtung geht, also die Kupferabscheidung an der zweiten Blech- spirale erfolgt, die Säureabscheidung an der zuerst erwähnten Spirale; es wird jetzt die erste Blechspirale durch Auflösen des Kupfers von der abgeschiedenen Säure leichter, die zweite Spirale durch die Kupferabscheidung schwerer, und die Wage neigt sich, sobald diese Differenz genügend groß geworden ist, nach der
Fig. 414.
Edison’s Registrir-Apparat.
entgegengesetzten Seite. Es tritt also eine oscillirende Bewegung des Wagbalkens ein, deren Geschwindigkeit von der durchgegangenen Elektricitätsmenge abhängig ist. Die Uebertragung dieser Bewegung auf ein Zählwerk, wie es zu vielen Zwecken, z. B. bei unseren Gasuhren verwendet wird, registrirt dann die consumirte Elektricitätsmenge.
Bei anderen Constructionen von Strom-Meß- und Registrir-Apparaten benützte Edison einen Elektromotor, sich auf die Beobachtung stützend, daß die Geschwindigkeit des Motors bei einer gewissen Belastung desselben der Strom- stärke proportional ist. Richtet man daher den Motor so ein, daß er langsam geht, wenn der Betrag an Strom, für z. B. nur eine Verwendungsstelle durch den Stromkreis verlauft, so wird seine Geschwindigkeit sich proportional der Ver- größerung der Anzahl strombrauchender Verwendungsstellen vermehren. Einen solchen Motor kann man sowohl mit den Spulen der erregenden Magnete, als auch mit seinen Ankerspulen unmittelbar in den Hauptstromkreis oder auch in einen Zweigstromkreis schalten. Die Belastung des Motors wird erreicht durch Wind- räder oder Flügel, starke Radübersetzungen, Schaufeln, die sich in dicken Flüssig- keiten bewegen u. s. w.
Einer dieser Meß-Apparate ist in Fig. 415 abgebildet. Der Anker
A
des Elektromagnetes
M
trägt auf seiner verlängerten Axe
a
die Schaufeln
F
, welche sich in entsprechenden ringförmigen Kammern des mit Glycerin gefüllten Kastens
K
bewegen. Durch Schnecke und Schneckenrad wird die Bewegung der Axe
a
auf die Welle
W
und somit auch auf den Zeiger
Z
des Registrir-Apparates übertragen.
Bei einer andern Construction trägt ein Wagbalken die Anker zweier Elektro- magnete, welche dadurch den Wagbalken in Schwingung versetzen, daß mit Hilfe eines Commutators und der speciellen Stromführung einmal der eine und hierauf der andere Magnet eine stärkere Anziehungskraft erlangt. Gleichzeitig mit diesen Vorgängen wird auch ein Hebel in Bewegung gesetzt, der dann auf das Registrir- werk wirkt.
Auch auf die Zersetzung und Rückbildung von Wasser durch den elektrischen Strom basirte Edison einen Meß-Apparat. Zu diesem Zwecke wird in eine Zweig-
Fig. 415.
Meß- und Registrir-Apparat von Edison.
leitung des Arbeitsstromkreises ein mit angesäuertem Wasser beschicktes Volta- meter eingeschaltet, bei welchem sich das durch die Wasserzersetzung gebildete Knallgas in einer Glocke ansammelt, diese bei einem bestimmten Gasvolumen hebt und dadurch eine zweite Strom- abzweigung schließt, durch welche im Innern der Glocke ein Platindraht zum Glühen kommt; hierdurch werden die beiden Bestandtheile des Knallgases, Wasserstoff und Sauerstoff, wieder zu Wasser vereinigt und die Glocke sinkt; hierauf folgt wieder Wasserzersetzung, also Knallgasbildung u. s. w. Die Hebungen und Senkungen, von der Menge des erzeugten Knallgases abhängig und somit der Stromstärke entsprechend, werden auf ein Registrirwerk übertragen und zeigen durch dieses den Stromverbrauch an.
Ferranti
und
Thompson
benützen gleichfalls die Wasserzersetzung durch den elektrischen Strom zur Messung und Registrirung desselben. Sie verwenden jedoch hierzu nicht den Strom selbst, sondern die durch ihn in einer Inductions- spule erzeugten Inductionsströme. Das durch diese erzeugte Knallgas wird in einem zweitheiligen Schaukelgefäße aufgefangen, welches immer bei Füllung einer Abtheilung mit Knallgas umkippt und dieses entweichen läßt, während inzwischen die andere Abtheilung mit Gas gefüllt wird. Die Schwingungen dieses Schaukel- oder Meßgefäßes werden dann durch eine Sperrklinke auf das Sperrrad des Zählwerkes übertragen.
Bei der Anwendung der beiden letztgenannten Apparate sind gewisse Vor- sichten zu gebrauchen, um die Knallgasexplosionen ungefährlich zu machen (bei Edison) oder zu vermeiden (bei Ferranti-Thompson).
Auch die elektrische Endosmose (siehe Seite 253) ist zur Construction eines Strom-Meß- und Registrir-Apparates benützt worden.
Ch. A. Carus-Wilson
’s Apparat besteht aus einem Voltameter, in welchem die beiden Elektroden durch eine poröse Scheidewand voneinander getrennt sind. Der elektrische Strom bewirkt einen Transport von Flüssigkeit aus der die Anode enthaltenden Abtheilung in die Kathodenabtheilung; von dieser führt ein Rohr zu einer Glaskugel und von dieser geht abermals ein Rohr aus, welches in der Anodenabtheilung ausmündet. Folglich befindet sich die Flüssigkeit bei geschlossenem Strome stets in folgender Bewegung: Sie wird vom Strome aus der Anodenabtheilung in die Kathodenabtheilung über- geführt und fließt dann durch die Röhren und die Glaskugel wieder in die Anoden- abtheilung zurück. Diese Bewegung der Flüssigkeit wird durch ein in der Glaskugel
Fig. 416.
Elektrischer Arbeitsmesser von Siemens \& Halske.
angebrachtes Schaufelrad auf ein Zählwerk übertragen. Da die Drehungs- geschwindigkeit von der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsbewegung und diese von der Stromstärke bestimmt wird, so kann der Apparat zur Messung der letzteren ver- wendet werden.
Der elektrische Arbeitsmesser von Siemens \& Halske
ist zur Messung des Productes: Potentialdifferenz mal Stromstärke bestimmt. Durch ein Uhrwerk (Fig. 416) wird eine Scheibe
a
continuirlich mit bestimmter Geschwindig- keit gedreht und hierbei durch eine Feder an das Scheibchen
c
angedrückt. Die Axe des letzterwähnten Scheibchens ist an dem Eisenkerne
e
des Solenoides
f
befestigt. Das Scheibchen
c
muß sich daher schneller oder langsamer drehen, je
Urbanitzky
: Elektricität. 38
nachdem die im Solenoide
f
angebrachte Spiralfeder den Kern
e
herausschiebt oder die Kraft des Solenoides denselben hineinzieht, weil hierdurch das Scheibchen
c
entweder dem Mittelpunkte oder dem Umfange der Scheibe
a
nähergerückt, d. h. durch ein wechselndes Uebersetzungsverhältniß in Umdrehung versetzt wird. Die Um- drehungsgeschwindigkeit des Rädchens
c
wird also durch die Stärke des Solenoides
f
bestimmt.
Mit der Axe von
c
ist die Scheibe
b
so verbunden, daß diese stets mit derselben Geschwindigkeit rotiren muß wie
c
, ohne dieses Scheibchen bei seiner Verschiebung auf der Scheibe
a
zu hemmen. Die Scheibe
b
überträgt ihre Be- wegung wieder auf ein kleines Scheibchen
h
, dessen Axe auf dem Eisenkerne des Solenoides
l
befestigt ist. Die Stellung des Scheibchens
h
auf der Scheibe
b
und somit das Uebersetzungsverhältniß muß daher durch die Kraft des Solenoides
l
bestimmt werden. Da nun die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe
b
unter Vermittlung von
c
durch die Kraft des Solenoides
f
bestimmt wird, diese Um- drehungsgeschwindigkeit von
b
sich auf
h
überträgt und
h
durch die Kraft des Solenoides
l
abermals in seiner Umdrehungsgeschwindigkeit beeinflußt wird, so muß die hieraus resultirende Umdrehungsgeschwindigkeit von
h
offenbar durch das
Product
der Kräfte in den Solenoiden
f
und
l
bestimmt werden.
Die Umwindungen des Solenoides
f
sind in den Hauptstromkreis ein- geschaltet, jene von
l
sind aus dünnem Drahte gebildet und als Nebenschluß zum Hauptstromkreise angeordnet. Die Wirkung des Solenoides
f
auf seinen Eisenkern ist daher proportional der
Stromstärke
im Hauptstromkreise, während die Kraft des Solenoides
l
ein Maß für die
Potentialdifferenz
giebt. Das früher erwähnte Product der Solenoidkräfte ist daher: Potentialdifferenz mal Stromstärke und als Maß für dieses Product kann die Umdrehungsgeschwindigkeit des Scheibchens
h
betrachtet werden. Um diese Vorrichtung zum Meß- und Registrir-Apparat zu machen, hat man daher nur die Bewegung von
h
auf ein Zählwerk
m
zu über- tragen, welches eine ganz beliebige Eintheilung haben kann.
Die Firma Siemens \& Halske hat auch einen
Energiemesser
construirt, bei welchem die Multiplication von Potentialdifferenz mit Stromstärke durch zwei Drahtspulen bewirkt wird. Dieses Instrument stellt ein Elektrodynamometer dar, dessen feste Rolle zwischen jene Punkte der Leitung geschaltet wird, zwischen welchen man die elektrische Energie messen will, und dessen bewegliche Spule als Neben- schluß an einen Theil der Hauptleitung angelegt wird. Es muß daher der Strom in der beweglichen Rolle der Stromstärke des Hauptstromkreises proportional sein, der Strom in der festen Spule der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Punkten, und somit muß das Drehungsmoment der ersteren proportional sein der elektrischen Energie (dem Producte Stromstärke mal Potentialdifferenz).
Ein von
Maxim
construirtes Elektrometer ist in Fig. 417 abgebildet. Von der Hauptleitung
L L
, in welche das Solenoid
B
eingeschaltet ist, zweigt die Nebenleitung
n n
ab; in letzterer befindet sich der Elektromagnet
T
, welcher das Pendel
Q Q
in nachstehender Weise in beständiger Bewegung erhält. Die den Anker zum Elektromagnete
T
bildende Pendellinse
Q
wird angezogen, sobald ein Strom durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes kreist; das Pendel bewegt sich nach links und nimmt die Feder
R
mit, die dadurch außer Contact mit
S
kommt. Nun ist die Zweigleitung unterbrochen,
T
stromlos geworden und das Pendel fällt daher zurück; hiermit stellt sich aber der Contact zwischen
R
und
S
wieder her und erhält der Elektromagnet neuerdings Strom.
Die Bewegung des Pendels überträgt die Sperrklinke
q
und das Sperrrad
O
durch ein auf seiner Axe
P
angebrachtes (in der Figur gedecktes) Wurmrad auf das Zahnrad
m
und versetzt hierdurch dieses in ununterbrochene Drehung. Auf der Welle
D M
dieses Zahnrades sitzt der Conus
L″
, welcher bei seiner Drehung den Conus
L'
durch Reibung mitnimmt. Die Axe von
L'
ist durch das verstell- bare Gewicht
E'
belastet und durch ein Universalgelenk
E
2
mit der Welle
F
des Zählwerkes verbunden. Das eine Ende der Axe
E
ist durch eine Stange
D
mit dem Eisenkerne
C
des Solenoides
B
verbunden. Die Bewegung dieses Eisenkernes
Fig. 417.
Elektrometer von Maxim.
bewirkt also ein Heben oder Senken der Axe
E
bei
e
. Dieses einseitige Heben oder Senken der Axe hat zur Folge, daß der Conus
L'
mit einem größeren oder geringeren Umfange auf
L″
aufruht, daß also das Uebersetzungsverhältniß zwischen beiden geändert wird in dem Maße, als die Anziehungskraft des Solenoides
B
sich ändert. Somit geht auch das Zählwerk schneller oder langsamer, je nachdem die Stromstärke größer oder geringer ist.
Diesem von Maxim construirten Elektrometer ist in Bezug auf das Con- structionsprincip auch ein von
Ch. A. Carus-Wilson
construirtes Dynamo- meter ähnlich, obschon dieses in der Vorrichtung zur Variirung des Ueber-
38*
setzungsverhältnisses und in den Details von dem eben beschriebenen Apparate abweicht.
Wenngleich noch mannigfache Meß- und Registir-Apparate construirt wurden, wie z. B. von
Brush, Swan
u. s. w., so begnügen wir uns doch mit obigen Beschreibungen, da die hierin getroffene Auswahl ein hinlänglich vollständiges Bild der gegenwärtigen Entwicklung dieser Instrumente giebt, und wenden uns nunmehr den praktischen Anwendungen der Elektricität zu.
III.
Die praktischen Anwendungen der Elektrirität.
1. Das elektrische Licht.
Vor einer kurzen Reihe von Jahren noch von Wenigen gekannt, als brillantes Experiment in den physikalischen Laboratorien oder als besonderer Beleuchtungs- effect auf großen Bühnen vorgeführt, betrachten wir gegenwärtig das elektrische Licht schon als etwas Alltägliches. Wie kommt es, daß nun im Verlaufe weniger Jahre das früher unbeachtete elektrische Licht auf einmal als gefährlicher Concurrent jeder anderen Beleuchtungsart auftritt? Als kleines Fünkchen zur Beleuchtung der inneren Leibeshöhlungen, als mächtige Sonne auf dem sturmumbrausten Leucht- thurme? Ist das elektrische Licht etwa erst in jüngster Zeit entdeckt worden? Durchaus nicht; aber zahlreich und mannigfach waren die Schwierigkeiten, die nach der Entdeckung des elektrischen Lichtes erst bewältigt werden mußten, bevor man an eine ausgedehnte praktische Anwendung desselben denken konnte. Einen Theil derselben lernten wir bereits kennen, theils in der Geschichte der Elektricität, theils in jener der Elektricitäts-Generatoren. Bisher unbekannt geblieben ist uns Alles, was sich auf jene Vorrichtungen und Apparate bezieht, durch welche Elektricität in Licht umgewandelt wird; die Beschäftigung hiermit bildet daher unsere nächste Aufgabe.
Das elektrische Licht in seiner historischen Entwicklung.
Versteht man unter elektrischem Lichte jede Art Lichtes, hervorgerufen durch Elektricität, so müssen wir unsere Bekanntschaft mit dem elektrischen Lichte eine sehr alte nennen. Wann und wo elektrisches Licht oder Leuchten zum erstenmale wahrgenommen wurde, läßt sich dann auch nicht annähernd angeben, da ja auch der Blitzstrahl nur ein überaus mächtiger elektrischer Funke ist. Auch eine andere Art elektrischen Leuchtens, nämlich das Elmsfeuer, war bereits den Culturvölkern des Alterthums bekannt; wir erinnern uns aus der Geschichte der Elektricität der diesbezüglichen Berichte von Cäsar und Plinius (Seite 7). Freilich wußte man damals noch nicht, daß diese Erscheinungen durch dasselbe Agens hervorgerufen werden, welches wir heute mit dem Namen Elektricität bezeichnen.
Sehen wir hingegen von den elektrischen Lichterscheinungen in der Natur ab, so haben wir die erste Beobachtung künstlich hervorgerufenen elektrischen Leuchtens
Otto von Guericke
im siebzehnten Jahrhunderte zuzuschreiben. Der schwache Lichtschein auf der geriebenen Schwefelkugel des Magdeburger Bürgermeisters war das Morgenroth des neuen Lichtes. Es ist dies ein elektrisches Licht, bewirkt durch Ausströmung der Elektricität in die Luft. Wir lernten derartige Erscheinungen, mit mächtigeren Mitteln hervorgerufen, bereits kennen (Seite 142).
Nicht lange nach Guericke’s erster, in der Ursache übrigens nicht erkannter Beobachtung elektrischen Leuchtens durch Ausströmen von Elektricität wurde auch bereits der elektrische Funke gesehen.
Robert Boyle
, der seine Versuche im Jahre 1698 veröffentlichte, sah den elektrischen Funken beim Reiben eines großen Stückes Bern- stein,
Leibniz
beim Reiben einer Guericke’schen Schwefelkugel im Jahre 1672.
Eine andere Art elektrischen Leuchtens, nämlich jenes von elektrisirten Gasen oder Dämpfen in sehr verdünntem Zustande, wurde zuerst von
Picard
1675 (?) beobachtet, während erst
Hawksbee
zu Beginn des achtzehnten Jahrhunderts hierfür die richtige Erklärung gab (Seite 10). Wir lernten später derartige Erscheinungen im elektrischen Ei und in den Geißler’schen Röhren kennen (Seite 146 und 310).
Doch weder das Leuchten ausströmender Elektricität, noch jenes des elektrischen Funkens oder das elektrisirter Gase und Dämpfe in sehr verdünntem Zustande gelangte jemals als elektrisches Licht zu nennenswerther praktischer Anwendung; dies war erst dem Voltabogen einerseits und dem Glühlichte andererseits vorbehalten.
In einem Briefe, welchen
Davy
im Jahre 1800 an Dr. Beddoe richtete, sind bereits Experimente erwähnt, bei welchen elektrische Funken durch den Strom einer Voltasäule, zwischen zwei Kohlenspitzen hervorgerufen, beobachtet wurden. Silvanus P.
Thompson
fand im
„Journal de Paris” (du 22 ventôse an X)
vom 12. März 1802 eine Mittheilung, nach welcher zu dieser Zeit ein gewisser Robertson mit einer Kupfer-Zinksäule verschiedene Experimente gemacht hat; hiervon wird eines, nämlich mit glühenden Kohlen, besonders erwähnt. Die Endplatten einer 120-elementigen Zink-Silbersäule wurden mit Kohlen verbunden und diese dann zur Berührung gebracht; man beobachtete hierbei „im Momente der Berührung einen mit außerordentlichem Glanze leuchtenden
Funken
“.
In diesen und anderen Mittheilungen vor 1808 wird jedoch nie von einem
Lichtbogen
gesprochen oder der ihn vom elektrischen Funken unterscheidenden Eigenschaft der Continuität gedacht. Es ist auch deshalb nicht wahrscheinlich, daß der Lichtbogen früher schon beobachtet wurde, da zu jener Zeit nur verhältnißmäßig schwache Säulen benützt wurden. Als
Humphry Davy
seine berühmten elektro- chemischen Untersuchungen ausführte, ging er von der Ansicht aus, es müsse durch Steigerung der elektrischen Kräfte gelingen, die chemischen Kräfte zu überbieten, d. h. bis dahin für einfach gehaltene Körper in ihre Elemente zu zerlegen. Daß ihm dies auch gelungen ist, haben wir bereits erfahren (Seite 36). Um dieses Resultat erreichen zu können, bedurfte er aber einer vielelementigen Batterie. Er richtete daher an die seinen Vorträgen in der
„Royal Institution”
beiwohnenden Zuhörer die Bitte, die hierzu nöthigen Geldmittel im Wege einer Subscription zu beschaffen. Diese ergab sofort die nöthige Summe. „Mancher eifrige Freund der Wissenschaft,“ erzählt Davy, „fand keine Gelegenheit mehr, seine Liberalität zu bethätigen.“ So wurden und werden in England wissenschaftliche Forschungen unterstützt!
Davy stellte nun eine Säule von 2000 Elementen zusammen, welche in 200 Porzellantrögen untergebracht wurden; die Gesammtoberfläche der Zinkplatten dieser Zink-Kupferbatterie machte 80 Quadratmeter aus. Mit Hilfe dieser mächtigen Elektricitätsquelle führte Davy den Mitgliedern der
„Royal Institution”
im Jahre 1810 den galvanischen Lichtbogen vor. Da die von ihm benützten Stäbchen aus Holzkohle in der freien Luft rapid verbrannten, schloß er, um die Erscheinung länger zu erhalten, den Voltabogen in ein elektrisches Ei.
Davy’s Versuch wurde seit dieser Zeit oft wiederholt, blieb jedoch ein nur in physikalischen Laboratorien und Vortragssälen ausgeführtes Experiment, bis im Jahre 1844
Foucault
das elektrische Licht zum Gegenstande seiner Versuche wählte. Foucault wollte nämlich an Stelle des nicht immer zur Verfügung stehenden Sonnenlichtes das elektrische Licht für das Sonnenmikroskop verwenden. Hierzu schien ihm der Kunstgriff Davy’s, die Brenndauer des Voltabogens durch Einschließen desselben in ein elektrisches Ei, nicht praktisch genug, und deshalb ersetzte er die wenig dichte Holzkohle durch die sehr dichte und daher viel langsamer verbrennende Retortenkohle. Stäbchen aus dieser wurden in einem Gestelle, wie es heute noch bei Handregulatoren üblich ist, eingesetzt, und als Stromquelle dienten 42 der inzwischen (im Jahre 1842) erfundenen Bunsen-Elemente.
Foucault’s Handregulator wurde im selben Jahre noch von
Deleuil
zu einer öffentlichen Beleuchtungsprobe in Paris auf der
Place de la Concorde
benützt. Der Regulator stand hierbei auf den Knien der allegorischen Statue der Stadt Lille (Fig. 418).
Im Jahre 1845 erdachte
Thomas Wright
in London den ersten Apparat, durch welchen die Entfernung der Kohlen voneinander automatisch erhalten wurde. Im Innern einer Glaskugel waren fünf Kohlenscheiben zwischen zwei. Ringen im Kreise nebeneinander befestigt und wurden durch ein Räderwerk in langsame Rotation versetzt. Bei Schluß des Stromes standen sämmtliche Scheiben in Berührung; hierauf wurden die Scheiben 2 und 4 durch Schrauben weggerückt, und nun entstand an jeder Seite dieser Scheiben ein Lichtbogen. In Folge der Rotation der Scheiben kamen immer neue Stellen des Scheibenumfanges an jene Stelle, an welcher der Lichtbogen war, und sicherten dadurch auf längere Zeit eine gleichbleibende Entfernung der Kohlen voneinander und somit auch das Brennen des Lichtbogens.
Den ersten Apparat, bei welchem ein Nachschub der abgebrannten Kohlen automatisch bewirkt wurde, construirte W. E.
Staite
im Jahre 1846. Die Kohlen standen unter dem Drucke von Spiralfedern, welche erstere gegeneinander zu führen strebten. Um dieses Gegeneinanderbewegen immer nur bis zu einer gewissen Entfernung voneinander, nämlich bis zur gewünschten Lichtbogenlänge, erfolgen zu lassen, stießen die Kohlen gegen eine unverbrennliche Masse, welche sie in ihrer Bewegung hemmte, sobald die gewünschte Bogenlänge hergestellt war; natürlich mußte hierbei das erste Anzünden durch die Hand erfolgen.
Im Jahre 1847 gelang es Staite, einen wesentlichen Fortschritt dadurch anzubahnen, daß er auf den Gedanken kam, den Strom selbst zur Regulirung der Lichtbogenlänge zu benützen, ein Princip, welches seither beinahe bei allen Regu- latorlampen zur Anwendung kam. Staite setzte die obere Kohle fest, befestigte aber die untere an einer mit Schraubengewinde versehenen Stange. In diese griff eine Wurmschraube ein, die durch ein Uhrwerk in Umdrehung versetzt werden konnte. Zu diesem Zwecke trug die Wurmschraube ein um diese als Axe bewegliches Zahnrad. Dieses konnte nun sowohl mit einem oberhalb, als auch mit einem unterhalb angebrachten Zahnrad in Verbindung gesetzt werden; die beiden letzt- genannten Zahnräder saßen auf einer gemeinschaftlichen Axe, die durch das bereits erwähnte Uhrwerk bewegt wurde. Die Stellung dieser Axe und somit auch der Ein- griff des oberen oder unteren Zahnrades in das Zahnrad der Wurmschraube wurde durch ein Solenoid geregelt, dessen Kern die Verlängerung der Axe beider Zahn- räder bildete.
Die Wirkung des Apparates war daher, sobald der Strom durch das Solenoid und die beiden Kohlen floß, folgende: War der Lichtbogen zu lange, so wurde durch die hierdurch bewirkte Erhöhung des Widerstandes im Stromkreise
Fig. 418.
Elektrische Beleuchtung der
Place de la Concorde.
der Strom geschwächt; die Anziehungskraft des Solenoides nahm ab, und der Eisenkern sank in Folge der geringeren Anziehung herab. Hierdurch wurde das obere Zahnrad mit dem Zahnrade der Wurmschraube in Verbindung gebracht und drehte dadurch diese in der Weise, daß sie den unteren Kohlenträger (die mit Schraube versehene Stange) hob, also die Kohlen näher aneinander brachte. Waren hingegen die Kohlen zu nahe aneinander gerückt, so nahm die Kraft des Solenoides in Folge des verringerten Widerstandes im Stromkreise zu, der Eisenkern wurde angezogen, d. h. gehoben, und nun gelangte das untere Zahnrad mit dem Zahn- rade der Wurmschraube zum Eingriffe. Diese mußte daher die entgegengesetzte Drehung wie früher erhalten und dadurch den Kohlenträger senken, also die Ent- fernung der Kohlen voneinander vergrößern. Hatte aber der Bogen die richtige Länge, so kam keines der Zahnräder zum Eingriffe, und das Uhrwerk selbst wurde durch eine entsprechende Hemmung in Ruhe versetzt.
Fig. 419.
Archereau’s Regulator.
Staite begnügte sich jedoch hiermit nicht, sondern nahm bereits im Jahre 1848 gemeinschaftlich mit einem Mitarbeiter,
Petrie
, ein Patent auf eine ganze Reihe von Constructionen, die nicht nur ausgedacht, sondern auch vielfach ausprobirt wurden. Das Interesse für die praktische Verwerthung des elektrischen Lichtes be- gann sich zu jener Zeit überhaupt schon allgemein geltend zu machen.
Schon im Jahre 1847 soll nach Angabe
Figuier’s
(in
„Nouvelles conquêtes de la science”
)
Archereau
öffentliche Experimente mit einem von ihm erfundenen Regulator gemacht haben, dessen Construc- tion gewöhnlich in das Jahr 1849 versetzt wird. Der Regulator ist dem Principe nach ähnlich einer der von Staite bereits angegebenen Constructionen. Die beiden Kupfersäulen
A B
und
C D
, Fig. 419, sind auf einem Holzgestelle befestigt und oben durch eine Kupfer- traverse
A C
verbunden; letztere trägt den festen, posi- tiven Kohlenhälter
t.
Das Solenoid
S
wird durch zwei andere isolirte Traversen
E F
und
G H
getragen und ist auf ein Kupferrohr aufgerollt, in welchem mit sanfter Reibung die Stange
J K
als Träger der negativen Kohle
t'
gleitet. Der Stab ist in seiner oberen Hälfte aus Kupfer. Er hängt in einer bei
G
befestigten und über zwei Rollen laufenden Saite, deren zweites Ende als Gegengewicht einen kleinen Becher mit Bleischrot trägt.
Der Strom tritt durch das mit + bezeichnete Drahtende in das Solenoid, durchlauft dasselbe, geht dann durch das mit dem Kupferrohre verbundene Ende der Spirale in das Kupferrohr, von diesem durch den mit dem Rohre in Contact befindlichen Eisencylinder in die positive Kohle und verläßt durch die obere negative Kohle und das Lampengestelle bei
D
die Lampe. Der Eisenkern wird dabei magnetisch und in die Spule hineingezogen, wodurch der Lichtbogen entsteht. Beim Abbrennen der Kohlen vergrößert sich der Widerstand im Bogen, weshalb der Strom schwächer wird, und daher kann die Anziehung der Spule dem Gegen- gewichte nicht mehr das Gleichgewicht halten. Die positive Kohle wird deshalb der negativen Kohle so weit genähert, bis zur Verminderung der Bogenlänge wieder der früher geschilderte Gleichgewichtszustand hergestellt ist.
Im Jahre 1858 construirte
Foucault
den in Fig. 420 (aus
„La lumière électrique”
) abgebildeten Regulator, der allerdings bedeutend complicirter war, als jener Archereau’s, dafür aber auch besser functionirte. Die beiden Kohlen
a
und
b
sind horizontal angeordnet und ruhen auf den Wägen
c c'
; die Federn
R R'
, gleichzeitig Stromleiter, suchen die Kohlen stets gegeneinander zu bewegen. Dies kann jedoch nur unter gleichzeitiger Bewegung des Uhrwerkes
M
geschehen, da dieses durch eine an
c
befestigte, über die Rolle
p
gehende Schnur mit dem positiven
Fig. 420.
Foucault’s Regulator.
Kohlenträger (Wagen)
c
verbunden ist. Der Hebel
L
bewirkt in Verbindung mit der Schnur
p' p″ p‴
, daß sich beide Kohlenträger
c c'
immer gleichzeitig bewegen müssen,
c'
, als Träger der negativen Kohle, langsamer fortschreitet als
c.
Der elektrische Strom muß, bevor er in die Kohlen gelangt, den Elektromagnet
E
passiren. An dem um
r'
drehbaren Anker
A
dieses Elektromagnetes sitzt die Stange
D
, welche je nach ihrer, beziehungsweise des Ankers Stellung das Uhrwerk freigiebt oder hemmt; die Feder
r
zieht den Anker vom Elektromagnete ab.
d
gestattet das Uhrwerk mit der Hand zu hemmen. Das Voltameter
K
dient zur Ausgleichung jener Aenderungen der Stromstärke, welche durch die
Stromquelle
verursacht werden; durch ein mehr oder weniger tiefes Einsenken der Platten wird der Widerstand verkleinert oder vergrößert.
Befinden sich die Kohlen
a
und
b
in richtiger Entfernung voneinander, so besitzt auch der Strom seine normale Stärke, und der Elektromagnet hält den Anker
A
angezogen; in dieser Stellung hemmt die Stange
D
das Uhrwerk und die Kohlen behalten ihre gegenseitige Stellung bei. Wird jedoch die Entfernung beider Kohlen voneinander durch Abbrennen derselben zu groß, steigt also der Widerstand im Stromkreise, so überwiegt die Feder
r
die Anziehungskraft des Magnetes
E
und der Anker
A
wird abgezogen; jetzt giebt die Stange
D
das Uhrwerk frei, und die beiden Kohlenträger
c c'
können sich so lange gegeneinander bewegen, bis hierdurch der Widerstand des Stromkreises auf die ursprüngliche Größe, d. h. der Lichtbogen auf seine normale Länge gebracht ist, weil eben dann auch der Strom wieder die ursprüngliche Stärke erreicht und dann den Elektro- magnet
E
veranlaßt, den Anker
A
neuerdings anzuziehen.
Die Regulirung des Lichtbogens wurde also durch eine intermittirende Bewegung der Kohlenstäbe bewirkt; der Regulator wirkte jedoch insoferne nicht automatisch, als das Anzünden mit der Hand bewirkt werden mußte. Foucault half diesem Uebelstande dadurch ab, daß er gemeinsam mit
Duboscq
einen Regu- lator construirte, der zwei Uhrwerke besitzt, von welchen eines die Bewegung der Kohlen gegeneinander, das andere voneinander besorgt. Dieser Apparat, in der Pariser Oper zur Darstellung des Sonnenaufganges im „Propheten“ verwendet, fand so viel Beifall, daß seither das elektrische Licht zu diesem und für ähnliche Zwecke auf allen größeren Bühnen eingeführt wurde. Da die Lampe von Foncault- Duboscq auch noch gegenwärtig daselbst und zu wissenschaftlichen Arbeiten nicht selten verwendet wird, wollen wir ihre Construction erst bei Besprechung der gegenwärtig gebräuchlichen Regulatoren kennen lernen.
Vom Jahre 1848 an erregte das elektrische Licht immer größeres Interesse und von da ab werden auch die Constructionen elektrischer Lampen immer zahl- reicher. So nahm im Jahre 1849
Le Molt
Wright’s Idee wieder auf und con- struirte einen Regulator, bestehend aus zwei kreisrunden, parallel oder unter einem rechten Winkel zueinander gestellten Kohlenscheiben. Letztere hatten eine doppelte Be- wegung: 1. drehten sie sich um ihre Axen und 2. wurden sie nach jeder solchen Umdrehung um ein dem Abbrennen entsprechendes Stück einander genähert. Le Molt konnte auf diese Weise das Licht 24 Stunden erhalten, ohne die Lampe berühren zu müssen.
Pearce
, welcher im selben Jahre ein Patent auf eine Lampe nahm, war der Erste, welcher bei einer solchen auch eine Vorrichtung anbrachte, zum selbst- thätigen Wiederanzünden einer ausgegangenen Lampe. Diese Vorrichtung bestand in einem Kohlenconus, der durch Vermittlung eines Elektromagnetes so lange außer Berührung mit den Lampenkohlen gehalten wurde, als die Lampe brannte. Wurde jedoch der Lichtbogen und somit auch der Strom unterbrochen, so zog eine Feder den den Kohlenconus tragenden Anker des Elektromagnetes von diesem ab und der Conus legte sich zwischen beide Lampenkohlen, auf diese Weise den Strom- schluß wieder herstellend.
Im Jahre 1852 ließ sich
Roberts
mehrere Lampenconstructionen patentiren, von welchen eine deshalb interessant ist, weil sich deren Princip, nämlich das der magnetischen Bremsung, in der gegenwärtig sehr gut functionirenden Lampe von
Gülcher
, wenngleich bedeutend modificirt, wiederfindet. Aus demselben Jahre stammt auch die Lampe von
Slater \& Watson
, die sich durch die erstmalige Anwendung einer ringförmigen Sperrklinke auszeichnet, wie solche auch bei modernen Regulatoren, z. B. Brush, vorkommt.
Im Jahre 1853 gab
Christopher Binks
sowohl eine Reihe von Mitteln an, das Abbrennen der Kohlen zu einem gleichförmigeren zu machen, als auch Lampenconstructionen verschiedener Art. Er schlug vor, an Stelle einfacher Kohlen- stäbe Bündel aus solchen zu verwenden, fein gepulverte Kohle oder auch Ruß mit einem Bindemittel zu mengen und heftig zu erhitzen, wodurch eine gleichförmige compacte Kohle erhalten werden kann; auch die Benützung des Quecksilbers als Elektrode wurde versucht.
Binks
gab sogar schon eine Art Kerze an, deren negative Elektrode aus einem Kohlenrohre bestand, während der die positive Elektrode bildende Kohlenstab innerhalb dieses Rohres entsprechend dem rascheren Abbrennen durch ein Uhrwerk ständig vorgeschoben wurde.
Bei der Lampe von
Chapman
(1855) wurde das Nachsinken der einen Kohle durch die Belastung des Kohlenträgers bewirkt, der Nachschub gehemmt durch den Anker eines Elektromagnetes, dessen radschuhförmige Verlängerung den Rand eines Rades umfaßte, um dessen Welle die die bewegliche Kohle tragende Schnur geschlungen war. So lange der Strom und also auch der Elektromagnet stark genug, oder was dasselbe bedeutet, die Lichtbogenlänge die richtige blieb, war das früher erwähnte Rad gebremst. Vergrößerte sich aber der Lichtbogen und sank daher die Stromstärke, so ließ der Magnet den Anker los, die Bremse gab das Rad frei und die Kohle konnte in Folge des Gewichtes ihres belasteten Trägers bis zur ursprünglichen Bogenlänge nachsinken. Das erste Auseinanderführen beider Kohlen beim Einschalten der Lampe in einen Stromkreis besorgte ein zweiter Elektromagnet.
Im selben Jahre (1855) wurde von
Jaspar
eine Lampe öffentlich aus- gestellt, die gegenwärtig mit verschiedenen Abänderungen vielfach in Verwendung steht und daher weiter unten ausführlich besprochen werden soll.
Doppeltes Interesse verdient die von
Lacassagne
und
Thiers
im Jahre 1855 construirte Lampe, da bei ihr einerseits das hydrostatische Princip zur Regulirung der Bogenlänge benützt wird, ein Princip, welches wir bei der Loco- motivlampe von Sedlaczek und Wikulill wiederfinden werden, und andererseits, weil die Lampe von Lacassagne und Thiers die erste sogenannte Differentiallampe dar- stellt. Wir werden später sehen, wie durch diese das Problem der Lichttheilung gelöst wurde.
Bei dieser Lampe ist die obere Kohle
K
(Fig. 421) unbeweglich, die untere Kohle
K'
wird durch das im Cylinder
B B
befindliche Quecksilber nach aufwärts getrieben. Um die in einen Stromkreis geschaltete Lampe in Gang zu setzen, ent- fernt man die beiden Kohlen mit der Hand voneinander. Das aus dem Gefäße
A
durch das Rohr
D D
in den Cylinder
B B
nachfließende Quecksilber würde die Kohlen sofort wieder zusammenführen, wenn der Nachfluß nicht durch eine Art Ventil gehemmt würde. In das Rohr
D D
ist nämlich eine Doppelröhre
e f
ein- geschaltet, dessen beide Abtheilungen oben bei
E
durch ein kurzes Kautschukrohr verbunden sind. Geht nun der Strom durch die Lampe, so zieht der im Haupt- stromkreise befindliche Elektromagnet
C C
seinen Anker
I
an, welcher dann das Kautschukrohr
E
zusammendrückt und so dem Quecksilber den Uebertritt in den Cylinder
B B
wehrt. Der Elektromagnet
H
ist in einen Nebenschluß zum Haupt- stromkreise geschaltet und besitzt daher, so lange der Lichtbogen seine normale Länge beibehält, also der Widerstand im Hauptstromkreise ein normaler bleibt, nur eine geringe Kraft. Nimmt jedoch in Folge des Abbrennens der Kohlen die Bogenlänge und somit auch der Widerstand im Hauptstromkreise zu, so wächst die Stromstärke im Nebenschlusse. Nun gewinnt der Elektromagnet
H
an Kraft und zieht, wenn dieser stärker geworden ist als jene des Magnetes
C C
, seinerseits den Anker
I
an. Hierdurch läßt der Druck auf das Kautschukrohr
E
nach und es kann Queck- silber aus
A
nach
B B
übertreten, wodurch die Kohle
K'
gehoben wird, bis wieder die ursprüngliche Bogenlänge hergestellt ist, weil dann mit der hierdurch
Fig. 421.
Lampe von Lacassagne-Thiers.
bewirkten Verminderung des Wider- standes im Hauptstromkreise wieder der Elektromagnet
C C
kräftiger geworden ist als
H
und daher der Quecksilber- nachfluß neuerdings gehemmt wird. Die Bewegung der Kohle
K'
ist also durch die Differenzwirkung der beiden Elektro- magnete
C
und
H
geregelt.
Lacassagne und Thiers stellten mit diesem Regulator, der sehr gut functionirte, zahlreiche öffentliche Be- leuchtungsversuche an, so z. B. im Juni 1855 am
Quai de Célestins
in Lyon, im Jahre 1856 in den
Champs-Elysées
in Paris vom
arc de triomphe de l’Etoile
aus u. s. w.
Way
ließ (1856) aus einem Gefäße Quecksilber in einem dünnen Strahle auf einen Kohlenstab herab- fließen, der durch eine Feder dem Abbrennen entsprechend nachgeschoben wurde. Das Quecksilber wurde mit dem einen, die Kohle mit dem andern Leitungsdrahte verbunden. Zwischen den einzelnen Tropfen des discon- tinuirlichen Strahles entstanden kleine Lichtbogen, und das Ganze gab, in einem Glasgefäße eingeschlossen, eine ziemlich gleichförmige Lichtwirkung. Obwohl vielfache Sicherheitsmaßregeln an- gewandt wurden, konnte Way das Entweichen von Quecksilberdämpfen doch nicht ganz ausschließen, ja er selbst wurde schließlich von diesen getödtet.
Mit der Construction einer Lampe von
Serrin
im Jahre 1857 sind wir abermals bei einer Lampe angelangt, die noch gegenwärtig in vielfacher Ver- wendung steht.
Waren somit auch die Lampenconstructionen so weit vervollkommt, daß sie ihrerseits die Verwendung des elektrischen Lichtes für industrielle Zwecke ermöglichten, so standen einer allgemeineren Anwendung doch noch die hohen Kosten der Strom- erzeugung hindernd im Wege. Wir erinnern uns aus der Geschichte der elektrischen Maschinen, daß im Jahre 1857 durch die von W.
Siemens
erfundene Cylinder- Armatur ein bedeutender Fortschritt in Bezug auf die Construction von Elektricitäts- Generatoren angebahnt wurde. Ausschlaggebend für die Zukunft der Maschinen waren jedoch erst die Erfindung des
Pacinotti-Gramme
’schen Ringes und die Auffindung des dynamischen Princips.
Man hatte nun Elektricitäts-Generatoren, welche um einen verhältnißmäßig billigen Preis kräftige elektrische Ströme liefern konnten, und besaß auch hinreichend gut functionirende Lampen. Hiermit hatte das elektrische Licht die Verwendbarkeit für alle jene Zwecke erlangt, bei welchen die Aufgabe zu erfüllen ist, von einem Punkte aus möglichst große und intensive Lichtmengen auszusenden. Eine Maschine konnte zwar ein sehr kräftiges, aber eben nur
ein
Licht erzeugen. Sollte man daher das elektrische Licht nicht nur in einer engbegrenzten Anzahl von Fällen anwenden können, so mußte man Mittel und Wege finden, um den von
einer
Maschine gelieferten Strom zur Speisung mehrerer beliebig vertheilter Lampen derart ver- wenden zu können, daß die einzelnen Lampen voneinander gänzlich unabhängig bleiben: man hatte noch das Problem der
Theilung des elektrischen Lichtes
zu lösen.
Schon
Quirini
und
Deleuil
versuchten im Jahre 1855 zunächst mehrere Lampen hintereinander in den Stromkreis einer Maschine einzuschalten — aber ohne Erfolg. Wenn auch die Maschine hinreichende elektromotorische Kraft für die Erhaltung mehrerer Voltabogen besaß, störten sich doch die einzelnen Lampen unter- einander derart, daß an eine solche Schaltung nicht zu denken war. Sobald nämlich der Regulirungsmechanismus einer Lampe in Folge des Abbrennens der Kohlen oder anderer Ursachen eine Bewegung ausführte, machte sich diese auch in den übrigen Lampen geltend. Das Vergrößern des Lichtbogens in einer Lampe ver- größerte den Widerstand nicht nur in dieser, sondern natürlich im ganzen Strom- kreise; folglich mußten auch alle Lampen durch die hierdurch im ganzen Stromkreise bewirkte Veränderung der Stromintensität beeinflußt werden.
Le Roux
wollte im Jahre 1868 die Theilung des Stromes erreichen, indem er in den Stromkreis ein sogenanntes Vertheilungsrad einschaltete, d. h. ein Rad, welches durch seine Rotation die Stromzuleitung mit verschiedenen Kreisen für die Weiterleitung (z. B. zu den einzelnen Lampen) nacheinander in Verbindung setzt und so den elektrischen Strom bald in den einen, bald in den andern Stromkreis schickt. Erfolgt die Rotation genügend schnell, so erscheint doch das Licht einer Lampe, welche mit derartigen rasch aufeinander folgenden Strömen gespeist wird, constant, weil einerseits die einzelnen Lichteindrücke zu schnell aufeinander folgen, als daß sie vom Auge getrennt wahrgenommen werden könnten, andererseits die äußerst kurze Stromunterbrechung den Kohlen keine Zeit läßt, ihre helle Gluth zu verlieren. In ganz ähnlicher Weise suchte im Jahre 1873
Mersanne
die Licht- theilung zu erreichen; es erzielten jedoch beide keinen praktischen Erfolg.
De Changy
bediente sich der Stromverzweigung im Stromkreise der von ihm benützten Glühlichter, indem er den Hauptstromkreis bei jeder Lampe in zwei Zweige theilte und in den einen Zweig die Lampe und einen Elektromagnet, in den zweiten (die Hauptleitung bildenden Zweig) den Anker des Elektromagnetes ein- schaltete. Anfänglich vertheilt sich hierbei der Strom den respectiven Widerständen entsprechend in beide Zweige, dann zieht aber der Elektromagnet seinen Anker an und unterbricht den Hauptstromkreis. Hierdurch wird der ganze Strom gezwungen, durch die Nebenschließung zu gehen und bringt die Lampe zum Leuchten. Durch das heftige Glühen des Platindrahtes (denn ein solcher war in der Glühlichtlampe verwendet) stieg aber der Widerstand in der Nebenschließung so bedeutend, daß der Magnet in Folge der hiermit verbundenen Stromschwächung seinen Anker nicht mehr halten konnte und deshalb durch Fallenlassen desselben der Hauptstromkreis wieder geschlossen wurde. Mit dieser Theilung des Stromes nahm das Glühen der Lampe wieder ab und mit diesem auch abermals der Widerstand der Nebenschließung; der Anker wurde deshalb neuerdings angezogen u. s. w. In solcher Art erzielte man zwar eine stetige Regulirung, die aber in der Praxis doch keine Anwendung fand, weil Glühlichtlampen mit Platindrähten sich als unbrauchbar erwiesen.
Fig. 422.
Paul Jablochkoff.
Den ersten praktischen Schritt zur Theilung des elektrischen Lichtes machte
Paul Jablochkoff
im Jahre 1876 durch die Erfindung der nach ihm benannten elektrischen Kerze.
Paul Jablochkoff wurde zu Serdobsk im Gouvernement Saratow im Jahre 1847 geboren und erhielt durch seinen Vater, einem Municipalrath und Mitgliede des Generalrathes seiner Provinz, eine sorgfältige Erziehung. Jablochkoff vollendete seine Studien an der Militärgenieschule in Petersburg und verließ diese als Genie- lieutenant. Im Jahre 1871 wurde ihm die Direction der Telegraphenlinien von Moskau nach Kursk übertragen, welche er beiläufig vier Jahre lang versah. Indessen wurde in ihm der Wunsch, sich vollkommen unbehindert seinen Studien und Experi- menten widmen zu können, immer reger. Alle Anerbietungen und Versprechungen waren nicht im Stande, den Mann, dessen hervorragendes Talent man bereits erkannt hatte, auf seinem Posten zu erhalten. Er verließ seinen Dienst und wollte zunächst die Weltausstellung in Philadelphia (1876) besuchen. Seine Reise nach Amerika endete jedoch in Paris, welches er auf der Durchreise kennen lernen wollte. Hier machte er nämlich die Bekanntschaft
Breguet
’s, welcher ihm mit größter Zuvorkommenheit seine Werkstätten zur Verfügung stellte, ihn durch seine Bekannt- schaften in wissenschaftlichen und industriellen Kreisen und überhaupt in jeder Art unterstützte. Dank dieser gastfreundlichen Aufnahme war es Jablochkoff bereits 8 Monate nach seiner Ankunft in Paris gelungen, mit seinen wissenschaftlichen Studien und Experimenten zu einem praktisch verwerthbaren Resultate, der Erfindung der nach ihm bekannten Kerze, zu gelangen.
Die Erfindung der elektrischen Kerze rief eine mächtige Bewegung hervor und bewirkte in kürzester Zeit eine große Verbreitung der elektrischen Beleuchtung. Im Jahre 1881 waren bereits an 4000 Lampen mit Jablochkoff-Kerzen in Betrieb gesetzt. Die Kerze ermöglichte nämlich (wie wir später noch sehen werden) in Folge der Abwesenheit jedes Regulirungsmechanismus das Einschalten mehrerer Kerzen in einem Stromkreise, also die Theilung des elektrischen Lichtes.
Jedoch im selben Maße, als die Kerzen an Verbreitung gewannen, stellten sich auch verschiedene Uebelstände heraus. Um diese zu vermeiden, ging man wieder auf die Regulatorlampen zurück und suchte mit Anwendung dieser das Problem der Lichttheilung zu lösen. Man fand die Lösung in der entsprechenden Anwendung jener Gesetze, welche für die Stromver- zweigungen gelten. (Siehe Seite 200.)
Fig. 423.
Hintereinanderschaltung.
Die einzelnen Theile eines Leiterkreises können, wie wir wissen, in zweifacher Art angeordnet sein, nämlich etweder hintereinander oder nebeneinander; die erste Schaltungsweise bezeichneten wir als Hintereinanderschaltung, die letztere als Parallel- schaltung. Untersuchen wir nun zunächst, in welcher Weise der Strom verzweigt werden muß, um bei Hintereinanderschaltung der Lampen diese voneinander unab- hängig zu machen.
Der Stromkreis
S S
(Fig. 423) theilt sich bei
a
in zwei Zweige, die sich bei
b
wieder vereinigen und bei
c
nochmals in zwei Zweige, die sich bei
d
wieder vereinigen. Bei dieser Anordnung müssen sich die Stromstärken in den Zweigen
S
1
und
S
4
umgekehrt so verhalten, wie die Widerstände dieser Zweige, und die Summe der Stromstärken in beiden Zweigen wird gleich sein der Stromstärke im unge- theilten Leiter
S
; dasselbe gilt natürlich auch für die Verzweigung
S
2
S
3
oder eine 3., 4. … derartige Verzweigung. Schaltet man nun in diesen Stromkreis Lampen derart ein, daß ihre Kohlen in
S
1
, respective
S
3
kommen, ihr Regulirungs- mechanismus aber von
S
4
, beziehungsweise
S
2
in Bewegung gesetzt wird, so ist hiermit die Lichttheilung durch Stromverzweigung gelöst, denn jetzt functionirt das System folgendermaßen: Der Strom theilt sich bei
a
in zwei Theile, deren weitaus größerer durch
S
1
geht, weil hier, so lange sich die beiden Kohlen berühren, der Widerstand ein geringer ist, in
S
4
aber eine Drahtspirale von hohem Widerstande sich befindet. Nun gehen die Kohlen auseinander und es bildet sich der Lichtbogen; dadurch wird der Widerstand in
S
1
vergrößert und erreicht durch das fortgesetzte Abbrennen der Kohlen endlich eine Höhe, die jene in der Spirale des Regulirungs- mechanismus überragt. Es wird daher jetzt in
S
4
der stärkere, in
S
1
der schwächere Stromantheil durchfließen und ersterer Umstand bewirken, daß der Regulirungs- mechanismus in Thätigkeit kommt, d. h. es werden die Kohlen wieder einander genähert werden.
Wie aus dieser Betrachtung ersichtlich, erfolgt die Regulirung der Lampe innerhalb der Punkte
a
und
b
und die Stromstärken wechseln auch nur in den Zweigen zwischen diesen Punkten. Die Stromstärke in der ungetheilten Leitung bleibt aber unverändert; wenn deshalb zwischen
c
und
d
eine zweite Lampe ein- geschaltet wird, ist dieselbe von den Regulirungen und damit verbundenen Strom- schwankungen in der ersten Lampe vollkommen unabhängig.
Eine, und zwar die erste, unter Anwendung dieses Principes construirte Lampe haben wir bereits kennen gelernt; es ist dies die Lampe von
Lacassagne
und
Thiers
. Da jedoch diese Lampe von ihren Erfindern weder als Lampe für
Theilungslicht
construirt, noch als solche angewandt wurde, gebührt
Tschikoleff
Fig. 424.
Parallelschaltung.
die Priorität in Bezug auf die Lösung des Problems der Lichttheilung durch entsprechende Construction einer weiter unten zu beschrei- benden Regulatorlampe. Tschikoleff’s Lampe stand bereits im Jahre 1877 in Verwendung.
Siemens
zeigte schon auf der Wiener Weltausstellung im Jahre 1873 eine Lampe mit Nebenschluß und ihm gelang es auch zuerst, Lampen für Theilungslicht, nämlich die durch v.
Hefner-Alteneck
construirten Differentiallampen, in ausgedehntem Maße zur praktischen Verwendung zu bringen; das diesbezügliche Patent wurde im Jahre 1879 genommen. Die Beschreibung dieser und nachher erfundener Lampen wird einen nachfolgenden Abschnitt bilden.
Die oben angegebene Stromführung und Verzweigung ist die gegenwärtig fast bei allen Theilungslichtern mit Voltabogen in Gebrauch stehende. Bei Glüh- lichtern bedient man sich jedoch der Parallelschaltung, wie diese durch das Schema, Fig. 424 (oder Fig. 112, 113, Seite 200) angedeutet ist. Diese Schaltungsweise unterscheidet sich von der Hintereinanderschaltung im Wesentlichen dadurch, daß bei letzterer der Strom die verschiedenen Lampen stets zeitlich
nacheinander
durchlauft, während bei der Parallelschaltung sämmtliche Zweige, beziehungsweise Lampen
gleichzeitig
passirt werden. In welcher Weise bei parallel geschalteten Glüh- lichtern die Stromtheilung erreicht wurde, haben wir bereits gesehen und als beste Methode die der Anwendung von Compound-Maschinen erkannt. Es erübrigt uns noch, einige Worte über die Erfindung der Glühlichtlampe beizufügen.
Wenngleich es erst in jüngster Zeit gelungen ist, Glühlichter in solcher Form und mit solchen Eigenschaften herzustellen, daß eine praktische Verwerthung in aus- gedehntem Maße rationell erscheint, so reichen doch die diesbezüglichen Versuche ziemlich weit zurück. Schon im Jahre 1838 machte
Jobart
in Brüssel den Vorschlag, eine kleine Kohle in einem luftleeren Gefäße als Leiter für den Strom zu benützen und diese Vorrichtung dann als Lampe zu gebrauchen. Im Jahre 1841 ließ sich F.
Moleyns
in Cheltenham ein Patent auf eine Lampe geben, welche darauf beruhte, daß auf eine durch den Strom zum Glühen gebrachte Platinspirale feines Kohlenpulver fiel. Jobart’s Schüler
de Changy
nahm die Idee seines Lehrers im Jahre 1844 wieder auf und construirte eine Lampe mit einem Stäbchen aus Retortenkohle. Ebenso benützte
Starr
(Patent King) im Jahre 1845 ein glühendes Kohlenstäbchen im Vacuum. In dem betreffenden Patente heißt es: „Die Erfindung beruht auf der Anwendung metallischer Leiter oder Kohlenstäbe, die durch den Durchgang eines elektrischen Stromes zum Weißglühen gebracht werden.“ Ferner: „Wenn man Kohle anwendet, ist es zweckmäßig, selbe, wegen ihrer Verwandtschaft zum Sauerstoff der Luft, von der Luft und Feuchtigkeit abzu- schließen.“ Nach Starr’s Angabe wird dies am besten erreicht durch Herstellung einer Baro- meterleere in dem Lampengefäße. Im Jahre 1846 construirten
Greener
und
Staite
eine der King’schen ähnliche Lampe und gaben an, daß es zweckmäßig sei, die Kohlen vor ihrem Ge- brauche durch Salpetersäure zu reinigen.
Im Jahre 1849 schlug
Petrie
vor, an Stelle des Platins Irridium zu verwenden, und im Jahre 1858 nahm
Changy
sein erstes Patent auf eine Glühlichtlampe mit Platindraht und die Theilung des elektrischen Lichtes in der auf Seite 605 bereits angedeuteten Weise.
Du Moncel
erhielt bei seinen Versuchen mit dem Ruhmkorff’schen Inductionsapparate im Jahre 1859 die schönsten Glüheffecte mit Kohlen- filamenten aus Kork, Schafleder u. s. w.
Der russiche Physiker
Lodyguine
benützte im Jahre 1873 zu seiner Lampe Kohlenstäbe, welchen er an jenen Stellen, an welchen sie glühen sollten, einen geringen Querschnitt gab. Je zwei solcher Kohlenstäbe wurden in ein hermetisch verschließbares Glas gebracht und mit einem Stromwechsler so verbunden, daß nach Zerstörung eines Stabes der zweite ein- geschaltet werden konnte.
Fig. 425.
Lampe von Konn.
Konn
ließ sich im Jahre 1875 die in Fig. 425 dargestellte Lampe patentiren. Auf dem kupfernen Sockel
A
ist eine oben erweiterte Glasröhre durch die Schraube
L
und einige zwischengelegte Kautschukringe luftdicht aufgesetzt. Auf
A
sind zwei Kupferröhren befestigt, deren eine
D
an ihrem oberen Ende die Platte
G
trägt, während in der zweiten sich der Stab
C
verschieben läßt; letzterer trägt die Scheibe
F
und den federnden Deckel
J
und ist vom Sockel der Lampe nicht isolirt. Die Röhre
D
ist hingegen isolirt und steht mit der gleichfalls isolirten Klemm- schraube
N
in leitender Verbindung. Bei
K
befindet sich ein Ventil, welches sich nur nach außen öffnen kann. Zwischen den kreisförmigen Platten
F
und
G
sind 5 Hülsenpaare
O
befestigt, von welchen jedes einen Kohlenstab
E
trägt. Die oberen
Urbanitzky
: Elektricität. 39
Enden der letzteren sind ungleich lang, so daß die Platte
J
immer nur auf einem Stabe aufruhen kann. Vor dem Gebrauche der Lampe wird das Gefäß möglichst luftleer gemacht.
Der Strom tritt durch die Klemme
N
ein, gelangt durch
D
und
G
in einen Kohlenstab
E
, fließt dann durch
J
und
C
in den Sockel
A
, von welchem er durch eine zweite Klemme (in der Figur nicht gezeichnet) die Lampe verläßt. Der Kohlenstab wird hierdurch weißglühend und giebt ein ruhiges, weißes Licht. Hat sich durch Verbrennen der Kohle der Querschnitt so weit verringert, daß das Stäbchen bricht, so fällt die Scheibe
J
auf das nächst längste Stäbchen und schaltet dadurch dieses in den Stromkreis ein. Um das Herabfallen glühender Kohlenstückchen auf das Glas zu vermeiden, ist unten der Kupfercylinder
M
angebracht.
In ähnlicher Weise construirte auch der russische Officier
Bouliguine
im Jahre 1876 eine Lampe, die es aber ebenso wie die vorhergehende zu keinem praktischen Erfolge brachte.
In den Jahren 1877 bis 1880 erhielten endlich die Glühlichtlampen durch
Swan, Maxim, Lane-Fox
und
Edison
jene Form, in der wir sie gegenwärtig bereits vielfach in praktischer Verwendung sehen. Bahnbrechend für diese Beleuch- tungsart wurde namentlich Edison, als er bei der Pariser Ausstellung im Jahre 1881 bereits mit einem bis in die kleinsten Details ausgebildeten Beleuchtungs- systeme auftrat.
Thomas Alva Edison
wurde am 10. Februar 1847 zu Milan im Staate Ohio geboren und verlebte seine Kindheit in der Stadt Port Huron (in Michigan). Sein Vater, holländischer Abstammung, ein mit 76 Jahren noch rüstiger und gesunder Mann, war der Reihe nach Schneider, Baumgärtner, Kornhändler u. s. w., konnte es aber trotz seiner Intelligenz und Energie zu keinem ausreichenden Einkommen oder zur Wohlhabenheit bringen. Edison’s ganze Erziehung war daher auf die Lectionen beschränkt, welche er von seiner Mutter erhielt, die nach dem Muster vieler junger Amerikanerinnen vor ihrer Verheiratung eine Elementarschule geleitet hatte. So lernte Edison Lesen, Schreiben und Rechnen; alles Uebrige eignete er sich durch eigenes Studium ohne jedwede Beihilfe, ohne jede Unterstützung selbst an. Schon in seinen Knabenjahren zeichnete er sich durch eine wahre Lefewuth aus und las ohne jede Wahl Bücher, Zeitungen, Broschüren, wie sie ihm eben in die Hand geriethen.
Indessen fiel Edison’s Eltern in ihrer dürftigen Wohnung die Erhaltung eines unnützen Essers zur Last und so wurde beschlossen, den nun 12jährigen Edison, welcher von seinem Vater mit der Energie und Lebhaftigkeit des Geistes auch dessen gesunde, robuste Natur geerbt hatte, seine eigene Kraft versuchen zu lassen. Und so kam er als
„train boy”
zur Eisenbahnlinie von Canada und Centralmichigan; hier fuhr er mit dem Zuge von einem Ende zum andern und hatte hierbei den Reisenden Zeitungen, illustrirte Journale, auch Früchte, Bäckereien, Cigarren ꝛc. anzubieten. In wenigen Tagen war Edison mit seinem Geschäfte vollkommen vertraut, verschaffte sich verschiedene Begünstigungen und erleichterte sich schließlich die Arbeit dadurch, daß er mehrere Jungen seines Alters engagirte und diesen an seiner Stelle das Anbieten der Waaren anvertraute. Er selbst aber saß in seinem Gepäckswagen und las eifrig in jenen Büchern, welche er sich von seinem Verdienste kaufte. Hier war es, wo er auch die Anleitung zur qualitativen Analyse von R. Fresenius in die Hand bekam und durchstudirte. Er gab sich jedoch hiermit nicht zufrieden. Trotz der vielen und mannigfachen Schwierigkeiten fand er, dank seiner eisernen Willenskraft, Mittel, sich in seinem Gepäckswagen ein förmliches Laboratorium einzurichten, in welchem er während seiner Fahrten mit regstem Eifer experimentirte.
Charakteristisch für Edison’s Vielseitigkeit ist Nachstehendes. Edison kam einst in das Atelier der
„Detroit Free Press”,
als eben abgenützte Typen zu billigen Preisen verkauft wurden. Er erstand sie und noch die nothwendigsten Utensilien dazu, und wenige Tage darauf veröffentlichte er den
„Grand Trunk Herald”,
von welchem er Redacteur, Factor, Corrector ꝛc. war, und lieferte diesen den Reisenden seines Zuges. Dieses Unternehmen fand jedoch ein jähes Ende. Unglück-
Fig. 426.
Th. A. Edison.
licherweise fiel nämlich eines Tages ein Fläschchen Phosphor, herrührend von seinen chemischen Experimenten, herab und verursachte Feuer im Gepäckswagen. Der Zugs- führer hatte dieses wohl sofort bemerkt und mit Edison’s Hilfe gelöscht, warf aber dann zur Vermeidung einer Wiederholung Edison’s gesammtes Material zum Wagen hinaus.
Nicht besser gelang ihm ein zweiter journalistischer Versuch, der mit einer Zeitschrift unter dem Titel
„Paul Pry”
in Port Huron gemacht wurde. Jeder Mitarbeiter war hierzu willkommen, wenn er kein Honorar beanspruchte; dieses Blatt, dessen Artikel von ihren Verfassern nicht unterschrieben wurden, griff
39*
rücksichtslos Personen und Sachen, öffentliche und private Institutionen an. Dies hatte zur Folge, daß eines schönen Tages ein Einwohner, auf welchen besonders heftige Angriffe gemacht worden waren, den ihm begegnenden Edison beim Kragen packte und ohne weitere Umstände in’s Wasser warf. Edison schwamm allerdings wieder heraus, aber
„Paul Pry”
erschien nicht mehr.
Bezeichnend für Edison’s Lernbegierde sind folgende Züge. In Detroit, wo sein Train stets einen mehrstündigen Aufenthalt hatte, hielt er sich während dieser Zeit immer in einer Bibliothek auf; er hatte den Vorsatz gefaßt, sämmtliche Bücher von der ersten bis zur letzten Nummer der Reihe nach auszulesen. Er hätte diesen Vorsatz sicher auch ausgeführt, wenn sich nicht der Bibliothekar für den jungen Mann interessirt und ihn darauf aufmerksam gemacht hätte, daß es zweckmäßiger sei, die zu lesenden Bücher ihrem Inhalte nach auszuwählen. War Edison in Port Huron, wo ihm keine Bücher zur Verfügung standen, so beschäftigte er sich damit, Elemente und Telegraphen-Apparate zusammenzustellen, Leitungen auszuführen und überhaupt zu experimentiren, so gut es seine beschränkten Mittel gestatteten. Wie sehr Edison mit seiner Zeit geizte, zeigt die originelle, wenn auch vielleicht nicht sehr empfehlenswerthe Art, die 20 Minuten zu gewinnen, welche er anfäng- lich durch den Weg vom Bahnhofe bis nach Hause verlor. Er errichtete nämlich an der Rückseite des Wohnhauses, welches am Bahndamme stand, einen großen Sandhaufen und sprang dann immer, während der Zug in voller Fahrt war, auf diesen herab.
Die Rettung eines Kindes vom sicheren Tode wurde zu einem Wendepunkte in Edison’s Leben. Dies ging so zu: Edison stand am Perron des Bahnhofes von Port Clement, als er ein kleines Kind spielend auf den Schienen bemerkte, während der im vollen Laufe befindliche Zug nur mehr circa fünf Meter weit entfernt war. Ohne sich lange zu besinnen, sprang Edison quer über die Schienen, im Sprunge das Kind erfassend. Die Puffer der Locomotive streiften ihn bereits, doch fiel er, ohne sich zu beschädigen, auf der anderen Seite des Schienenstranges mit dem geretteten Kinde nieder. Aus Dankbarkeit für die Rettung seines Kindes unterrichtete der Vater desselben (der Stationschef von Port Clement) Edison systematisch in der Tele- graphie. Letzterer gab nun sein Geschäft als
„train boy”
definitiv auf und widmete sich ganz der Telegraphie. Hierin hatte er nicht nur bald seine sämmtlichen Collegen weit überholt, sondern machte Erfindungen über Erfindungen. Es ist hier einerseits nicht der Ort und würde andererseits zu weit führen, sie alle aufzuzählen; es sei nur erwähnt, daß Edison im Jahre 1881 auf Verbesserungen des Morse-Apparates allein 36 Privilegien besaß; die Ausbeutung seiner Erfindungen gewährte ihm bald reichliche Mittel. Er gab den Telegraphendienst auf und richtete sich in Menlo Park, einige Kilometer von New-York entfernt, ein großes Laboratorium ein, aus welchem seine großen Erfindungen, wie z. B. der Phonograph, hervorgingen.
Edison dachte nicht daran, sich zu verehlichen, als ihm einst zu Newark, wo er eine Fabrik einrichtete, das sanfte und liebe Gesicht einer dort beschäftigten Arbeiterin, Namens Marie Stillwell, auffiel und sich ihm einprägte. Kurz ent- schlossen, stellte er dem jungen Mädchen, ohne Umschweife zu machen, den Antrag, es zu seiner Frau zu nehmen und nicht lange darauf fand die Trauung statt. Es erübrigt, zur Vollendung von Edison’s Charakterbild noch mitzutheilen, daß er als zärtlicher Vater und Muster eines Ehegatten gilt. An Sonntagen, die ausschließlich dem Familienleben gewidmet sind, ist bei Edison jedes wissenschaftliche oder geschäftliche Gespräch verpönt.
Edison’s Leistungen sind wir bereits wiederholt begegnet und werden auch fernerhin noch Gelegenheit haben, sie zu besprechen. Wir haben nun auch in Bezug auf das Glühlicht den actuellen Stand erreicht und wollen uns daher jetzt den gebräuchlichen Lampen selbst zuwenden.
Lampen für elektrisches Licht.
Zur Erzeugung des elektrischen Lichtes sind gegenwärtig zwei Methoden in Anwendung. Die eine bedient sich des Voltabogens, die andere benützt die Eigen- schaft des elektrischen Stromes, Körper von hohem Leitungswiderstande (in der Regel Kohle) zur heftigen Weißgluth zu erhitzen. Das Licht Geißler’scher Röhren, das Phosphorescenzlicht und der Inductionsfunke haben es zu keiner irgendwie nennenswerthen praktischen Anwendung gebracht. Jedoch entsteht das elektrische Licht jederzeit, auf welche Art es auch immer erzeugt werden möge, dadurch, daß elek- trische Energie in Wärme umgewandelt wird. Die Gesetze, nach welchen diese Umwandlung stattfindet, haben wir bereits kennen gelernt (Seite 227 u. f.). Nach diesen hat man bei Anwendung der Elektricität zur Lichterzeugung die Widerstände im Schließungsbogen derart zu vertheilen, daß der Strom in den Lampen auf den größten Widerstand stößt, in den übrigen Theilen des Stromkreises aber möglichst geringe Widerstände zu überwinden hat. Dann wird auch in den Lampen der elektrische Strom möglichst vollständig in Wärme, beziehungsweise Licht umgesetzt und werden Stromverluste durch Erwärmung der Leitungsdrähte u. s. w. vermieden.
Die theoretischen Principien sind in folgende praktische Formen gebracht worden: 1. Man setzt an jener Stelle des Stromkreises, an welcher man Licht erzeugen will, einen Leiter von großem Leitungswiderstande ein, der von dem durchfließenden Strome derart erhitzt wird, daß er in helle Weißgluth kommt. 2. Man unterbricht an der gewünschten Stelle den Stromkreis und bringt die beiden Enden desselben, von welchen eines immer ein Kohlenstäbchen ist, nur zu loser Berührung; dieser Umstand und der geringe Querschnitt des Kohlenstäbchens schafft dem Stromdurchgange an der Berührungsstelle beider Enden gleichfalls ein bedeutendes Hinderniß. Ist der Kohlenstab mit dem positiven Pole der Elek- tricitätsquelle in Verbindung, so kommt er an der Berührungsstelle mit dem zweiten Ende des Stromkreises in lebhaftes Glühen und verbrennt unter starker Lichtentwicklung. 3. Man bedient sich zur Lichterzeugung des Voltabogens. Wie dieser entsteht, sein Verhalten, seine Eigenschaften u. s. w. sind bereits besprochen worden (Seite 236 u. f.).
Da alle Lampen, so mannigfach auch ihre Constructionen sein mögen, auf einer der angegebenen Arten der Lichterzeugung beruhen, so lassen sie sich in nachstehende Gruppen bringen. Die erste Gruppe umfaßt alle jene Lampen, bei welchen im ununterbrochenen Stromkreise ein schlechter Leiter zum Glühen erhitzt wird und dadurch Licht aussendet, während bei der zweiten Gruppe an der Berührungs- stelle zweier Elektroden durch deren unvollkommenen Contact ein großer Widerstand dem Strome entgegengesetzt wird, welcher dann die Ursache des Glühens und Leuchtens bildet; das Licht setzt sich dabei zusammen aus dem Glühen des Kohlen- stückes und aus sehr kleinen Voltabogen, die zwischen den Unebenheiten der sich berührenden Elektroden auftreten. Jene Lampen, welche sich des Voltabogens bedienen, kann man in drei Gruppen eintheilen, welche sich dadurch voneinander unterscheiden, daß bei der ersten dieser drei Gruppen die Entfernung der Kohlen- spitzen während der ganzen Dauer des Voltabogens ununterbrochen durch irgend eine Vorrichtung der jeweiligen Stromstärke entsprechend regulirt wird, während bei den beiden übrigen Gruppen die Entfernung der beiden Kohlenspitzen von- einander unverändert bleibt, so lange der Bogen glüht. Die Constanz der Licht- bogenlänge ist, wie sich Uppenborn sehr treffend ausdrückt, durch die
geometrische Construction
der Lampe bewirkt. Die beiden letzten Gruppen unterscheiden sich untereinander nur durch die Anordnung der Kohlen, indem diese bei der einen parallel nebeneinander, bei der andern jedoch gegeneinander geneigt verwendet werden.
Die fünf Gruppen sind demnach:
1.
Glühlicht- oder Incandescenzlampen
: Das Licht kommt durch Glühen eines schlechten Leiters im ununterbrochenen Stromkreise zu Stande; dieser Leiter ist keiner regelmäßigen Verbrennung unterworfen.
2.
Halbglühlicht- oder Halbincandescenzlampen
: Das Licht entsteht an der Berührungsstelle zweier Leiter; einer derselben verbrennt mehr oder weniger rasch.
3.
Regulatorlampen
: Das Licht wird durch den Voltabogen gebildet und die Entfernung der Kohlenspitzen beständig der Stromstärke entsprechend regulirt.
4.
Elektrische Kerzen
: Das Licht wird ebenfalls durch den Voltabogen gebildet, aber die Entfernung der Kohlenspitzen voneinander während der ganzen Dauer des Brennens nicht geändert; die Kohlen stehen parallel nebeneinander.
5.
Lampen mit gegeneinander geneigten Kohlen
: Das Licht wird in derselben Art erzeugt und die Lichtbogenlänge in derselben Art constant erhalten wie in der Gruppe 4, aber die Kohlen sind gegeneinander geneigt.
1. Gruppe. Glühlicht oder Incandescenzlampen.
Die erste Glühlichtlampe, welche
Th. A. Edison
construirte, war eine Lampe mit Platindraht, ähnlich der von de Changy erfundenen; darauf untersuchte er eine ausgedehnte Reihe von metallischen und vegetabilischen Stoffen und nahm schließlich als definitives Material die Bambusfaser an. Durch Maschinen wird das Bambus entschält, in Fasern getheilt und diesen die entsprechende Form mit einer bewunderungswürdigen Regelmäßigkeit gegeben. Sie sind etwa 1 Millimeter breit, 12 Centimeter lang und werden in die Gestalt eines
U
gebracht.
Dann werden diese Bambusbögen in Eisenformen von entsprechender Gestalt sorgfältig eingeschlossen und zu Tausenden in einen Ofen eingesetzt; die Verkohlung ist rasch beendet, und wenn man die Formen, nachdem sie erkaltet sind, öffnet, findet man an Stelle der Bambusfasern einen Faden vegetabilischer Kohle von hinreichender Feinheit, Härte und Festigkeit. Der Kohlenbügel wird hierauf an Platindrähten befestigt und diese sorgfältig in ein Glasgefäß von der Form einer Birne eingeschmolzen (Fig 427). Zum Auspumpen der Luft aus der Birne hat
Edison
anfangs Quecksilberluftpumpen nach
Geißler
oder
Sprengel
angewandt; da diese aber in ihrer damaligen Form für ein fabriksmäßiges Arbeiten nicht geeignet waren und auch die hierbei sich entwickelnden Quecksilberdämpfe lästig wurden, hat sie Edison derartig modificirt, daß sie jetzt weit über 500 an der Zahl (im Menlo-Park) regelmäßig die Glasgefäße evacuiren. Während des Auspumpens wird durch die Kohlenbügel ein elektrischer Strom gesandt, der den Zweck hat, durch Erwärmen der Kohlen die von diesen absorbirten Gase auszu- treiben, was zur Festigkeit der Kohlenfäden unbedingt erforderlich ist.
Der Lampenhals wird durch einen in denselben hineinragenden und mit ihm zusammengeschmolzenen Glasstöpsel gegen das Eindringen von Luft hermetisch abgedichtet, indem letzterer ein Rohr bildet, welches an dem oberen Ende durch einen Glasboden geschlossen, an dem unteren hingegen zu einem Wulst ausgebaucht ist; mit diesem ist die cylindrische Lampenöffnung verschmolzen. Die Einfügung der beiden Metalldrähte in die noch flüssige Glasmasse des Stöpselbodens gehört zu den schwierigsten Theilen der Fabrication, da es wesentlich darauf ankommt, daß Temperaturveränderungen die Drähte nicht lockern und dadurch zu undichten Stellen Veranlassung geben. Edison benützt deshalb Platin, dessen Ausdehnungs- Co
ë
fficient dem Glase nahekommt. Damit zu hohe Temperaturen die mit den Platindrähten durch galvanische Verkupferung ver- bundenen Kohlenfasern an den Verbindungsstellen nicht ab- schmelzen, werden die Fasern an ihren Enden in solchem Masse verstärkt, daß der Widerstand für den Strom daselbst nur gering ist. Die freien Enden der Platindrähte werden mit den Kupfergarnituren
D
und
E
verbunden, welche durch Gypsfüllung voneinander isolirt sind.
Die Fig. 428 und 429 veranschaulichen Fassung und Sockel der Lampe in Längs- und Querschnitten, erstere mit Messinggarnituren ausgestattet, von denen
F
das Mutter- gewinde der an der Lampe angebrachten Schraube,
C
den Boden bildet. Beide sind mit Leitungsdrähten versehen und durch eine Scheibe
L
aus einer isolirenden Masse getrennt, deren Aufgabe, wie die des Holzringes
M
, darin besteht, die benachbarten Metallflächen zu isoliren.
Mit dem Einschrauben der Lampe in die Fassung entsteht zwischen Schraubengewinde
E
und Mutter
F
sowie den Platten
C
und
D
gleichzeitiger Contact. Innerhalb der zwei- theiligen, mit Messingblech bekleideten Holzfassung wird die Leitung durch Berührung zweier aufeinander geschraubter Plattenpaare
B
,
I
und
A
,
K
hergestellt. An erstere sind die
Fig. 427.
Edison-Lampe.
von den Garnituren
C
und
F
ausgehenden Drähte gelöthet, bei letzteren werden die Leitungsdrähte mit Schrauben gegen die Platten
A
und
K
gepreßt. Die Be- festigung der Fassungen an Wandarmen und Kronleuchtern, in deren Röhren man die Leitungsdrähte legt, geschieht, wie aus der Fig. 428 ersichtlich, durch Einschrauben des mit einem Gasgewinde versehenen Rohrendes.
Die Fig. 428 und 429 stellen zugleich die sinnreiche Vorrichtung zum Anzünden und Auslöschen der Lampen durch die bei Gasbeleuchtungs-Gegenständen übliche Hahndrehung dar, zu welchem Zwecke der von der Garnitur
F
ausgehende Draht nicht direct zur Platte
I
geführt, sondern in der Mitte unterbrochen wird, so daß eine Hälfte von
F
mit
G
, die andere
H
mit
I
communicirt. Da die beiden Platten- hälften
G
und
H
voneinander isolirt sind, muß beim Anzünden der Lampe ein Contact zwischen ihnen hergestellt werden, der dem Strome den Uebergang gestattet und durch dessen Unterbrechung das Licht wieder erlischt. Um dies zu ermöglichen, sind die Löcher der Platten
G
und
H
innen versenkt, so daß der in der Axe dieser Höhlung bewegliche, geschlitzte und in einen Conus endigende Zapfen
A
in der trichterförmigen Oeffnung sich genau anschmiegen kann, in welchem Bestreben er durch die in dem Schlitze angebrachte Druckfeder zur erhöhten Sicherheit des Con- tactes noch unterstützt wird. Um durch die Drehung des Hahnes nach beiden Rich- tungen eine axiale Bewegung zu erhalten, ist an dem Zapfen ein Zahn befestigt, dessen Kopf in einer schraubenartigen Coulisse geführt wird. Es ist aus der Zeichnung leicht ersichtlich, daß durch die Drehung des Hahnes in dem einen oder andern Sinne der Conus in die Platten
H
und
G
hineingezogen wird und den Strom
Fig. 428.
Edison-Lampe.
Fig. 429.
Edison-Hahn.
schließt oder aus demselben heraustritt und die Leitung unterbricht. Wenn der Conus den Contact zwischen den Platten
G
und
H
hergestellt hat, tritt der Strom (Fig. 428) durch den Zuleitungsdraht in die Scheibe
A
, von dieser durch
B
zur Bodenplatte
C
der Fassung, hierauf durch den Contact mit der Scheibe
D
in die Lampe, in welcher er nacheinander den von letzterer ausgehenden Platindraht und die Kohlenfaser durchfließt, um durch den anderen Platindraht zur Garnitur
E
zurückzukehren, deren Schraubengewinde ihm den Wiedereintritt in die Fassung durch die Mutter gestattet. Mittelst des an letztere gelötheten Drahtes gelangt der Strom nunmehr zur Scheibenhälfte
G
und über den Conus zur Hälfte
H
, die er durch den Draht
H I
und die Platte
K
mittelst des Ableitungsdrahtes verläßt.
Nachstehend sind für die bis jetzt eingeführten Lampen die Lichtstärken, Wider- stände und die für den Betrieb erforderliche elektromotorische Kraft angegeben.
Fig. 430.
Wandarm mit Edison-Lampe.
Fig. 431.
Wandarmgelenk.
Der in Fig. 430 dargestellte Wandarm hat bei
A, B
und
C
Gelenke; Fig. 431 zeigt die innere Einrichtung der Gelenke
A
und
B.
Die Leitungsdrähte dringen auf der rechten Seite in die Kammer ein und sind an zwei voneinander isolirten Metallstücken befestigt; diese schleifen auf zwei Metallscheiben, die gleichfalls voneinander isolirt, am verticalen Theile des Knierohres aufgesetzt sind und sich mit diesem drehen. Jede der Scheiben des Cylinders ist mit einem Leitungsdrahte verbunden, der dann in der Röhre fortlauft. Bei
C
befindet sich überdies noch ein Hahn von der bereits beschriebenen Construction.
Ein Stück des Drahtes in der Hahnkapsel ist aus Blei; es hat dies den Zweck, bei etwaigem Anwachsen des Stromes in der Leitung über jene Stärke, welche für die Lampe geeignet ist, diese gegen Beschädigung (Zerstörung des Kohlen- bügels) zu schützen. Der Durchmesser des Bleidrahtes ist nämlich so bemessen, daß der Draht sich bis zum Schmelzen erwärmt und auf diese Weise den Strom eben dann unterbricht, wenn letzterer eine gefährliche Stärke anzunehmen droht.
Edison
ging noch weiter; er construirte auch einen Regulator in der Lampe selbst, welcher erlaubt, die Lichtstärke ganz nach Belieben herzustellen. Fig. 432 zeigt eine transportable Lampe und Fig. 433 den Regulator. Dieser ist eine Art Kohlenrheostat, zusammengesetzt aus Kohlenstiften von verschiedenem Durchmesser, also, da die Länge und die Substanz dieselbe ist, von verschiedenem Widerstande. Durch Einschalten des einen oder andern Stiftes in den Stromkreis erhält man
Fig. 432.
Fig. 433.
Tragbare Lampe und Intensitätsregulator.
die gewünschte Intensität. Um zu große Erwärmung zu verhindern, ist der Cylinder, welcher den Apparat einschließt, mit Oeffnungen für die Luftcirculation versehen. Die Regulirung wird durch Drehen einer Scheibe (unterhalb der Fig. 433 separat gezeichnet) bewirkt, wodurch der Contact mit dem einen oder andern Kohlenstabe hergestellt wird. Ein Index an der Scheibe und eine Eintheilung am unteren Rande des Cylinders zeigen den Grad der Intensität der Lampe für die Einschaltung jedes Kohlenstabes an.
Fig. 434 stellt das Modell einer Lampe dar, wie es zur Anwendung in Bergwerken construirt wurde. Bei diesem Modelle ist die Lampe in ein Gefäß eingeschlossen, welches mit Wasser gefüllt wird. Die Verbindung der Zuleitungsdrähte mit der Lampe ist so angeordnet, daß die Berührungspunkte mit Wasser bedeckt sind, daher jede Gefahr einer Entzündung schlagender Wetter durch die Lampe aus- geschlossen erscheint.
Allerdings kann aber die zweite Gefahr der schlagenden Wetter, die der Erstickung, hiermit nicht beseitigt werden, ja diese wird im Gegentheile durch Anwendung der beschriebenen oder ähnlicher Lampen erhöht, da derlei Lampen die Bildung schlagender Wetter nicht anzeigen können, wie dies die gewöhnlichen Grubenlampen durch düsteres Brennen thun. Bei der Davy’schen Sicherheitslampe explodirt bekanntlich das Gasgemenge, wenn es bereits die richtige Mischung hat, nur innerhalb des Drahtgeflechtes der Lampe, wobei deren Flamme erlischt.
Wie man aus dem Vorhergehenden ersehen kann, ist Edison’s Lampe bis in die kleinsten Details durchdacht und ausgebildet, so daß sie mit den Vorzügen der elektrischen Beleuchtung die Bequemlichkeiten der Gasbeleuchtung verbindet, ohne deren Uebelstände und Gefahren zu besitzen.
Was die Dauerhaftigkeit der Lampen, beziehungsweise der Kohlen- bügel betrifft, so wird für 800 Brennstunden garantirt. Dann ist die Lampe allerdings unbrauchbar; aber wenn man bedenkt, daß ihr Preis ein sehr niedriger ist, hat dies auf ihre praktische Verwend- barkeit keinen Einfluß. Die Regu- latorlampen und noch mehr die Kerzen verzehren ja auch während ihrer Benützung fortwährend Kohle, die bezahlt werden muß, und bei Beleuchtung anderer Art müssen ebenfalls die Glascylinder, Kugeln ꝛc. häufig erneuert werden.
Swan
gebührt ein wesent- liches Verdienst an der Ausbildung und Vervollkommnung der Glüh- lichtlampen und der Herstellung derselben in einer Art, die diese
Fig. 434.
Edison’s Grubenlampe.
Lampen für die ausgedehnteste Verwendung brauchbar machten. Schon lange vor Edison hat sich Swan mit Studien und Experimenten befaßt, um ein passendes Verfahren zur Herstellung fester und dauerhafter Kohlenbügel zu finden. Er erkannte, daß die Hauptfehler früherer Versuche darin bestanden, daß sowohl auf ein sorgfältiges Auspumpen der Luft aus dem den Kohlenbügel einschließenden Glas- gefäße, als auch auf möglichste Verminderung des Widerstandes an Stellen, wo der Kohlenfaden an den Zuleitungsdrähten befestigt ist, zu wenig Rücksicht genommen wurde. War letzteres sehr häufig die Ursache, daß nach kurzem Gebrauche die Kohle sich von ihren Trägern trennte, so war das schlechte Auspumpen Ursache der stetigen Abnahme des Kohlenbügels und Niederschlagens von Kohle an den Glas- wänden. Swan fand, daß ein möglichst vollkommenes Entfernen der Luft aus dem Glasgefäße nur dann gelingt, wenn während des Auspumpens der Kohlenbügel zum Glühen erhitzt und so gezwungen wird, die von ihm absorbirten Gase auszuhauchen.
Das gegenwärtig gebräuchliche Modell der Swan-Lampe ist in Fig. 435 abgebildet. Die als Träger für die Kohle dienenden Platindrähte sind voneinander isolirt in ein mit dem unteren Ende des Glasgefäßes verschmolzenes Glassäulchen mit großer Sorgfalt eingeschmolzen, und endigen nach außen in zwei Platinschlingen. Der Anschlußtheil zum Befestigen der Lampe an dem Beleuchtungskörper besteht aus einem Stück Hartgummi, welches unten ein Gasgewinde trägt, so daß es in jeden Gasarm, nach Herausnehmen des Brenners, eingeschraubt werden kann. In der oberen Fläche dieses Ansatzstückes sind zwei Platinhäkchen angebracht, die mit
Fig. 435.
Fig. 436.
Swan-Lampen.
je einer der seitlichen Klemmschrauben, in welche die stromzuleitenden Drähte eingeklemmt werden, in leitender Verbindung stehen. Beim Einhängen der Lampe in die Häkchen des Ansatzstückes sorgt eine Spiralfeder für den guten Contact mit den Platinschlingen.
Der beiläufig 10 Centimeter lange, in der Form einer einfachen Schlinge gewundene Kohlenbügel wird aus Baumwollfasern bereitet. Diese werden in Schwefelsäure (2 Theile auf 1 Theil Wasser) getaucht und einige Zeit darin hängen gelassen. Dadurch erleiden sie jene Veränderung, die auch das Papier bei gleicher Behandlung erfährt, welches durch diese Behandlung bekanntlich in künstliches Pergament verwandelt wird. Der Faden wird also zäh und consistent. Dann setzt man ihn in der Form, welche der Kohlenbügel später haben soll, in einen Schmelztiegel, füllt diesen ganz mit feinem Kohlenstaub und erhitzt das Ganze bei hermetischem Verschlusse des Tiegels längere Zeit bis zur Weißgluth. Die Verbindung der Kohlenenden mit den Platindrähten wird bewerkstelligt, indem man den Kohlen- bügel mit den Drähten zusammenlegt und an den Berührungsstellen durch Ueber- winden mit Baumwollfäden befestigt. Letztere machen dann den ganzen früher angegebenen Proceß der Carbonisirung mit.
Die Firma giebt für die gewöhnlich gebräuchlichen Lampen folgende Zahlen für die elektromotorische Kraft (in Volts), Stromstärke (in Amp
è
res), den Widerstand im kalten und warmen Zustande (in Ohms) und die Leuchtkraft (in Candles) an:
Für die Anwendung in Bergbauen hat Swan eine Lampe in der durch Fig. 436 versinnlichten Weise montirt.
Bei der
Glühlichtlampe von Maxim
(Fig. 437) hat der in dem Glas- gefäße
A
eingeschlossene Kohlenbügel
B
die Form eines abgerundeten
M
erhalten. Er wird von den beiden Platindrähten
C D
und
C
1
D
1
getragen, die bei
D D
1
in das Glas eingeschmolzen sind. Die Glasröhrchen
D D
1
sind konisch, so daß zwischen ihren Innenwänden und den Drähten haarfeine Zwischenräume bleiben. Die Kohle
B
lauft an ihren unteren Enden in plattenförmige Verbreiterungen aus und die gleiche Form haben die Platindrähte bei
C C
1
.
Die Befestigungsart der Kohle an den Drähten zeigt Fig. 438, welche eine Seitenansicht darstellt. An den Draht ist ein durchbohrtes Plättchen
b
mit Gold angelöthet, darauf kommt ein Scheibchen
s
aus weicher Kohle, dann der Kohlenbügel
B,
darauf wieder ein Kohlenscheibchen
s
1
, und zum Abschluß ein durchbohrtes Platinblättchen
b
1
.
Alle diese Theile werden durch die Schraube
o t
zusammengehalten. Die Kohlenscheibchen
s s
1
haben den Zweck, einerseits einen guten Contact herzustellen und andererseits eine feste Verbindung zu ermöglichen. Würde der Kohlenbügel direct an die Platinblättchen angeschraubt werden, so würden diese beiden Bedingungen nicht erfüllt, denn bei festem Anziehen der Schrauben würden die Enden des Kohlen- bügels, der ja spröde und hart ist, zerbrechen, und ließe man die Schrauben weniger fest, so wäre der Contact schlecht; der Strom würde dann bei seinem Uebergange aus den Drähten großen Widerstand finden, an den Berührungs- stellen Platin und Kohle glühend machen, ersteres schmelzen, und in kurzer Zeit wäre die Verbindung ganz zerstört. Das weiche Kohlenblättchen hingegen verhindert einerseits das Brechen des Bügels und vermittelt andererseits dadurch einen guten Contact, daß es die kleinen Zwischenräume zwischen dem Platinscheibchen und der Verbreiterung des Kohlenbügels vollkommen ausfüllt.
Die Glasbirne ist in eine Metallfassung
E
(Fig. 437) mit Gyps
F
ein- gekittet. Dieser zieht sich auch in die capillaren Räume der Röhrchen
D
hinein und dient hierdurch zur Vervollkommnung des Lampenverschlusses. Man hat früher lange mit der undichten Einschmelzung der Drähte in das Glas zu kämpfen gehabt, da in Folge der ungleichen Ausdehnung von Glas und Platin (bei Temperaturveränderungen) im Glase häufig feine Risse entstanden sind, durch welche dann Luft einströmen konnte. Die Differenz der Ausdehnung ist weniger schädlich, wenn der eingeschmolzene Draht sehr dünn ist, weshalb
Maxim
auch den starken Platindraht zerfasert, jede Faser einzeln einschmilzt und außerhalb des Glases
Fig. 437.
Fig. 438.
Lampe von Maxim.
alle diese dünnen Fasern wieder vereinigt. Zur weiteren Sicherung des Verschlusses wird die Fassung
E
mit Schellack oder Copallack
G
ausgegossen.
Die Basis
H
der Lampe ist aus Vulcanit oder einem andern Isolator verfertigt und an einen Metallkern
L
geschraubt; ein Gewinde
J
in letzterem dient zur Befestigung der Lampe an beliebiger Stelle. Der Platindraht
C
geht bis zum Metallkern, während
C
1
in einen Metallpfropfen
K
endet, welcher von der Basis isolirt ist.
R
ist ein in die Basis
H
eingefügter Metallring, dessen obere Fläche direct unter dem Pfropfen
K
liegt, so daß dieser einen Contact mit dem Ringe bildet, wenn die Basis herabgeschraubt ist. Die von
C
1
gebildete Leitung wird dann durch den Draht
S
1
, der an den Ring
R
angelöthet ist, nach außen geführt.
C
ist durch das Metallstück
L
mit einer zweiten Leitung, oder wenn die Lampen auf Gasleitungsröhren aufgesetzt werden, mit diesen in leitender Verbindung.
Den Kohlenbügel erzeugt Maxim aus Bristolpapier; aus diesem wird zunächst ein
M
-förmiges Stück ausgeschnitten, etwas größer, als später der Kohlenbügel werden soll, und dann schwach verkohlt. Hierauf befestigt man diesen schwach ver- kohlten Bügel an den Platindrähten und setzt ihn in die Glasbirne ein. An letzterer ist ein röhrenförmiger Ansatz (in der Figur nicht gezeichnet), durch welchen die Luft in der Glasbirne mittelst einer Quecksilberluftpumpe entfernt werden kann.
Ist dies geschehen, so läßt man Gasolindämpfe eintreten, pumpt diese wieder aus, bis nur mehr ein Druck von beiläufig 30 Millimeter Quecksilberhöhe herrscht, und schaltet nun den halbverkohlten Bügel in einen Stromkreis ein. Der elektrische Strom zerlegt das Gasolin und scheidet äußerst fein den Kohlenstoff in den Poren des Kohlenbügels aus. Wichtig ist hierbei ein starkes Glühen des letzteren und die Verdünnung der Gasolindämpfe; ersteres bewirkt ein leichteres Abscheiden des Kohlen- stoffes auf dem Bügel, durch letzteres wird die successive Aus- scheidung äußerst feiner Kohlen- theilchen, welche sich in den Poren ablagern können, ermöglicht. Ohne Verdünnung tritt eine rasche Ab- scheidung der Kohle ein, die sich dann nur an der Oberfläche des Bügels absetzt. Um Kohlenbügel von gleichem Widerstande, also Lampen von gleicher Leuchtkraft zu erhalten, schließt Maxim in den Stromkreis der zu erzeugenden Lampe eine
Fig. 439.
Maxim-Wandarm.
Muster- oder Normallampe ein und läßt dann so lange Kohlenstoff niederschlagen, bis beide Lampen gleich stark leuchten. Dann wird die Glasbirne ausgepumpt, so stark wie möglich, das Ansatzrohr, durch welches sie mit der Pumpe in Verbin- dung gestanden, abgeschmolzen und für den Gebrauch in der früher beschriebenen Art montirt. Fig. 439 zeigt eine Maxim-Glühlichtlampe in Form eines Wandarmes.
Der Bügel der Lampe von Maxim hat, kalt gemessen, einen Widerstand von 73, warm von 39 Ohms, erfordert eine elektromotorische Kraft von beiläufig 48 Volts, eine Stromstärke von 1·25 Amp
è
res und erreicht dann eine Lichtstärke von 14·6 Normalkerzen.
Um beim Schadhaftwerden eines Theiles der Lampe nicht gleich die ganze Lampe wegwerfen zu müssen, hat Maxim in jüngster Zeit dem Glaskörper und der Kohle andere Formen gegeben. Hierbei wird der Abschluß der Lampe durch einen Glaspfropf bewirkt, der die ganze innere Einrichtung aufnimmt; die Kohlen sind entweder hufeisenförmig gestaltet und an den Platindrähten in der früher angegebenen Weise befestigt, oder sie besitzen die Form gerader, durch ein Klötzchen oben miteinander verbundener Streifen.
Bei der
Glühlichtlampe von Lane-Fox
(Fig. 440) sind an den beiden Leitungsdrähten
e
, welche aus den mit Quecksilber gefüllten Röhren
f
heraustreten, zwei Metallfedern
c
befestigt, deren Federkraft durch die Stellung eines Schiebers
d
aus isolirendem Materiale verändert werden kann. Zwischen die Enden dieser
Fig. 440.
Lampen von Lane-Fox.
Federn und einen kleinen Zwischenkörper
b
aus Porzellan oder dergleichen werden die Enden der Kohlenfaser
a
gebracht und daselbst durch Verschieben des Schiebers
d
festgehalten. Die Röhren
f
und ein Rohr
h
zum Aussaugen der Luft aus der Glocke
A
gehen durch einen den Glockenhals verschließenden konischen Kautschuk- pfropfen
g
hindurch, welcher mit einer Quecksilberschicht
i
bedeckt wird. Um ein Ver- spritzen des Quecksilbers zu verhüten, wird dasselbe mit einer Schicht
j
von Schiffsleim bedeckt. Die Kohlenenden können auch unmittelbar durch spiralförmiges Umwickeln der Leitungsdrähte mit diesen verbunden werden, und es wird dann die Verbindungs- stelle mit chinesischer Tusche überzogen. Zur Herstellung der Kohlenfasern bedient sich Lane-Fox eines entsprechend geformten Stückes Coaks, welches an seiner unteren Kante eine Messerklinge erhält. Um dieses Stück Coaks wird Hanffaden gewunden und sodann das Ganze in einen Verkohlungsofen gebracht. Beim Ver- kohlen ziehen sich die einzelnen Windungen des Hanffadens zusammen und reißen unter der Wirkung der Messerschneide alle an derselben Stelle, so daß man lauter gleiche Fadenstücke bekommt. Das Carbonisiren der Kohlenbügel wird durch Ein- bringen derselben in Benzol- oder andere geeignete Dämpfe bewirkt, indem gleich- zeitig die Kohle durch den elektrischen Strom zum Weißglühen erhitzt wird. Die Verstärkung der Enden wird dadurch erreicht, daß man sie mittelst eines Drahtes verbindet (also einen kurzen Schluß herstellt, wodurch der übrige Theil des Bügels ausgeschlossen wird) und dann abermals bei Anwendung von Benzoldämpfen einen elektrischen Strom durchleitet. Die Lampe wird in verschiedenen Größen ausgeführt; sie erfordert bei einer Leuchtkraft von 8·7 Kerzen 66 Volts und 0·673 Amp
è
res.
Gebrüder Siemens
in Charlottenburg (bei Berlin) erzeugen zwei Arten von Glühlichtlampen (Fig. 441
A
und
B
). Beim Modelle
A
kommen 0·67 Milli-
Fig. 441.
Lampen von Siemens.
meter starke Zuleitungsdrähte zur Verwendung, die bei
f
in das Glas eingeschmolzen sind. Der Raum zwischen
f
und
c c'
ist zur Sicherung des Verschlusses mit Gyps ausgegossen.
a
und
b
sind Klemmen aus Kupferblech, welche einerseits die Zuleitungs- drähte, andererseits den Kohlenbügel einklemmen. Letzterer wird aus Baumwollfaser hergestellt und ist an seinen Enden verdickt. Das Auspumpen der Lampe wird durch das Rohr
e f
bewerkstelligt, welches man hierauf bei
e
zuschmilzt.
Bei dem in Fig. 441
B
dargestellten Modelle sind in das Glassäulchen
e f
vier bis sieben je 0·10 Millimeter dicke Platindrähte (der Lichtstärke entsprechend) eingeschmolzen. Diese enden nach außen in Kupferdrähten, welche bei
c c'
an Messing- contacte angelöthet werden. Nach innen sind die Platindrähte um die aus Kohle gebildeten Verdickungen
a b
des Kohlenbügels befestigt. Der Hohlraum bei
g
erhält eine Füllung von Glimmerpulver und darüber eine Schichte Gyps. Das Glimmer- pulver hat den Zweck, die Wärme von den Löthstellen abzuhalten. Jedes dieser beiden Lampenmodelle bedarf eines Stromes von beiläufig 100 bis 105 Volts Spannung.
Urbanitzky
: Elektricität. 40
Die Glühlichtlampe von
Siemens \& Halske
ist in Fig. 441
C
dargestellt.
a
und
b
sind Kupferhülsen zum Einklemmen des Kohlenbügels, wie dies aus dem Querschnitte
b'
ersichtlich ist. Den Raum
g f
erfüllt Glimmerpulver, welches durch eine darüber angebrachte Gypsschicht gehalten wird. Bei
c c'
schließen die Kupfer- drähte an die Contactplatten an.
Mehr oder weniger ähnlich den bereits beschriebenen Glühlichtlampen werden solche von vielen Firmen erzeugt, wie z. B. von
Müller, Greiner \& Friedrichs, Brush
u. s. w.
Von diesen wesentlich unterschieden ist die Lampe von
Cruto,
welche bei der Ausstellung zu München das erstemal zu sehen war. Cruto erzeugt den Kohlen- bügel in der Art, daß er einen feinen Platindraht durch den elektrischen Strom in der Atmosphäre eines Kohlenwasserstoffes zur Rothgluth erhitzt. Hierdurch wird der Kohlenwasserstoff zersetzt und die Kohle scheidet sich auf dem Platindrahte aus;
Fig. 442.
Cruto-Lampe.
man verflüchtigt hierauf das Platin durch Steigerung der Stromintensität und erhält auf diese Weise einen hohlen Kohlenfaden. Bei dem ursprünglichen Modelle wurde der sehr feine Platindraht in Gestalt einer
n
- förmig gebogenen
Spirale
benützt, während bei dem neuen Modelle die einfache Hufeisen- form zur Verwendung kommt. Die Mon- tirung der Lampe und die Art des Anschlusses an die Stromleitung ist aus Fig. 442 leicht zu ersehen. Die beiden aus der Lampe kom- menden Drähte sind zu Ringen umgebogen, von welchen einer mit einer Reihe von Drahtschlingen in Verbindung steht, die den Glaskörper der Lampe an der Basis um- fassen, während der andere in ein Häkchen des Anschlußtheiles wie bei der Swan’schen Lampe eingehängt wird. Es werden Lampen zu 4, 8 und 16 Kerzen mit einem Kohlen- bügel und Lampen mit zwei Kohlenbügeln, welche man auf Quantität oder auf Spannung schalten kann, verfertigt.
Für den Stromverbrauch und die Leistungsfähigkeit der Lampe geben nach- stehende Angaben (aus
„La lumière électr.” IX
) Anhaltspunkte:
Von allen Glühlichtlampen unterscheidet sich principiell die
Boston- oder Bernstein-Lampe,
welche auf der Wiener Ausstellung (1883) allgemeines Aufsehen erregte. Allen übrigen Lampen ist der hohe Widerstand des Kohlenbügels, erhalten durch Vergrößerung seiner Länge und Verringerung des Querschnittes, gemein; in Folge dessen werden sie auch immer in Parallelschaltung angeordnet. Die Boston-Lampen hingegen können vermöge der Construction ihres Kohlenbügels hinter- einander geschaltet werden. In der äußeren Form weicht die Bernstein-Lampe, Fig. 443, wenig von den übrigen Glühlichtlampen ab. Sie ist mit ihrem unteren Ende in einen Messingcylinder eingekittet, der mit einem der aus der Glasbirne heraus- kommenden Drähte verbunden ist, während der zweite Draht mit der in der Mitte des Messingcylinders eingekitteten Schraube in Verbindung steht. Das Originelle der Lampe bildet der Kohlenbügel. Dieser wird in folgender Weise erzeugt:
Aus „Elektrotechnische Rundschau“,
I.
Jahrg., welcher auch die Fig. 441 und 443 entnommen sind.
Aus Textilstoffen gewirkte, geflochtene, gestrickte oder sonstwie erzeugte Röhrchen oder Schläuche werden verkohlt und die auf diese Weise erhaltenen hohlen Kohlen- cylinder in den Lampen verwendet. Bernstein nimmt hierzu hauptsächlich aus Seide gewebte, sehr dünnwandige hohle Schnur. Entsprechend lange Stücke dieser Schnürchen werden auf Dorne aufgeschoben und hierauf mit einem verkohlbaren Klebemittel, wie Gummi oder Kleister, bestrichen. Nach- dem dieses Klebemittel etwas getrocknet ist, zieht man die Röhrchen von den Dornen herunter und legt sie in Formen ein, in welchen sie beim vollständigen Erhärten die gewünschte Bogenform erhalten. Das Verkohlen erfolgt in eisernen Kästchen, welche, mit Graphit oder Kohlen- pulver gefüllt, in einem Ofen eingesetzt werden. Die Verbindung des auf diese Weise gewonnenen Kohlenbügels mit den in das Glasgefäß einzuschmelzenden Leitungen geschieht durch einen aus Kohlenpulver und einem Klebe- mittel gemischten Kitt, welcher sehr hart wird und eine dauernde Verbindung zwischen Kohle und metallischem Leitungsmaterial bildet.
Die bei der Wiener Ausstellung vorgenommenen Messungen ergaben, daß die 50 Kerzen-Lampe einen Strom von 5·39 Amp
è
res und 28·387 Volts (also von 151 Voltamp
è
res) erforderte, um eine Lichtintensität von 60·7 Kerzen zu entwickeln. Durch die Boston-Lampe kann per Pferdekraft ein Licht von 292 Kerzen erhalten werden, während nach den Münchener Messungen für die Edison (8 Kerzen)-Lampe nur 186, für Swan 180 und für Maxim 109 Kerzen auf die Pferdekraft entfallen.
Böhm
hat bei der Construction seiner Lampe darauf Rücksicht genommen, den Glaskörper zu retten, wenn der Kohlenbügel bricht. Das Glasgefäß
g g,
Fig. 443.
Bernstein-Lampe.
Fig. 444, endigt in einen weiten Hals, an welchen seitlich eine Röhre
r
zum Ansetzen an die Luftpumpe angeschmolzen ist. Der Verschluß des Glasgefäßes wird durch einen sorgfältig eingeschliffenen Glasstöpsel bewirkt, in dessen röhren- förmige Verlängerung
s s
die zur Stromführung bestimmten Platindrähte ein- geschmolzen sind; an den nach innen gerichteten Enden der letzteren ist der wellenförmig gebogene Kohlenbügel befestigt. Der geschliffene Stöpsel ist mit einem gebogenen Canal
c
versehen, welcher bei einer bestimmten Stellung des Stöpsels mit der Röhre
r
in Verbindung tritt. Ist das Glasgefäß hinreichend ausgepumpt, so wird der eingeschliffene Glasstöpsel einfach umgedreht und
40*
dadurch die Communication der äußeren Luft mit dem Innern des Glasgefäßes aufgehoben.
Es ist klar, daß behufs Einsetzung eines neuen Kohlenbügels an Stelle eines schadhaft gewordenen nur der Glasstöpsel herausgenommen zu werden braucht, um den neuen Bügel an den Platindrähten entsprechend zu befestigen; dann wird das Glasgefäß neuerdings ausgepumpt und dadurch die Lampe wieder in brauchbaren Zustand gebracht.
Diehl
wurde bei der Construction seiner Lampe von der Absicht geleitet, undichte Stellen an den Einschmelzungsstellen der Drähte in der Glaswand zu umgehen; daß die Vermeidung solcher Stellen eine der Hauptschwierigkeiten bei der Herstellung von Glühlichtlampen bildet, wurde bereits mehrfach hervorgehoben.
Diehl
umging diese Schwierigkeit dadurch, daß er überhaupt gar keine Drähte durch die Glaswand hindurchführt. Das Glasgefäß seiner Lampe besteht aus zwei ineinander gesteckten oben geschlossenen Glasröhren
g g
und
G G
, Fig. 445,
Fig. 444.
Lampe von Böhm.
deren untere freie Enden miteinander verschmolzen werden, so daß der Längsschnitt des Gefäßes ungefähr ein
n
bildet. Der innere Glascylinder ist an seiner Außenseite von einer großen Anzahl Drahtwindungen
d d
umgeben, die voneinander isolirt sind und an ihren freien Enden den Kohlenbügel
B
tragen. In den inneren Hohlraum der inneren Röhre wird ein mit wenigen Windungen eines starken Drahtes versehener Eisenstab
E
hinein- geschoben. Die Enden dieses Drahtes führen zu den am Gestelle der Lampe befestigten Polklemmen
P P
1
.
Um die Lampe zum Leuchten zu bringen, werden die Polklemmen
P P
1
mit den Leitungsdrähten einer Wechselstrom- Maschine in Verbindung gesetzt. Der durch die Windungen dicken Drahtes kreisende Strom erzeugt durch seine fortwährend wechselnde Richtung in den dünnen im Innern der Lampe befindlichen Drahtwindungen
d d
Inductionsströme, und diese bringen den Kohlenbügel zum Glühen und Leuchten. Wollte man zum Betriebe dieser Lampe gleichgerichtete Ströme ver- wenden, so müßte auf dem Stromwege zur Lampe ein automatisch wirkender Strom- unterbrecher angebracht werden.
Die Entstehung undichter Stellen ist bei dieser Lampe allerdings vermieden, aber es darf nicht vergessen werden, daß durch die indirecte Anwendung der Maschinenströme, in Form der durch diese inducirten Ströme, ein Kraftverlust herbeigeführt wird, wodurch der Betrieb einer derartigen Lampe unter sonst gleichen Umständen theurer zu stehen kommen muß, als bei allen jenen Glühlichtlampen, welche den Maschinenstrom direct benützen.
Mit obigen Beschreibungen von Glühlichtlampen ist das vorliegende Material allerdings nicht erschöpft; doch dürfte es kaum viel Nutzen bringen, letzteres anzu- streben. Auch für die Herstellung der Kohlenbügel wurden bereits verschiedene Verfahren angegeben; um ein vollständiges Bild von dem gegenwärtigen Stande der Fabrication von Glühlichtlampen zu erhalten, erübrigt uns noch
die Herstellung der Lampen,
speciell ihres Glaskörpers und des luftverdünnten Raumes in demselben näher zu betrachten. Wir werden hierbei im Wesentlichen einer Beschrei- bung folgen, welche das Journal
„Scientific American”
(im
XLVIII
Bd.) über die Herstellung der Glühlichtlampen der
„Hamond Electric Light and Power Supply Company”
gebracht hat. Die Einrichtung der Fabrik für diese Gesellschaft wurde von F.
Wright
und
Mackie
in London besorgt und von diesem auch eine eigene Glasblasmaschine construirt.
Die Fabrik besteht aus einem vierstöckigen Gebäude mit einem Gesammt- flächenraum von ungefähr 450 Quadratmeter. Im Kellerraume ist eine achtpferdige Dampfmaschine (von Marshall \& Sons) aufgestellt, welche 180 Touren per Minute macht und zum Betriebe einer Siemens- und einer Ferranti-Wechselstrommaschine sammt den beiden Erregermaschinen dient. Die Ferranti-Maschine besorgt die Be- leuchtung der Fabrik und liefert den Strom, welcher die Kohlenfäden während des Luftauspumpens aus den Lampen glühend erhält; sie wird auch zu etwaigen Versuchen verwendet. Die Siemens-Maschine besorgt das Niederschlagen von Kohle auf den Kohlen- bügeln.
Die Wright’schen Glasblasmaschinen, 12 an der Zahl, sind in einem Erdgeschosse aufgestellt und werden von 14- bis 16- jährigen Knaben bedient, wie solche auch die Herstellung der Kohlenbügel besorgen. Letztere werden gegenwärtig aus einer Grasart ver- sertigt; es kann hierzu jedoch jede vegetabilische Faser benützt werden. Die Faser wird zunächst um ein cylindrisches Stäbchen gebogen, so daß sie eine Schlinge bildet (wie bei Swan) und dann mit dem Stäbchen gelinde erhitzt. Sie verliert dadurch ihre Elasticität und behält daher, vom Stäbchen herabgenommen, die ihr ertheilte Form bei. Hierauf verpackt man die Fasern mit Graphit- oder Kohlen- pulver in Schmelztiegeln und verkohlt sie in diesen. Die Befestigungsart des Kohlen- bügels an den Platindrähten wird geheim gehalten; sie kann in der Weise bewerkstelligt werden, daß man den Platindrähten die Form einer Spirale giebt, die Kohlenenden in diese hineinsteckt und durch einen Kitt darin fest- hält. Schließlich kommen die Kohlenfäden in eine Flüssigkeit, aus welcher Kohle in den
Fig. 445.
Lampe von Diehl.
Poren des Bügels niedergeschlagen wird; der Kohlenfaden wird hierdurch dicht, elastisch und metallisch glänzend. Man untersucht hierauf, ob der Widerstand der gewünschte ist, indem man den Bügel mit Hilfe der Wheatstone’schen Brücke mit fertigen Lampen vergleicht.
Die Platindrähte, welche den Kohlenfaden tragen, werden zunächst in einem Glasstöpsel eingeschmolzen (Fig. 446, 1), dann in die Lampenkugel eingesetzt (2) und mit dem Halse derselben verschmolzen (3). Zur Herstellung dieses Glaskörpers werden cylindrische Röhren (4) von 230 Millimeter Länge und 20 Millimeter Durchmesser in der Mitte zu einem dünnen Rohre ausgezogen und dann an den dicken Enden derselben Kugeln angeblasen (5). Die beiden Kugeln werden von- einander durch Abbrechen der sie verbindenden Glasröhre getrennt. Nach dem Einsetzen des Kohlenbügels in die Glaskugeln hat die Lampe die in Fig. 446, 6 abgebildete Form.
Zum Ausziehen der Glasröhre, Kugelblasen und Einschmelzen wird die bereits erwähnte Glasblasmaschine verwendet. Diese, ihrem äußeren Ansehen nach ähnlich einer Drehbank, besteht aus einem horizontalen Bette
A
, Fig. 447, welches einen unverschiebbaren Drehknopf
D
und einen horizontal verschiebbaren
E
trägt. Durch diese Drehknöpfe gehen hohle Wellen, die an den einander gegenüberstehenden Enden mit Klemmknöpfen
B C
ausgerüstet sind. Die beiden Wellen erhalten durch eine dritte Welle
W
ihren Antrieb, indem Zahnräder dieser Welle in die Zahn- räder der erstgenannten Wellen entsprechend eingreifen. Damit beim Verstellen des Drehknopfes
E
die Drehung nicht aufgehalten wird, ist das entsprechende Hilfs-
Fig. 446.
Anfertigung der Glühlichtlampen.
zahnrad in einer Nuth auf der Welle
W
verschiebbar. Aus dem Reservoir
R
wird comprimirte Luft in die hohlen Wellen geleitet und kommt durch diese in die Glasröhre. Wird letztere unter continuirlicher Drehung von der Stichflamme
F
erhitzt, so besorgt die comprimirte Luft das Aufblasen der Kugel. Die Gestaltung derselben hat man dadurch in der Hand, daß die Stichflamme auf ihrem Support nach allen Richtungen hin bewegt werden kann. Ein Knabe kann mit Benutzung dieser Maschine 250 bis 300 Kugeln per Tag herstellen.
Ist die Herstellung der Lampe soweit fortgeschritten, wie es Fig. 446, 6 zeigt, so kommt die Lampe in eine obere Etage der Fabrik, in welcher die Queck- silberluftpumpen aufgestellt sind. Es ist bei Besprechung der Glühlichtlampen wiederholt darauf hingewiesen worden, daß ein möglichst vollständiges Entfernen der Luft aus dem den Kohlenbügel umgebenden Glaskörper unerläßlich ist, wenn nicht der Kohlenbügel in kürzester Zeit zu Grunde gehen soll.
Nicht nur der Sauerstoff der Luft wirkt schädlich, indem er Verbrennung der Kohle bewirkt, sondern auch andere Gase, die mechanisch einwirken, befördern die Zerstörung. Bei der hohen Temperatur in der Lampe sind nämlich die Gas- theilchen in beständiger äußerst heftiger Bewegung und dadurch wird der Kohlen- bügel einem beständigen Bombardement ausgesetzt, was offenbar desto heftiger
Fig. 447.
Glasblasmaschine.
werden muß, je mehr Gastheilchen im Lampengefäße enthalten sind. Um eine so hohe Verdünnung der Luft, ein sogenanntes Vacuum herzustellen, reichen die zu anderen Zwecken häufig angewandten Luftpumpen nicht aus. Diese gestatten selbst bei vorzüglicher Construction doch nur, eine Verdünnung der Luft bis zu einem Drucke von 2 oder 1·5 Millimeter Quecksilbersäule zu erreichen; aus diesem Grunde mußte man sich zur Anwendung der Quecksilberluftpumpen entschließen. Man hat deren von zweierlei Construction; die eine beruht auf Anwendung der Barometer- leere,
Stellt man eine Röhre in eine Flüssigkeit und saugt dann am freien Ende, so gelingt es nicht, die Flüssigkeit über eine bestimmte Höhe in der Röhre aufsteigen zu machen. Die Höhe, bis zu welcher eine Flüssigkeit steigt, hängt von ihrem specifischem, d. h. ihr eigen- thümlichem Gewichte ab. Es wird also das sehr schwere Quecksilber viel weniger hoch steigen, als das viel leichtere Wasser. So beobachtete
Toricelli
im Jahre 1643, daß eine Queck- silbersäule auf obige Art nicht höher als beiläufig 760 Millimeter erhalten werden kann. Genau dasselbe Resultat wird erhalten, wenn man eine oben verschlossene Röhre
r
, Fig. 448, mit Quecksilber füllt und dann in ein offenes mit Quecksilber gefülltes Gefäß
g
stellt. Ist nämlich die Röhre länger als 760 Millimeter, so sinkt das Quecksilber so lange, bis die Höhe
die andere auf der saugenden Wirkung eines durch eine Röhre herabfallenden Quecksilberstrahles. Erstere ist in der von
Geißler
erfundenen Construction vielfach in Anwendung, letzterer hat
Sprengel
eine brauchbare Form gegeben.
Die Geißler’sche Quecksilberluftpumpe ist später von
Töpler
derart um- geändert worden, daß die Hähne überflüssig wurden. Diese Form der Pumpe ist es nun, welche die
Hamond Electric Light Company
verwendet. Zwei Paare dieser Luftpumpen sind in Fig. 449 in verschiedenen Stellungen abgebildet. Je zwei birnförmige Gefäße
A
und
B
sind untereinander durch einen weiten Kautschuk- schlauch
R
und einen engen Kautschukschlauch
r
verbunden. An jener Stelle
z
, an
Fig. 448.
Toricelli’s Versuch.
welcher die Birne
B
in das die Kautschuk- röhre
R
tragende Rohr übergeht, zweigt eine dritte Röhre
s
ab, die zunächst aufwärts steigt, dann zweimal umbiegt und endlich in das Gefäß
g
führt. Die Gefäße
A
können zwischen den beiden verticalen Balken des Gerüstes an zwei Führungsstangen gehoben und gesenkt werden. In ihrer tiefsten Stellung (Pumpe
I
) muß die Oberfläche des darinnen befindlichen Quecksilbers von der Abzweigungs- stelle
z
der Röhre
s
mehr als 760 Milli- meter entfernt sein; auch die Röhre
s s
darf nicht weniger hoch sein. Das Gefäß
g
ent- hält concentrirte Schwefelsäure, um der Luft etwaige Feuchtigkeit zu entziehen. Mit diesem Gefäße sind die einzelnen Lampen, aus welchen die Luft entfernt werden soll, durch ein hori- zontales Rohr mit entsprechend vielen verti- calen Ansätzen verbunden.
Hiernach ergiebt sich Spiel und Wirk- samkeit der Pumpe in folgender Weise. Das Gefäß
A
wird gehoben und dadurch das darinnen befindliche Quecksilber veranlaßt, im selben Maße durch das Kautschukrohr
R
gegen das Gefäß
B
zu fließen, endlich dieses ganz zu erfüllen und, wenn das Gefäß
A
die Stellung
II
erreicht hat, durch die Röhre
r
wieder in das Gefäß
A
zurückzufließen. Aus dem Gefäße
B
ist sonach alle Luft ausgetrieben worden (nämlich durch die Röhre
r
, welche unterhalb der Quecksilberoberfläche in
A
ausmündet). Wird hierauf das Gefäß
B
wieder herabgelassen, so kann die Quecksilbersäule in
R
nicht höher stehen, als dem jeweiligen Barometerstande entspricht. Da nun aber das Gefäß
B
über diesem liegt, muß sich, sobald
A
unten angelangt ist, das Quecksilber bis unterhalb des Gefäßes
B
zurückziehen, d. h. das Gefäß
B
muß luftleer werden. Es ist klar, daß irgend ein lufterfüllter Raum, der jetzt mit diesem luftleeren Raume in Verbindung gesetzt wird, luftverdünnt werden muß; ist aber in diesem zweiten Raume die Luft ohnehin schon verdünnt, so kann sie durch diesen Vorgang noch weiter verdünnt werden, bis endlich bei hinlänglich häufiger Wiederholung der Luftdruck in dem auszupumpenden Raume ein Minimum geworden ist. Dies ist im Principe der Vorgang, welcher beim Auspumpen der Lampen vor sich geht.
Das Gefäß
A
wird gehoben, das Quecksilber steigt und schiebt die Luft vor sich her durch die Röhre
r
hinaus und nicht durch
s
in die Lampen zurück, weil das Quecksilber eben durch sein Steigen über die Abzweigung bei
z
diesen Ausweg der Luft versperrt. Ist das ganze Gefäß
B
mit Quecksilber gefüllt und beginnt bereits dieses an Stelle der vollkommen verdrängten Luft durch
r
über- zufließen, so wird das Gefäß
B
, wieder gesenkt und nun wird sich in
B
ein Vacuum bilden, wenn nicht durch das Sinken des Quecksilbers unter die Abzweigungsstelle
z
die Verbindung von
B
mit den Lampen wieder hergestellt worden wäre. Es bildet sich daher kein Vacuum in
B
, sondern nur ein luftverdünnter Raum in
B
und den Lampen
Wir können uns diesen Vorgang auch so darstellen: Das Quecksilber sinkt und bildet in
B
ein Vacuum; durch weiteres Senken des Gefäßes
A
wird nun dieses Vacuum mit dem lufterfüllten Raume in
s
und den Lampen verbunden, da das Quecksilber unter
z
sinkt, also den Abschluß der Lampen von
B
aufhebt. Es muß sich daher das Vacuum oder der Luftdruck
O
in
B
mit dem vollen Luftdrucke in den Lampen
ansgleichen
, folglich in beiden zusammen ein unterhalb dem vollen liegender Druck herstellen.
. Hierbei kann das Quecksilber in
R
nicht ganz hinabsinken und von außen Luft in
B
eintreten, da
B
einerseits mit den Lampen in Verbindung steht, welche nur gegen die Pumpe zu offen sind, andererseits durch die Röhre
r
mit
A
in Verbindung steht. Durch diese Röhre kann jedoch keine Luft von außen eintreten, weil ihr unteres Ende, wie bereits angegeben,
unterhalb
des Queck- silberspiegels in
A
ausmündet. Durch
r
kann also wohl Luft aus
B
durch das Quecksilber hinausgepreßt werden, nie aber umgekehrt Luft nach
B
von außen her einströmen.
R
und
r
sind zwei mit ihrem unteren Ende in das Quecksilber bei
A
tauchende Röhren, deren obere Enden allerdings mit den Lampen in Verbindung
der Quecksilbersäule, gemessen von der Oberfläche des Quecksilbers im offenen Gefäße bis zur Kuppe in der Röhre, nur mehr 760 Millimeter beträgt. Der Raum
a b
über dieser Höhe ist dann luftleer; man nennt ihn die
Toricelli’
sche
Leere
oder das
Vacuum
. Die Ursache dieser Erscheinung ist der Luftdruck, der mit voller Kraft auf das Quecksilber im offenen Gefäße wirkt und daher das Quecksilber in die Röhre hinauftreibt, während in der Röhre dieser Kraft keine andere Kraft entgegenwirkt. Das Quecksilber muß deshalb in der Röhre so lange steigen, bis die Quecksilbersäule eine Höhe erreicht hat, welche dem äußeren Luftdrucke das Gleichgewicht halten kann. Da nun der Luftdruck einer Quecksilbersäule von 760 Milli- meter Höhe (im Mittel) das Gleichgewicht hält, so sagt man, der mittlere Luftdruck beträgt 760 Millimeter Quecksilbersäule. Läßt man in die Röhre einige Luftbläschen eintreten, so wirken diese innerhalb der Röhre dem von außen her wirkenden Luftdrucke entgegen und bewirken dadurch ein Sinken der Quecksilbersäule. Die Höhe derselben hängt dann natürlich von der Differenzwirkung des äußeren und inneren Luftdruckes ab, weil der äußere Luftdruck durch den inneren Luftdruck zum Theile aufgehoben wird. Bekanntlich beruht auf dem ersten Experimente (Fig. 448) das Barometer, d. h. jenes Instrument, welches uns stets den jeweiligen Luftdruck, der nach Ort und Zeit ein verschiedener ist, anzeigt. Hierauf beruht aber auch eine Art der Quecksilberluftpumpen, da durch dieses Experiment ein Gefäß luftleer gemacht werden kann.
stehen, aber von außen abgeschlossen sind. Da nun durch das erste Heben und Senken von
A
ein Quantum Luft normalen Druckes gleich dem Volumen von
R plus B
hinausgeschafft wurde, so wirkt offenbar auf das Quecksilber in den
Fig. 449.
Quecksilberluftpumpen.
Röhren
R
und
r
von innen her ein geringerer Druck als von außen her. Der äußere Luftdruck muß deshalb das Quecksilber in den beiden Röhren bis zu einer bestimmten Höhe emportreiben. Dies ist das Resultat des ersten Hebens und Senkens von
A.
Wird nun
A
neuerdings gehoben, so steigt das Quecksilber abermals in
R
, hebt die Verbindung von
B
mit
s
bei
z
auf, drängt die verdünnte Luft in
B
immer mehr zusammen und dadurch die Quecksilbersäule in
r
hinab, bis endlich die Luft aus
B
ganz verdrängt und durch
r
hinausgepreßt ist.
Nachdem das Quecksilber
z
überstiegen, hat es zwei Wege offen, nämlich nach
B
und nach
s;
natürlich dringt es auch in beide ein. Und wie hoch muß es in
s
steigen? Offenbar so hoch, daß die Quecksilbersäule in
s
, gemessen von der Oberfläche in
A
(welches jetzt oben bei
B
ist, Stellung
II
) bis zur Kuppe in der Röhre, dem Drucke der verdünnten Luft in den Lampen das Gleichgewicht hält. Da nun der Luftdruck in den Lampen schließlich möglichst nahe an Null herabgebracht werden soll, wird die Säule in
s
eben dann, wenn dies erreicht ist, beiläufig in Barometerhöhe über
B
stehen. Dieser Umstand erklärt uns nun, warum auch die
Röhre
s
über Barometerhöhe hoch sein muß, wenn das Uebertreten von Quecksilber in die Lampen vermieden, das Auspumpen überhaupt ermöglicht werden soll.
Doch kehren wir wieder zum zweiten Pumpenzuge zurück. Die verdünnte Luft wurde also aus
B
hinausgepreßt und
A
hatte seinen oberen Standpunkt erreicht (Stellung
II
). Wir senken nun das Gefäß
A
neuerdings und setzen das hierdurch in
B
abermals gebildete Vacuum wieder mit dem luftverdünnten Raume in den Lampen in Verbindung. Die Folge hiervon muß offenbar eine noch stärkere Verdünnung der Luft in den Lampen sein. (Das Quecksilber in
s
ist beim Senken von
A
natürlich zurückgeflossen.)
Da sich beim jedesmaligen Heben und Senken von
A
diese Vorgänge wieder- holen, so leuchtet wohl ein, daß hierdurch die Verdünnung der Luft in den Lampen immer weiter fortschreiten muß, also der angestrebte Zweck erreicht wird.
Um diese Operationen fabriksmäßig betreiben zu können, muß das Heben und Senken der sehr schweren Gefäße
A
natürlich durch Maschinen bewerkstelligt werden. Dies wird, wie die Abbildung Fig. 449 erkennen läßt, auch thatsächlich durch eine horizontale Welle, an welcher die einzelnen Gefäße
A
unter Vermittlung eines Halbrades aufgehängt sind, bewirkt. Der die Pumpe bedienende Mann hat nur die „Steuerung“ der Bewegung zu besorgen, d. h. zur entsprechenden Zeit die Hebung oder Senkung zu veranlassen und die Geschwindigkeit der Bewegung zu reguliren. Mit jeder Pumpe werden gleichzeitig 12 Lampen ausgepumpt. Diese sind durch ein dünnes Röhrchen mit der Pumpe verbunden und hängen an je einer Spiralfeder; ist die Verdünnung, während welcher durch die Kohlenbügel ein elektrischer Strom geleitet wird, hinlänglich weit fortgeschritten, so erhitzt ein zweiter Mann durch eine Stichflamme die Verbindungsröhrchen der Lampen. Hier- durch wird das Verbindungsröhrchen weich und durch den äußeren Luftdruck zu- sammengedrückt, während die Spiralfeder die Lampe aufwärts zieht. Endlich trennt sich die zugeschmolzene Lampe von dem ebenfalls zugeschmolzenen Verbindungs- röhrchen. Die nun fertige Lampe hat das Aussehen, wie es Fig. 446, 7 zeigt.
Ueber die Einrichtungen der großen Fabrik zu
Ivry
bei Paris zur
Erzeu- gung Edison’
scher
Glühlichtlampen
hat Th.
du Moncel
eingehendere Mit- theilungen gemacht. Wie bereits angegeben, besteht der Bügel der Edison-Lampe aus verkohlter Bambusfaser. Jedoch wird hierzu nicht jedes beliebige Bambus verwendet, sondern man nimmt am liebsten dreijähriges. In Ivry schneidet man das Bambus in Streifen von zweierlei Größen, entsprechend den zweierlei Lampen- sorten, die dort erzeugt werden. Die
A
-Lampe zu 16 Normalkerzen erhält einen Kohlenbügel, dessen Widerstand 140 Ohms beträgt und die
B
-Lampe zu 8 Normal- kerzen einen von 60 bis 70 Ohms Widerstand.
Die birnförmigen Lampengläser werden nicht in der Fabrik selbst erzeugt, sondern aus den böhmischen Glashütten bezogen, welche auch die Glasröhren zum Einschmelzen der Leitungsdrähte und Verschließen der Lampe liefern. An die Glas- birnen werden enge Röhrchen angeschmolzen, welche dazu dienen, die Glasbirne mit der Quecksilberpumpe in Verbindung zu setzen. Das Einsetzen der Kohlenbügel erfolgt in nachstehender Weise. Cylindrische Glasröhren von entsprechenden Dimen- sionen werden an zwei Stellen aufgeblasen, so daß zwei 6 bis 8 Centimeter
Fig. 450.
Quecksilber-Luftpumpen.
voneinander entfernte Kugeln entstehen. Man trennt hierauf beide Kugeln, indem man das sie verbindende 6 bis 8 Centi- meter lange, cylindrische Röhrenstück in der Mitte auseinander schneidet. Hierauf schmilzt man in den cylindrischen Theil einer solchen Röhrenhälfte die Platindrähte dadurch ein, daß man die glühenden und weichen Cylinderränder über die beiden Platindrähte fest aneinander preßt.
An die sehr kurzen Platindrähte werden dann Kupferdrähte gelöthet, die man knieförmig biegt, platt schlägt und diese Abplattungen dann zangenförmig krümmt, da sie dazu bestimmt sind, den Kohlenbügel aufzunehmen. Das Einsetzen der Kohlenbügel in diese Kupferzangen und Zubiegen derselben erfordert leichte und geschickte Hände; in Ivry ist diese Arbeit zumeist Frauen anvertraut. Um die Festigkeit zu erhöhen, und einen guten Contact zwischen Kohle und Kupferdraht zu sichern, werden die Verbindungsstellen hierauf mit einem galvanischen Kupfer- niederschlage versehen. Man setzt zu diesem Behufe die den Bügel tragende Glasröhre mittelst eines Kautschukstöpsels in den Boden einer Kufe derart ein, daß der Kohlenbügel nach oben gerichtet ist, die kugelförmige Verdickung des Glasrohres aber unterhalb der Kufe zu stehen kommt. Die freien Kupferdrahtenden sämmtlicher Kohlenträger werden dann mit dem negativen Pole einer galvanischen Batterie verbunden, während der positive Poldraht der letzteren zu Kupferstangen führt, die den Kohlenbügeln gegenüber in die Kufe eingesenkt werden. Letztere wird dann mit einer concentrirten Lösung von Kupfervitriol gefüllt, die so hoch über die Verbindungsstellen der Kohlen mit den Kupferdrähten hinausreicht, als man den Kupferniederschlag zu erhalten wünscht.
Nach der Verkupferung der Verbindungsstellen führt man die Kohlenbügel mit ihrer Glasröhre in das Lampengefäß ein, so daß die Kugel der Röhre an dem Halse des Lampengefäßes anliegt und verbindet beide Theile durch Zusammen- schmelzen. Besondere Sorgfalt wird bei allen Schmelzoperationen auf ein langsames Abkühlen der glühenden Glastheile verwendet, um hierdurch ein Springen derselben hintanzuhalten. Die Lampen werden zu diesem Behufe durch eine Art horizontalen Rahmen successive über Gasbrenner von der Reihe nach abnehmender Intensität geführt, so daß sie, beim letzten Brenner angelangt, bereits genügend abgekühlt sind, um in den Luftpumpenraum befördert werden zu können.
Das Auspumpen der Lampen wird in der Fabrik zu Ivry mit
Sprengel
- schen Luftpumpen bewerkstelligt. Die Anordnung ist derart getroffen, daß stets gleichzeitig 450 Lampen ausgepumpt werden können. Die Pumpen sind in einem großen Saale der Reihe nach an verticalen Holzwänden
P
befestigt, wie dies Fig. 450 für eine derselben zeigt. Oberhalb und unterhalb der Holzwände laufen horizontale eiserne Röhren
D D
und
D' D'
, welche das Quecksilber den Luftpumpen zuführen, beziehungsweise von ihnen ableiten. Diese beiden Röhren münden in je ein mit Quecksilber gefülltes Reservoir; das obere Reservoir steht mit dem unteren durch ein großes schief liegendes Rohr in Verbindung, in welchem eine Archimedes- Schraube
Die Archimedische Schraube oder Wasserschnecke ist eine der ältesten Wasserhebungs- maschinen und bestand ursprünglich aus einer Röhre, die in einer Spirale um eine gegen den Horizont geneigte Axe gewunden wurde. Hat die Schraube die richtige Lage, so ist eine Hälfte der Schraubengänge nach oben, die andere nach unten gerichtet; im Verlaufe der Drehung gehen stets die nach oben gerichteten in nach unten gerichtete über. Taucht, nun das untere Ende der sich drehenden Spirale in eine Flüssigkeit, so erfüllt diese den der Flüssigkeitsoberfläche zunächst liegenden Schraubengang so weit, als dieser eintaucht; er wird gefüllt und dreht sich weiter, wodurch der früher ansteigende in einen abfallenden und der abfallende in einen ansteigenden Schraubengang verwandelt wird. Die in den früher abfallenden Schraubengang eingedrungene Flüssigkeit muß jetzt aus dem nunmehr ansteigenden Schraubengange in einen nächsten abfallenden Gang überfließen und kommt auf diese Art in den zweiten Schrauben- gang, wo sich bei Fortsetzung der Drehung dasselbe Spiel wiederholt und die Flüssigkeit in den dritten Schraubengang u. s. w. befördert wird, bis man sie auf der gewünschten Höhe am oberen Ende der Schraube ausfließen läßt. Da die Herstellung solcher schraubenförmiger Röhren schwierig ist, hat man gegenwärtig die Wasserschnecke, welche eine der vollkommensten Wasserhebemaschinen ist, in einer andern Form in Verwendung. Man läßt nämlich innerhalb eines feststehenden, schiefgelegten Cylinders eine mit der Axe desselben zusammenfallende Welle rotiren, um welche eine Schraubenfläche gewunden ist; um hierbei das Zurückfließen von Wasser zu vermeiden, muß sich die Schraubenfläche natürlich mit möglichst geringem Spiel- raume im Cylinder bewegen. Eine Archimedes-Schraube dieser Art ist es auch, welche in Ivry zum Heben des Quecksilbers benützt wird.
durch einen Motor in Bewegung gesetzt wird. Die Schraube sorgt auf diese Art dafür, daß das Quecksilber aus dem unteren Reservoir continuirlich in das obere übergeführt wird.
Vom oberen Reservoir aus vertheilt sich das Quecksilber durch das horizontale Eisenrohr
D D
auf die damit verbundenen verticalen Kautschukrohre
B
der einzelnen Pumpen. Das Quecksilber fällt durch die Röhren
A B
hinab, fließt durch die geneigte Röhre bei
C
in das verticale Rohr
T
. Wo die schiefe Röhre in dieses einmündet, trifft das Quecksilber mit einer Luftsäule zusammen und reißt in seinem Falle durch das beiläufig 80 Centimeter lange Rohr
T B'
Luft in Blasenform mit. So wird der Raum des Rohres, welcher sich oberhalb der Einmündungsstelle der schiefen Röhre befindet, nach und nach der ihn erfüllenden Luft beraubt oder ausgepumpt. Das Rohr
T
setzt sich nach oben in die umgebogene Röhre
S
fort, welche in das Reservoir
R
ausmündet. Dieses enthält concentrirte Schwefelsäure, um Feuchtigkeit zu absorbiren und ist bei
O
mit einem Ansatze versehen, in welchem die Lampe
L
durch das zum Aussaugen der Luft bestimmte Glasröhrchen mittelst Kautschukpfropfens luftdicht befestigt wird. Es ist selbstverständlich, daß durch diese Verbindung der Lampe mit dem Fallrohre
T
auch aus der Lampe die Luft aus- gepumpt werden muß. Der Kohlenbügel der Lampe ist mit einem Stöpselumschalter und einem Rheostaten
F
in den Stromkreis einer Elektricitätsquelle eingeschaltet.
Zu Beginn des Auspumpens sind sämmtliche Widerstände
F
eingeschaltet und geht daher ein verhältnißmäßig schwacher Strom durch den Kohlenbügel. Je weiter aber die Verdünnung fortschreitet, desto mehr Widerstände schaltet man aus und läßt schließlich bei Ausschaltung sämmtlicher Widerstände den Strom in voller Stärke durchgehen, wenn die Verdünnung der Luft die gewünschte Höhe erreicht hat. Leuchtet dann die Lampe mit der geforderten Intensität, so unterbricht man das Auspumpen, indem man den Quecksilberzufluß durch Schließen des Hahnes
D
absperrt.
Um die Lampe zu vollenden, hat man sie nun noch vollkommen zu ver- schließen, was durch Abschmelzen des Röhrchens bei
a
mit Hilfe einer Stichflamme bewirkt wird. Die Lampe ist dann bis auf die Montirung mit den nothwendigen Ansatztheilen zum Gebrauche fertig. In welcher Art die Montirung ausgeführt wird, wurde bereits angegeben (Seite 615).
Vergleichung der Glühlichtlampen.
Um Glühlichtlampen untereinander vergleichen zu können, muß der in ihnen verbrauchte Effect bekannt sein. Dieser wird im elektrischen Maße erhalten, wenn man die in Volts gemessene Potential- differenz an den Zuleitungsdrähten multiplicirt mit der in Amp
è
res gemessenen Stromstärke. Das Product: Stromstärke mal Potentialdifferenz giebt uns daher einen Anhaltspunkt zur Beurtheilung der Güte einer Glühlichtlampe. Sonach könnte man glauben, die Höhe der Potentialdifferenz oder jene der Stromstärke sei gleichgiltig, wenn nur das Product beider dasselbe bleibt. Dem ist aber nicht so, da diese beiden Größen in Bezug auf den hierzu nöthigen Arbeitsaufwand, die Lichtstärke, die Dauer der Lampe und die Herstellung der Leitungen keine gleichwerthigen sind. Wir haben hier zwei Fälle zu unterscheiden, nämlich: Lampen, welche mit hoher Spannung und geringer Stromstärke arbeiten und solche, welche geringer Spannung und hoher Stromstärke bedürfen.
Will man mit beiderlei Lampen dieselbe Lichtstärke erhalten, so hat man für Lampen, die mit hochgespannten Strömen von geringer Stromstärke arbeiten sollen, Kohlenbügel zu verwenden, die verhältnißmäßig lang sind, aber einen kleinen Quer- schnitt besitzen. Hingegen müssen Lampen, die mit Strömen geringer Spannung, aber großer Intensität betrieben werden sollen, einen kurzen Bügel mit verhält- nißmäßig großem Querschnitte erhalten. Natürlich ist hierbei für die Kohlenbügel gleiches Material vorausgesetzt. Die Grenze, wie weit man mit der Steigerung der Spannung gehen kann, ist für die Beleuchtung mit Glühlichtlampen durch die Haltbarkeit des Kohlenbügels gegeben. Je höher nämlich die Spannung wird, desto größer muß die Länge und desto kleiner der Querschnitt des Kohlenbügels werden. So geben Siemens \& Halske ihren Glühlichtlampen für 10 Normalkerzen, die mit Strömen von 105 Volts Spannung arbeiten, Kohlenbügel von 110 Milli- meter Länge und 0·15 Millimeter Durchmesser. Es ist klar, daß ein weiteres Verringern des Durchmessers oder Erhöhen der Länge auch die Gebrechlichkeit des Bügels erhöhen muß. Die Grenze für die praktisch zulässige Stromstärke bestimmt nicht nur der Kohlenbügel, sondern hier wirkt auch die Anlage der Leitung ein.
Eine Lampe, die mit Strömen großer Intensität aber geringer Spannung arbeiten soll, muß kurze und dicke Kohlenbügel erhalten, weil ja der Widerstand ein geringer sein soll. Der Kohlenbügel gewinnt hierdurch allerdings an Festigkeit, soweit er mechanischen Einwirkungen ausgesetzt ist. Er erhält dadurch aber auch eine verhältnißmäßig große Masse. Um diese zum Glühen zu bringen, muß aber ein großer Theil der Energie in Wärme umgewandelt werden, die nicht nur für die Lichterzeugung verloren geht, sondern auch die Zerstörung der Lampe befördert. Die Anwendung geringer Spannungen und hoher Stromstärken führt aber, wie wir gleich sehen werden, auch noch andere Nachtheile mit sich.
Die Stärke der Leitungen muß aus Rücksicht auf die Feuersicherheit so gewählt werden, daß die Erhitzung derselben eine gewisse Größe nicht überschreitet; andererseits kann sie aber wegen des Materialpreises nicht so groß genommen werden, daß der Energieverlust durch die Leitung ganz vermieden wird. Man schlägt daher einen Mittelweg ein und gestattet einen Energieverlust von etwa 10 Procent. Vergleichen wir nun, unter Voraussetzung gleichen Energieverlustes durch die Leitung, zwei gleiche Beleuchtungsanlagen, deren eine mit Edison-, deren andere mit Swan-Lampen ausgeführt wurde. Für das Product: Stromstärke mal Spannung, welches constant sein soll, kann man auch setzen das Quadrat der Stromstärke mal Widerstand, weil ja die Spannung gleich ist dem Producte Widerstand mal Stromstärke. Soll nun aber das Product: Quadrat der Stromstärke mal Wider- stand für die Leitungen dasselbe bleiben, auch bei Anwendung von Lampen, die verschiedene Stromstärken erfordern, so muß sich der Widerstand der Leitung mit dem Quadrate der Stromstärke ändern, d. h. bei zwei-, drei-, viermal größerer Stromstärke muß der Widerstand vier-, neun-, sechzehnmal geringer werden. Dies erreicht man bei den Leitungen dadurch, daß man den Querschnitt vier-, neun-, sechzehnmal größer macht. Man kann daher sagen, daß der Querschnitt und somit auch das Gewicht der Leitung mit dem Quadrate der zum Betriebe der Lampe erforderlichen Stromstärke wachsen muß. Da nun die Swan-Lampe einen beiläufig doppelt so starken Strom erfordert als die Edison-Lampe, so erfordert eine Beleuch- tungsanlage mit Swan-Lampen das vierfache Gewicht an Leitungsmaterial als eine gleich große Anlage mit Edison-Lampen.
Dieses Verhalten spricht natürlich sehr zu Ungunsten jener Lampen, welche Ströme hoher Stromstärke bedürfen, und zwar namentlich dann, wenn die Anlage eine große wird, also die Leitungen erhebliche Längen bekommen, wie dies z. B. bei Centralstationen für elektrische Beleuchtung der Fall ist. Es wäre jedoch falsch, hieraus auf Unbrauchbarkeit der Lampen für höhere Stromstärke zu schließen, da die eben besprochenen Umstände einerseits bei kurzen Leitungen kaum in Betracht kommen, andererseits aber bei ausgedehnten Leitungen durch die Schaltung der Lampen in vielen Fällen unschädlich gemacht werden können. Ordnet man nämlich nicht sämmtliche Lampen parallel nebeneinander an, wie dies bei Glühlichtern gewöhnlich geschieht, sondern je zwei hintereinander, so wirken diese
beiden
Lampen gerade so wie
eine
Lampe, welche die doppelte Spannung erfordert. Die Nachtheile der Anwendung von Lampen für hohe Stromstärke und geringe Spannung können also durch Hintereinanderschaltung zweier oder auch mehrerer Lampen paralysirt werden. Dieses Auskunftsmittel ist jedoch nur dann zulässig, wenn man nicht die volle Unabhängigkeit einer Lampe von der andern fordert, wenn man darauf verzichtet, jede Lampe beliebig auslöschen oder anzünden zu können. Die räumliche Vertheilung
einzelner
Lampen ist hierbei natürlich ausgeschlossen, weil ja das Auslöschen oder Anzünden einer Lampe das Auslöschen oder Anzünden sämmtlicher hintereinander geschalteter Lampen zur Folge hätte.
Bei größeren Anlagen kann jedoch die Hintereinanderschaltung auch in der Weise erfolgen, daß man nicht die einzelnen Lampen, sondern größere Lampen- gruppen hintereinanderschaltet. Bei dieser Anordnung wird die Kostspieligkeit der Leitung gleichfalls vermieden, und hat das Auslöschen einer Lampe noch nicht das Auslöschen aller Lampen derselben Gruppe zur Folge. Hier kann eine oder können selbst mehrere Lampen ausgelöscht werden, ohne die übrigen Lampen zu stören, vorausgesetzt, daß die betreffende Gruppe eine hinlänglich große Anzahl von Lampen umfaßt. Es ist nämlich zu bedenken, daß der Strom, welcher durch die einzelnen Gruppen fließt, hierbei derselbe bleibt, daß also die in Thätigkeit bleibenden Lampen ihn, ohne Schaden zu nehmen, bewältigen können müssen. Diese Anordnung bewährt sich ganz gut, wenn sämmtliche Lampen einer Gruppe stets gleichzeitig brennen oder ausgelöscht werden, wie dies z. B. bei Beleuchtungsanlagen in Theatern u. dgl. der Fall ist. Sie stößt jedoch namentlich dann auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn Lampen verschiedener Leuchtkraft erforderlich sind.
Bis jetzt setzten wir bei der Vergleichung der Glühlichtlampen gleiche Tem- peratur der Kohlenbügel voraus. In Bezug auf den Nutzeffect ist es jedoch nicht gleichgiltig, bis zu welcher Temperatur der Kohlenfaden erhitzt wird. Die Stei- gerung der Temperatur übt auf die Leuchtkraft eine zweifache Wirkung aus: sie vermehrt die Strahlen und steigert gleichzeitig die Intensität jedes Strahles. Man erhält daher für einen bestimmten Kraftaufwand, z. B. eine Pferdekraft, desto mehr Licht, je höher die Temperatur des Kohlenfadens steigt. So giebt
Siemens
an, daß bei einer bestimmten, schwachen Rothglut durch bestimmte Kohlenbügel nur 10 Normalkerzen erhalten werden können, während ebensolche Kohlenbügel in heller Weißgluth für denselben Kraftaufwand 300 Normalkerzen geben.
Bei jedem leuchtenden Körper hat man die Aussendung leuchtender und nicht- leuchtender Strahlen zu unterscheiden. Für uns haben natürlich nur die ersteren einen Werth; die Umwandlung von Elektricität in letztere ist für uns ein Energie- verlust. Es ist sowohl von theoretischem Interesse, als auch von praktischem Werthe, das Verhältniß zwischen leuchtenden und nichtleuchtenden Strahlen einer Lichtquelle zu kennen. Letzteres ist uns dadurch ermöglicht, daß die Physik ein Mittel an die Hand giebt, beiderlei Strahlen voneinander zu trennen. Dies besteht in der An- wendung einer Lösung von Jod in Schwefelkohlenstoff, welche die Eigenschaft hat, die leuchtenden Strahlen einer Lichtquelle zu absorbiren oder zu verschlucken, während die nicht leuchtenden Strahlen ungehindert durchgehen. Versuche, welche
Tyndall
in dieser Weise mit verschiedenen Lichtquellen anstellte, ergaben als Antheil der leuchtenden Strahlen an der Gesammtstrahlung einer Oelflamme 3 Procent, einer Gasflamme 4 Procent, einer weißglühenden Platinspirale 4·6 Procent und des Voltabogens 10 bis 11 Procent. Hieraus ersehen wir, daß selbst bei unserer intensivsten künstlichen Lichtquelle der Verlust an Arbeit, welche vom Strome geleistet wird, 90 Procent beträgt, indem diese zur Erzeugung dunkler Wärmestrahlen ver- wendet werden, die für Beleuchtungszwecke gänzlich nutzlos sind. Der Arbeitsverlust bei den Glühlichtlampen steht zwischen dem der Platinspirale und jenem des Volta- bogens und nähert sich dem letzteren umsomehr, je näher die Temperatur des Kohlen- bügels jener des Voltabogens kommt. Natürlich kann diese Annäherung nicht sehr weit getrieben werden, da die gegenwärtig in Verwendung stehenden Kohlenbügel eine so hohe Temperatur nicht auszuhalten im Stande sind.
Doch ist es nicht die Temperatur allein, welche auf den Lichteffect Einfluß ausübt, sondern dieser wird auch durch das Emissions- oder Ausstrahlungsvermögen des glühenden Körpers bestimmt. Die Gesammtausstrahlung verschiedener Körper gleicher Temperatur ist nicht dieselbe; dies lehrt ein einfacher Versuch: man erhitzt in demselben Feuer ein Stück Glas und ein Stück Eisen; zieht man dann beide heraus, so wird das Glas kaum leuchten, während das Eisen helle Gluth zeigt. Ob auch das Verhältniß zwischen leuchtenden und nichtleuchtenden Strahlen bei verschiedenen Körpern gleicher Temperatur ein verschiedenes ist, bedarf noch genauerer Untersuchungen; doch ist dies mit einiger Wahrscheinlichkeit anzunehmen. Jedenfalls übt aber die Beschaffenheit der Kohle und ihrer Oberfläche auf das Güteverhältniß einer Glühlichtlampe einen Einfluß aus.
Aus dem Vorhergehenden erhellt, daß man die Temperatur der Kohlenbügel in den Glühlichtlampen möglichst hoch zu wählen hat; diese Steigerung der Tem- peratur findet jedoch bald eine Grenze durch einen Umstand, der bisher nicht erwähnt wurde: Es ist dies die Haltbarkeit der Lampe. Soll die Anwendung einer sehr hohen Temperatur ökonomisch bleiben, so darf darunter die Lebensdauer der Lampe keine Einbuße erleiden. Es mag an dieser Stelle auch darauf hingewiesen werden, daß es zwecklos ist, die Intensität der Glühlichtlampen sehr zu erhöhen, da das Glühlicht wohl mit dem Gaslicht, Petroleumlicht u. s. w., überhaupt mit Lichtquellen geringer Intensität concurriren kann, aber, auch weitere Vervoll- kommnungen vorausgesetzt, nie im Stande sein wird, mit dem Bogenlichte zu concurriren.
Nach Versuchen, welche
Tresca
und seine Mitarbeiter ausgeführt haben, verhalten sich die Nutzeffecte von Glühlicht zu Kerzenlicht (d. h. Licht elektrischer Kerzen) und zu Bogenlicht wie 1 zu 3 zu 7.
Wir haben schließlich noch den Einfluß der Form des Querschnittes zu betrachten. Besitzen zwei Kohlen denselben Querschnitt und dieselbe Länge, ist aber der Querschnitt der einen Kohle ein Rechteck, jener der andern Kohle ein Kreis, so hat offenbar die erstere Kohle die größere Oberfläche. Unter der Voraussetzung gleicher Temperatur müßte also die Strahlung der eckigen Kohle größer sein als jene der runden, da unter diesen Umständen die Ausstrahlung der Oberfläche proportional ist. Soll nun die Ausstrahlung für beide Kohlen die gleiche werden, so muß man die runde Kohle verlängern. Dann haben beide Kohlen denselben Querschnitt, deshalb auch dieselbe Haltbarkeit und auch die gleiche Leuchtkraft. Bei der runden Kohle ist jedoch der Widerstand ein höherer geworden, weil die Länge zugenommen hat, und dies führt zu einer Erhöhung der Strom- spannung. Da dies aber, wie wir früher gesehen haben, vortheilhaft ist, so verdient die Kohle mit rundem Querschnitte den Vorzug vor der Kohle mit rechteckigem Querschnitte.
Aus diesen Betrachtungen, welche W.
Siemens
zum Gegenstande eines ausführlichen Vortrages machte, sind auch die Richtungen zu ersehen, nach welchen hin die Vervollkommnung der Glühlichtlampen anzustreben ist. Man muß trachten, die Kohle zum Aushalten einer höheren Temperatur zu befähigen und ihre Ober- fläche so zu gestalten, daß hierdurch die Ausstrahlung leuchtender Strahlen möglichst begünstigt wird; ferner wird man an die Vervollkommnung der Methoden zur Herstellung des Vacuums und darauf denken müssen, die Kosten der Leitungen herabzumindern.
In nachstehender Tabelle sind die Resultate der Messungen an Glühlicht- lampen zusammengestellt, welche bei den Ausstellungen in Paris und München erhalten wurden.
Urbanitzky
: Elektricität. 41
2. Gruppe. Halbglühlicht- oder Halb-Incandescenzlampen.
Bei diesen Lampen entsteht das Licht an der Berührungs- oder Contact- stelle zweier Elektroden; man nennt sie daher auch
Contactglühlichtlampen
oder Glühlichtlampen mit unvollkommenem Contact.
Werdermann
hat durch zahl- reiche Versuche festgestellt, daß, wenn man den Querschnitt der positiven Kohle verkleinert und den der negativen gleichzeitig vergrößert, letztere immer schwächer glüht, während erstere zu immer stärkerer Gluth gelangt. Durch die Ungleichheit der Querschnitte wird der Widerstand, welchen der Strom an der Berührungsstelle beider Kohlen findet, vergrößert und daher nimmt auch die Erhitzung zu. Bei einem beiläufigen Verhältnisse von 1 zu 64 des Querschnittes der positiven zum Querschnitte der negativen Kohle erhitzt sich diese fast gar nicht, erleidet daher auch keine Abnahme, während die positive Kohle unter Entwicklung eines schönen, ruhigen Lichtes stetig abbrennt.
Die Halb-Incandescenzlampen sind eine Erfindung der jüngsten Zeit.
Barley
ist nach Angabe
Fontaine’s
der erste, welcher eine derartige Lampe erfand. Er beschrieb sie in einem Patente auf eine elektrische Maschine, welches er im Jahre 1876 nahm. Die im Jahre 1878 von
Reynier, Markus
und
Werdermann
erdachten Lampen waren jedoch die ersten, welche regelmäßig functionirten.
Das Princip der
Glühlichtlampe von Reynier
charakterisirt du Moncel in einer Mittheilung an die Pariser Akademie mit folgenden Worten:
Wenn ein dünnes Kohlenstäbchen, auf welches seitlich ein elastischer Contact drückt, und welches in der Richtung seiner Axe gegen einen festen Contact gedrückt wird, zwischen diesen beiden Contacten durch einen genügend kräftigen elektrischen Strom durchflossen wird, so kommt diese Partie zum Weißglühen und verbrennt, während sich das Ende zuspitzt. In dem Maße, wie die Abnützung des Endes statt- findet, wird durch den ständig darauf wirkenden Druck das Kohlenstäbchen weiter vorgeschoben, indem es durch den elastischen Contact gleitet und dabei immer auf dem fixen Contact aufruht. Die in Folge des Durch- ganges des Stromes im Kohlenstäbchen hervorgerufene Wärme wird durch die gleichzeitige Verbrennung des Kohlenstoffes wesentlich erhöht.
Die praktische Ausführung bestand anfangs darin, daß
Reynier
einen dünnen Kohlenstab senkrecht auf ein Kohlen- klötzchen stellte und ersteres mit einem seitlichen Contacte versah. Das Stäbchen bildete bei dieser Anordnung den positiven, das Klötzchen den negativen Pol. Diese Lampe wurde aber bald aufgegeben, da sich beim Brennen derselben der Uebelstand herausstellte, daß die Unreinigkeiten (mine- ralische Bestandtheile) des Kohlenstäbchens sich als Asche auf dem Klötzchen ansammelten und dann den guten Contact beeinträchtigten.
Reynier
setzte daher an Stelle des Kohlen- klötzchens eine drehbare Kohlenscheibe und ließ den dünnen Kohlenstab seitlich von der Umdrehungsaxe der Scheibe auf diese auftreffen. Der seitliche Druck, welchen in solcher Art der Kohlenstab im Vereine mit seinem Träger auf den Umfang der Kohlenscheibe ausübt, versetzt letztere in eine langsame Umdrehung und bringt in dieser Weise immer neue Stellen der Scheibe mit dem Stabe zum Contact.
Die Construction dieser Lampe ist in Fig. 451 dar- gestellt. Eine Messingstange
S
als Träger des positiven Kohlenstabes
K
kann zwischen Gleitrollen in der Messing- säule
M
herabsinken. Die negative Kohle ist die kreisförmige Kohlenscheibe
K
1
, deren Axe sich in einer auf der Säule isolirt befestigten Gabel
G
drehen kann; diese ruht (mit ihrem Ende bei
G
) auf einem Hebel, welcher auf die Messing- stange drückt, um als Bremse ein zu rasches Nachsinken der positiven Kohle zu verhindern. Die Führung des Kohlen- stabes
K
wird durch eine Kupferrolle
r
besorgt, welche an einem Winkelarme drehbar ist; die Stromzuleitung erfolgt durch einen am selben Arme befestigten Kohlenklotz
a
, der
Fig. 451.
Lampe von Reynier.
durch seine eigene Schwere immer mit der Elektrode in leitender Berührung erhalten wird. Der Strom tritt bei der Klemme
P
1
ein, geht durch die Masse der Lampe und den Kohlenklotz in den positiven Kohlenstab, dann in die negative Kohlenscheibe, durch deren von der Lampe isolirten Träger und die Drahtleitung zur Klemme
P
.
Die Kohlenstäbe haben einen Durchmesser von 2 Millimeter, eine Länge von 0·3 Meter und dauern 2 Stunden. Die Lichtstärke variirt nach der Anzahl der Lampen, die in den Stromkreis einer Maschine eingeschaltet werden. So ergab sich
41*
dieselbe zu 13 Carcelbrennern, als 6 Lampen in den Stromkreis einer Gramme- schen Maschine eingeschaltet wurden, welche 920 Touren pro Minute machte.
Die gesammte Lichtintensität betrug also 78 Carcelbrenner, während bespiels- weise ein Serrin’scher Regulator unter denselben Umständen 320 Carcelbrenner Lichtstärke ergab.
Die Glühlichtlampe von
Marcus
in Wien hat im Wesentlichen dieselbe Construction, und unterscheidet sich von der eben besprochenen hauptsächlich dadurch, daß sie an Stelle der Kohlenscheibe einen Cylinder, dessen Axe und Lager mit einem Schraubengewinde versehen sind, besitzt; dadurch wird mit der Umdrehung
Fig. 452.
Lampe von Reynier.
des Cylinders gleichzeitig eine seitliche Ver- schiebung in der Richtung der Rotationsaxe verbunden, was bei langem Brennen der Lampe vortheilhaft erscheint.
Das gegenwärtig gebräuchliche Modell der Lampe von
Reynier
ist in Fig. 452 abgebildet. Auf einer Metallplatte
P
sind zwei ineinander gesteckte Röhren befestigt, von welchen die eine
P
1
von der Grundplatte (durch den schwarzen Ring) isolirt ist, während die andere, innere Röhre
P
2
mit der Grund- platte und durch diese mit der positiven Pol- klemme + in leitender Verbindung steht. Die äußere Röhre
P
1
ist mit der isolirten Pol- klemme — durch einen Draht verbunden. Beide Röhren sind voneinander isolirt. Die Gabel
g
, welche den Contactstift
c
trägt, ist an der inneren Röhre
P
2
befestigt; der Contactstift selbst besteht aus einem in einer Messingröhre gefaßten Graphitstück und wird durch die Feder
f
gegen den Kohlenstab
k
angedrückt. Von der Gabel isolirt ist am unteren Ende derselben der Träger
t
für den — Pol angebracht, der, wie der Contact- stift
c
, gleichfalls aus einem in Messing ge- faßten Graphitstück
s
besteht. Die Messing- fassung ist durch Bajonettverschluß an dem Träger
t
befestigt. Das Graphitstück
s
steht durch den Träger
t
und den gabelförmigen Draht
d
mit der äußeren Röhre
P
1
in leitender Verbindung. Der Kohlenstab
k
wird durch das Cylindergewicht
P
3
stets gegen das Graphitstück
s
angedrückt. Die Arme
a
und
b
dienen als Träger für die Glaskugel.
Der Stromgang in der Lampe ist hiernach folgender: Der Strom tritt bei der Klemme + ein, geht durch die Grundplatte
P
in die innere Röhre
P
2
, durch diese und den Contactstift
c
zum Kohlenstäbchen
k
; hier erzeugt er in Folge des unvollkommenen Contactes mit
s
das Glühlicht, geht dann durch den Träger
t
, den Draht
d
und die äußere Röhre
P
1
zur negativen Polklemme —.
Der Durchmesser der gegenwärtig in Gebrauch stehenden Kohlenstäbe beträgt 2·5 Millimeter bei 1 Meter Länge; die Brenndauer ist ungefähr 6 Stunden. Die Länge des glühenden Theiles kann von 4 bis 8 Millimeter variirt werden und das erzeugte Licht entspricht 5 bis 20 Carcelbrennern. Mit 8 großplattigen Elementen nach
Bunsen
erzeugt man ein Licht von beiläufig 12 Carcelbrennern. Wird die Lampe mit Strömen einer elektrischen Maschine betrieben, so giebt sie 30 bis 40 Carcelbrenner per Pferdekraft. Das Einsetzen eines neuen Kohlenstabes erfolgt einfach in der Weise, daß der Bajonettverschluß des negativen Kohlenträgers gelöst wird, worauf durch die nun leere Röhrenfassung der Stab von unten ein- geschoben werden kann. Die Einschaltung mehrerer derartiger Lampen in einen Stromkreis ist ohne Schwierigkeit ausführbar.
Die
Glühlichtlampe von Werdermann
unterscheidet sich von der vorigen hauptsächlich durch die Umkehr der Anordnung.
Werdermann
giebt oben die negative und unten die positive Kohle (Fig. 453).
Der positive Kohlenstab ist an Schnüren aufgehängt, die bei
r
über Rollen laufen und als Gegengewicht den Cylinder
c
tragen; durch das Ge- wicht des Cylinders
c
wird der Stab gegen die negative Kohlen- scheibe
s
gedrückt und auf diese Weise der Contact hergestellt. Die Kohlenscheibe
s
ist an einem hori- zontalen, um den Zapfen
z
dreh- baren Arm befestigt, und dieser trägt an seinem zweiten Ende ein verstellbares Gegengewicht
p
. Um den Contact unabhängig vom Brennen der Lampe stets gut zu erhalten, ist an dem horizontalen Arme eine Feder
f
angebracht, die auf die bewegliche Backe
b
drückt. Die Wirkung dieser Einrichtung ist folgende: Ist der Kohlenstift stark an die Scheibe angedrückt, so übt auch die Feder
f
auf die Backe
b
einen starken Druck, klemmt den
Fig. 453.
Lampe von Werdermann.
Kohlenstab ein und verhindert so ein weiteres Nachschieben desselben; ist durch das Abbrennen des Stabes der Contact ein loser geworden, so nimmt auch der Druck der mit der Feder verbundenen Backe ab und gestattet dem Kohlenstäbchen nach- zurücken. Es wird dadurch ein zu starker Druck des Stäbchens gegen die Kohlen- scheibe, der leicht ein Abbrechen des Stäbchens bewirken kann und die Lampe unruhig brennen ließe, vermieden.
Mehrere dieser Lampen können auch in einen Stromkreis hintereinander ein- geschaltet werden, da in dem Falle, als eine Lampe erlöschen sollte, also kein Contact zwischen Stäbchen und Scheibe mehr stattfindet, sich der horizontale Arm senkt und durch Bildung eines metallischen Contactes die eine Lampe aus dem gemeinsamen Stromkreise ausschaltet. Dadurch ist aber ein gleichzeitiges Verlöschen aller übrigen Lampen hintangehalten.
Die Anwendung der oben geschilderten beweglichen Backe, die als eine Art Bremse wirkt, hat aber den Nachtheil, daß letztere einer raschen Abnützung unter- liegt und dann für den Uebergang des Stromes aus den Backen in die Kohle schlechten Contact giebt, indem die oberen Ränder der Bremse sich ausweiten und daher die beiden Backen in Berührung kommen, ohne mit der Kohle einen sicheren Contact zu bilden. Die Lampe wird dann unregelmäßig brennen oder ihren Dienst ganz versagen. Die Abnützung selbst wird einerseits durch die beständige Bewegung der einen Backe und die damit verbundene Reibung, andererseits durch die fort- während starke Erhitzung bewirkt. Um diese Uebelstände zu beseitigen, hat Napoli verschiedene Verbesserungen erdacht. Eine derselebn besteht darin, daß die beiden
Fig. 454.
Lampe von Brougham.
Backen durch Metallstäbchen ersetzt werden, die bei- läufig denselben Querschnitt haben wie das Kohlen- stäbchen. Bei dieser Anordnung kommen die beiden Theile der Bremse nie in directen Contact, welcher Art auch immer ihre Abnützung sein mag.
Der vorbeschriebenen Lampe ähnlich construirt ist die von
Lescuyer
. Soll der Kohlenstab unterhalb der Platte angeordnet werden, so besorgt eine Spiral- feder oder auch comprimirte Luft den Nachschub, der durch eine Düse dadurch geregelt wird, daß diese ver- möge ihrer Oeffnung immer nur den zugespitzten Theil des Kohlenstäbchens heraustreten läßt.
Brougham’s
Lampe ist frei von jedem Mecha- nismus; besonderer Werth wurde darauf gelegt, den Zutritt der Luft auszuschließen, um dadurch die Brenn- dauer eines Stäbchens bedeutend erhöht zu bekommen. Der Glascylinder
g g
(Fig. 454) ist durch einen Deckel
s s
nach Art der Stopfbüchsen verschlossen. Auf dem Deckel ist ein Rohr aufgesetzt, welches innen mit isolirender Substanz ausgekleidet ist und ein zweites bedeutend engeres Rohr
r r
in sich schließt. In dem engen Rohre befindet sich der Kohlenstab
k
, der mit Hilfe eines kleinen Gewichtes durch die Platinklemme
c
herabgedrückt wird. Gegenüber dieser Klemme steht ein Kupferstück
C
in der Form einer Pyramide, auf deren Spitze der Kohlenstab auftrifft. Die Kupferpyramide ist durch eine Stange an dem Deckel
s s
befestigt.
Nach Einführen des Kohlenstabes in die Röhre
r r
wird diese oben luftdicht verschlossen und die ganze Lampe ist in das mit Wasser gefüllte Gefäß
g
1
g
1
eingesetzt. Der Deckel
a a
dient dazu, um die Verdunstung des Wassers hintanzuhalten und ist sammt dem Gefäße
g
1
g
1
an einem Ansatze der weiten Röhre befestigt.
Der Strom tritt am oberen Ende der Röhre
r r
ein, durchlauft diese und den Kohlenstab, gelangt dann in die Kupferpyramide und verläßt durch deren Träger und das äußere Rohr die Lampe. Der Kohlenstab brennt zunächst wie bei den anderen Glühlichtlampen ab und sinkt im selben Maße nach; sobald aber der Sauerstoff der im Gefäße
g g
enthaltenen Luft aufgebraucht ist, was beiläufig nach einer Stunde eintreten soll, schreitet der Verbrauch des Kohlenstäbchens sehr langsam fort (circa 3 Millimeter pro Stunde). Die Brenndauer wird in dieser Art außergewöhnlich verlängert. Bei Anwendung einer kleineren Gramme’schen dynamoelektrischen Maschine sollen 36 in einen Kreis geschaltete Lampen eine Lichtstärke von je 35 Normalkerzen erzeugt haben.
Die Glühlichtlampe von Ducretet
ist mehr zur Anwendung in Labora- torien und physikalischen Cabineten geeignet als zu industrieller Verwendung; sie zeichnet sich übrigens durch Einfachheit der Construction aus. Der Kohlenstab
T
befindet sich in einer mit Quecksilber nahezu vollgefüllten Röhre (Fig. 455) und wird durch den Auftrieb, den er im Quecksilber erleidet, stets gegen die Kohlen- scheibe
H
gedrückt. Diese ist durch eine Schraube verstellbar an dem Träger
S
angebracht, welcher an der Röhre isolirt befestigt ist. Das obere Ende der Röhre ist durch eine isolirt aufgesetzte Metallkapsel geschlossen, deren Oeffnung der Dicke des Kohlenstabes entsprechend eingestellt werden kann. Diese Kapsel steht durch den Leitungsdraht
t
mit einer am Fuße der Lampe angebrachten Klemme in leitender Verbindung. Die zweite Polklemme der Lampe ist zum bequemen Oeffnen und Schließen des Stromes als Schlüssel
M V
gestaltet. Dieser steht nicht mit dem Lampenkörper, wohl aber durch den Draht
t'
mit dem Träger
s s
der Kohlenscheibe in leitender Verbindung.
Beim Betriebe der Lampe wird der Kohlenstab, entsprechend seinem Abbrennen, durch den stetig wirkenden Auftrieb des Quecksilbers nachgeschoben. Bei längerem Brennen der Lampe erhitzt sich die Metallkapsel
B
sehr bedeutend; diese Erwärmung theilt sich aber, wie die Erfahrung gezeigt hat, zu nur sehr geringem Theile der oberen Partie des Quecksilbers mit, während der weitaus größte Wärmeantheil durch den starken Draht
t
eine aus- giebige Ableitung in den Fuß der Lampe erfährt, wo er hinreichende Flächen zur Ausstrahlung vor- findet. Auf diese Art vermeidet man das lästige Auftreten der Quecksilberdämpfe.
Die Anwendung des immerhin nicht sehr empfehlenswerthen Quecksilbers ist bei der Lampe von
W. Ph. Hauck,
bei welcher ebenfalls Flüssig- keitsauftrieb den Kohlennachschub bewirkt, ganz
Fig. 455.
Lampe von Ducretet.
vermieden, indem hier Glycerin die Stelle des Quecksilbers vertritt. Das Kohlen- stäbchen
K
, Fig. 456, ruht mit seinem unteren Ende auf einem Messingstifte, der an einem Schwimmer befestigt ist. Letzterer befindet sich in dem mit Glycerin gefüllten Cylinder
C
. Zur Führung des Kohlenstabes und zur Stromzuleitung dient ein auf dem Deckel aufgeschraubtes Kupferrohr, dessen innerer Durchmesser der Dicke des Kohlenstabes entspricht, und welches an seinem oberen Ende mit einem Ansatz
A
versehen ist, auf dem die beiden Röllchen
R
drehbar befestigt sind. Ueber das Kupferrohr ist ein Cylinder
E
aus weichem Eisen geschoben. Das eine Ende der Drahtwindungen
D
, welche diesen umgeben, ist mit der Klemme
P'
, das andere mit dem Eisencylinder
E
verbunden. Am oberen Ende trägt letzterer eine gleichfalls aus Eisen verfertigte Gabel
G
, in welcher sich der ebenfalls eiserne Hebel
H
drehen kann. Dieser Hebel ist an seinem unteren Ende rechtwinkelig umgebogen und bildet den Anker zum Elektromagnete
E
. Da aber die Gabel
G
Fig. 456.
Lampe von Hauck.
gleichfalls aus weichem Eisen hergestellt ist, bildet sie mit dem Hebel eine nach abwärts geschlagene Verlängerung des Elektromagnetes; es muß also das untere, rechtwinkelig ab- gebogene Stück des Hebels immer dieselbe Polarität zeigen, wie das obere Ende des Elektromagnetes, daher also die entgegen- gesetzte wie das untere gegenüberstehende Ende des Elektromagnetes. Durch diese Anordnung wird natürlich die Anziehung zwischen Anker und Elektromagnet verstärkt. Das obere Ende des Ankers oder Hebels trägt ein Winkel- stück, auf welchem das Röllchen
R'
leicht beweglich angebracht ist, und gleichzeitig auch die Kohlenscheibe
S
. Die Feder
F
dient zur Regulirung der Hebelstellung.
So lange kein Strom durch die Lampe geht, hält die Scheibe
S
durch ihr Ueber- gewicht den Hebel vom Elektromagnete ent- fernt; diese Stellung wird überdies noch durch die Feder
F
unterstützt. Gleichzeitig ist auch das Röllchen
R'
von den Röllchen
R
entfernt, und der Kohlenstab kann bis zur Berührung der Kohlenscheibe hinaufsteigen. Wird aber die Lampe von einem Strome durchlaufen, so zieht
D
den Anker
H
an, und dieser klemmt den Kohlenstab durch Andrücken des Röllchens
R'
, während
S
noch ein klein wenig zurück- weicht. Hiermit ist ein doppelter Zweck ver- bunden, es wird ein zu kräftiges Andrücken des Kohlenstabes an die Scheibe vermieden, was leicht das Abbrechen der glühenden Spitze und somit ein unruhiges Licht zur Folge haben kann, und da die Bremsung etwas früher eintritt, als Kohlenstab und Scheibe zur Berührung kommen, ist hierdurch Gelegen- heit zur Bildung eines sehr kleinen Volta- bogens gegeben.
Der Strom gelangt durch die Klemme
P
in die Kupferröhre, von dieser durch die Contactröllchen in den Kohlenstab, geht über die Kohlenscheibe
S
und die Gabel
G
in den Eisencylinder
E
, durchlauft die Drahtwindungen
D
und verläßt die Lampe bei der Polklemme
P'
. Der Kohlenstab bleibt so lange durch die Röllchen am Aufwärtsgehen gehindert, bis durch Abbrennen der Kohlenspitze der Widerstand im Stromkreise so sehr gewachsen ist, und der Strom in
D
so stark abgenommen hat, daß der Anker
H
durch die Feder
F
vom Elektromagnete abgezogen wird, und durch die gleichzeitige Entfernung des Röllchens
R'
von den beiden Röllchen
R
der Kohlenstab wieder aufwärts gehen kann.
Um eine noch empfindlichere Regulirung zu erreichen, wird die Eisenröhre überdies mit mehreren Lagen feinen Drahtes versehen, die in einen Nebenschluß derart geschaltet werden, daß sie beim Durchgange eines Stromes in der Eisenröhre die entgegengesetzten Magnetpole er- zeugen, wie der directe Draht. Wächst der Widerstand im Hauptstromkreise bis zu einem gewissen Grade, so schwächt der Nebenschluß den Hauptstrom, der Magnet verliert seine Kraft und der Anker wird durch die Feder abgezogen.
Ist der Kohlenstab ganz ver- brannt, so legt sich der Hebel
H
mit seinem unteren rechtwinkelig abgebogenen Ende gegen einen Platincontact, welcher mit der Klemme
P″
verbunden ist und dadurch die Einschaltung einer Ersatz- lampe oder auch eines entsprechenden Widerstandes bewirkt. Es wird dies in folgender Weise erreicht: So lange noch ein Kohlenstab in der Lampe ist, kann das untere Ende des Hebels
H
den Platincontact nicht berühren, weil das Röllchen
R'
gegen den Kohlenstab stößt, bevor noch die in Rede stehende Berührung erfolgen kann. Ist aber die Kohle ausgebrannt, so kommt der anfangs erwähnte Messingstift des Schwimmers zwischen die drei Röllchen; dieser ist aber an seinem oberen Ende dünner als der Kohlenstab und gestattet deshalb ein näheres Aneinandertreten der Röllchen, somit auch die Bewegung des unteren Endes von
H
bis zur Berührung mit dem Platincontacte.
Die in Fig. 457 dargestellte
Lampe von Jo
ë
l
besitzt einen aus zwei voneinander elektrisch isolirten
Fig. 457.
Lampe von Jo
ë
l.
Theilen
I
und
II
gebildeten Kupfermantel, dessen einer Theil (
II
) mit Hilfe des Zahnes
G
und des Hakens
T
mit dem Theile
I
in leitende Verbindung gesetzt werden kann. Das untere Ende des Theiles
I
trägt durch Vermittlung der Röhre
N N
zwei um
J
drehbare Kluppen von der Form zweiarmiger Hebel. Innerhalb des Rohres
N N
befindet sich, ohne ersteres zu berühren, die Röhre
P
, welche oben zwei Rollen
R
und
C
, unten aber einen vorspringenden Rand trägt. Ueber die Rollen
R
und
C
und über die bei
B
angebrachten Rollen lauft eine Schnur, welche mit Hilfe des Gegengewichtes
w
die Röhre
P
in der Balance erhält. Der untere Rand der Röhre stößt mittelst zweier feiner, verstellbarer Schrauben gegen die oberen Hebelarme der Kluppen
J J
. Unterhalb der Rolle
R
ist die Röhre
P
an dem um
A
drehbaren Anker des Elektromagnetes
S
befestigt. Dieser Elektromagnet liegt in einem Nebenumschlusse zur Hauptleitung. Innerhalb der Röhre
P
kann der Kohlenträger, so lange die Kohle nicht bei
e
durch die beiden Backen
J J
gehindert wird, frei bis zur Berührung mit der negativen Elektrode
E
hinab- gleiten. Die negative Elektrode besteht entweder ganz aus Kupfer oder trägt einen Graphiteinsatz und ist durch einen seitlichen Arm mit dem Theile
II
des Lampen- körpers verbunden.
Die Lampe functionirt in folgender Weise: Bevor ein Strom in die Lampe eintritt, wird die positive Kohle so eingesetzt, daß deren Spitze die negative Platte
E
berührt. Das Gewicht
w
strebt hierbei die Röhre
P
nach oben zu ziehen, wodurch diese mittelst ihres unteren Randes und der kleinen Schräubchen auf die oberen Hebelarme der Backen
J J
drückt, daher deren untere Hebelenden an den Kohlenstab anpreßt und den Contact herstellt. Der Strom tritt dann durch den Lampentheil
I
ein und gelangt durch
N N
und die Backen
J J
in die positive Kohle
e
; von hier aus setzt der Strom seinen Weg durch die negative Platte und den seitlichen (in der Figur weggelassenen) Arm zum Lampentheil
II
fort und geht zur Stromquelle zurück. Wenn nun der Kohlenstift abbrennt, so wird der Widerstand in dem eben angegebenen Stromkreise größer und es geht ein immer größerer Antheil durch den in der Zweigleitung liegenden Elektromagnet
S
, dieser zieht endlich seinen Anker an und senkt somit das Rohr
P
. Damit ist aber auch der Druck gegen die oberen Hebelarme der Backen
J J
aufgehoben, die unteren Arme gehen auseinander und der Kohlenstift kann wieder bis zur Berührung mit der Platte
E
nachsinken. Dies bewirkt dann eine Verminderung des Widerstandes im Lampenstromkreise und daher eine Verminderung des Stromes im Elektromagnet; dieser läßt seinen Anker los, und in Folge dessen legen sich die Backen abermals an den Kohlenstab, womit der anfängliche Zustand der Lampe wieder hergestellt erscheint.
Ist der Kohlenstab verzehrt, so tritt der Kohlenhälter zum Theile aus der Röhre heraus und bewirkt durch Drehung eines Hebels in einfachster Art einen kurzen Schluß, wodurch die Lampe aus dem Stromkreis ausgeschaltet wird. Soll ein neuer Kohlenstab eingesetzt werden, ohne die übrigen im selben Stromkreise brennenden Lampen zu stören, so wird die Lampe ebenfalls kurz geschlossen, und zwar durch die vorhin erwähnte Einrichtung des Zapfens
G
am Lampentheile
II
und des Hakens
T
am Theile
I
.
Die Brenndauer der Lampe beträgt je nach der Länge des Kohlenstiftes 7 bis 14 Stunden. Professor
Adams
hat mit der Jo
ë
l’schen Lampe eine Leucht- kraft von 715 Kerzen pro Pferdekraft erreicht.
3. Gruppe. Regulatorlampen.
Wir lernten bereits (auf Seite 601) eine von
Foucault
construirte Regulator- lampe kennen und erfuhren deren Mängel. Auch wurde darauf hingewiesen, daß später
Foucault und Duboscq
den Apparat mit zwei voneinander unabhängigen
Uhrwerken
versahen und dadurch wesentlich verbesserten. Zwar ist auch dieser verbesserte Regulator zu einer industriellen Verwendung nicht zu empfehlen, erfreut sich aber zu speciellen Zwecken, in Laboratorien, bei Projectionsapparaten u. s. w., einer ziemlich häufigen Verwendung; es mag daher immerhin hier eine Beschreibung desselben Raum finden.
In dem Kasten
B B
, Fig. 458, befinden sich zwei Uhrwerke, die von den Feder- gehäusen
L
und
L'
ihre Bewegung erhalten. Das Uhrwerk
L
lauft in das Stern- rädchen
o
, das Uhrwerk
L'
in das Sternrädchen
o'
aus. Zwischen beiden Sternrädchen ist der Sperr- zahn
T t
, welcher mit dem Hebel
F X
verbun- den ist. Diesen sucht das Solenoid
E
, dessen Anker das Hebelende
F
bildet, nach der einen Richtung, die Feder
R
nach der entgegengesetzten Richtung zu drehen. Halten sich die Federkraft und die Anziehungskraft des Solenoides das Gleichgewicht, so steht der Sperrzahn
T t
in der Mitte zwischen den beiden Sternrädern
o o'
und hemmt beide in ihrer Bewegung. Ueber- wiegt die Federkraft, so ist das Rädchen
o'
und das damit zusammenhängende Uhrwerk gehemmt, während das Rädchen
o
mit seinem Uhrwerke laufen kann. Beim Ueberwiegen der Anziehungs- kraft des Solenoides ist das Umgekehrte der Fall. Die Hemmung des einen oder andern Uhrwerkes wird durch das Satellitenrad
S
ver- mittelt. Die beiden Uhrwerke sind so angeordnet, daß das eine die beiden Kohlenträger mit Hilfe ihrer Zahnstangen gegeneinander, das andere sie voneinander bewegt. Hierbei ist durch ein ent- sprechendes Verhältniß (1 : 2) der Raddurchmesser dafür gesorgt, daß die eine Kohle sich doppelt so schnell als die andere bewegt.
Der Strom tritt durch die Klemme
C
in das Solenoid ein, geht durch die Lampenmasse in den Träger
D
, bildet den Lichtbogen und verläßt durch den oberen Kohlenträger
H
die Lampe. Ist die Entfernung der Kohlenspitzen die richtige, so halten sich die Anziehungskraft des Solenoides und die Federkraft das Gleichgewicht, und der Sperrzahn steht in der Mitte der beiden Rädchen
o o'
, hemmt also beide Uhrwerke. Wird jedoch die Entfernung der Kohlenspitzen von- einander zu groß, so nimmt in Folge des
Fig. 458.
Lampe von Foucault-Duboscq.
größeren Widerstandes im Lichtbogen die Stromstärke und somit auch die An- ziehungskraft des Solenoides ab; die Feder zieht den Sperrzahn nach rechts und giebt dadurch das mit dem Rädchen
o
in Verbindung stehende Uhrwerk frei, welches die Kohlen gegeneinander bewegt. Sobald jedoch die normale Länge des Lichtbogens wieder hergestellt ist, hat auch das Solenoid wieder seine frühere An- ziehungskraft erreicht, zieht deshalb den Anker an, und der mit letzterem verbundene Sperrzahn hemmt abermals beide Uhrwerke. Ist der Lichtbogen zu klein, so gewinnt das Solenoid so sehr an Kraft, daß es die Federkraft übertrifft und durch den Hebel den Sperrzahn so weit nach links dreht, daß dadurch das Rädchen
o'
und dessen Uhrwerk freigegeben wird. Letzteres bewirkt aber ein Auseinandertreiben beider Kohlenspitzen, und zwar ebenfalls wieder bis zur Herstellung der normalen Lichtbogenlänge.
Die Empfindlichkeit der Regulirung kann durch Veränderung in der Spannung der Feder
R
beliebig gemacht werden. Zu diesem Zwecke ist die Feder mit ihrem unteren Ende an einem Winkelhebel befestigt, dessen Stellung durch eine Schraube bestimmt wird. Der complicirte Mechanismus und der Umstand, daß die Lampe vor ihrem Gebrauche erst aufgezogen und besonders eingestellt werden muß, machen sie trotz ihrer befriedigenden Leistung für die praktische Verwendung im Großen unbrauchbar. In einen Stromkreis kann nur eine Foucault’sche Lampe eingeschaltet werden; sie gehört daher zu den Lampen für Einzellicht.
Fig. 459.
Fig. 460.
Lampe von Mersanne.
Auch
Mersanne
construirte eine Regulatorlampe unter Anwendung eines Uhrwerkes und wendet hierbei zwei Elektromagnete an, von welchen einer in den Hauptstromkreis, der andere in eine Nebenschließung geschaltet wird, wodurch die Lampe die Eignung für Theilungslicht erhält. (Siehe Seite 607.) Diese Lampe ist in den Figuren 459 und 460 abgebildet.
Der Strom durchlauft zunächst den Elektromagnet
C C
, gelangt dann durch die Büchse
i
in die Kohlen
c
und
c'
, zwischen welchen der Lichtbogen gebildet werden soll, und verläßt durch die Büchse
i'
und den Lampenkörper
G'
die Lampe. Der Elektromagnet zieht seinen Anker
Q q
an und rückt dadurch die Büchse
i
zur linken Seite; die Kohlen gehen also etwas auseinander und der Lichtbogen entsteht. Wird durch Abbrennen der Kohlen die Entfernung ihrer Spitzen zu groß, so geht der größere Theil des Stromes durch einen Nebenschluß, in welchem der Elektromagnet
B
liegt; nun zieht dieser seinen Anker
n
an und giebt durch Rückziehen des Sperr- kegels
u
das Sternrad
e
und somit auch das Uhrwerk frei. Dieses treibt die Kohlen so lange zusammen, bis der Voltabogen wieder seine normale Größe erreicht hat und in Folge dessen der Strom im Nebenschlusse so weit geschwächt ist, daß der Magnet
B
seinen Anker
n
abermals losläßt und das Uhrwerk neuerdings hemmt.
Die Lampe von
Mersanne
hat den großen Vortheil, daß sie lange Zeit brennen kann, ohne daß die Kohlen erneuert oder die Lampe überhaupt berührt werden muß. Das Uhrwerk kann nämlich, einmal aufgezogen, 36 Stunden laufen, und die Kohlen können, dank der speciellen Anordnung der Kohlenträger, beliebig lang genommen werden. Die Regulirung soll übrigens nicht exact genug erfolgen, um ein so ruhiges und stetiges Licht zu erzeugen, als zur Beleuchtung von Innen- räumen erforderlich ist; zur Straßenbeleuchtung dürfte dieser Regulator übrigens gute Dienste leisten.
Mersanne’s
Lampe mit vertical angeordneten Kohlenstäben ist der eben beschriebenen ganz ähnlich construirt.
Fig. 460 zeigt die Lampe mit einer Art Zonenreflector ausgerüstet, der bei gewöhnlichen Beleuchtungen (von oben) aus Metall hergestellt ist. Soll das vom Reflector bewirkte Schattenwerfen nach oben vermieden werden, so macht man die einzelnen Kreisscheiben des Reflectors opal, so daß ein Theil des Lichtes nach oben durchdringen kann.
Regulatoren mit Uhrwerk wurden auch von anderen Constructeuren hergestellt, erlangten aber keine praktische Bedeutung. Bei der weitaus größten Anzahl von Regulatorlampen verzichtet man auf die Anwendung eines eigenen Motors (Uhr- werkes oder Elektromotors) zum Vorschieben der Kohlen und läßt dafür die
Schwerkraft
diese Arbeit ausführen. Dafür, daß diese Kraft immer rechtzeitig zur Geltung kommt und entsprechend lange Zeit in Wirksamkeit bleibt, muß der elektrische Strom mit Hilfe eines
Solenoides
oder eines
Elektromagnetes
sorgen. Auch für Regulatorlampen, bei welchen der Kohlennachschub durch die Schwerkraft bewirkt und durch ein Solenoid geregelt wird, haben wir bereits in
Archereau’s
Lampe ein Vorbild kennen gelernt. Diese wies jedoch noch mannig- fache Mängel auf; einer derselben besteht darin, daß die Anziehungskraft des Solenoides auf den Eisenkern sich im Verlaufe der Brenndauer ändert, woraus ein ungleich langer Lichtbogen zum Beginne und zum Ende der Brenndauer, also auch eine sich ändernde Lichtintensität resultiren muß.
Das Solenoid strebt nämlich allerdings,
stets
den Eisenkern in sich hinein- zuziehen, aber die Kraft dieser Anziehung bleibt, selbst unter der Voraussetzung unveränderlicher Stromstärke im Solenoide, nicht immer dieselbe. (Vergl. S. 287.) Hat der Eisenstab einen constanten Querschnitt (z. B. eine cylindrische Gestalt), so ist die Kraft, mit welcher er in die Spirale hineingezogen wird, verschieden je nach der Lage des Eisenstabes zur Spirale. Diese Kraft ist am stärksten, wenn ein Ende des Stabes mit der Mitte der Spirale zusammenfällt, sie ist am schwächsten, wenn die Mitte des Stabes mit der Mitte der Spirale zusammenfällt. Beim Regulator von
Archereau
wird der untere Kohlenträger desto höher hinaufrücken müssen, je länger die Lampe brennt; damit ändert sich aber offenbar auch die Lage des Eisen- stabes zum Solenoide, daher auch die Anziehungskraft des letzteren auf den ersteren. Ist nun zum Beginne des Brennens der Eisenkern mit der unteren Kohle durch Bleischrot im Gleichgewichte so ausbalancirt worden, daß dieses Gegengewicht der Anziehung des Solenoides auf den Eisenkern für eine bestimmte Länge des Lichtbogens das Gleichgewicht hält, so muß dieses Gleichgewicht, wie leicht ein- zusehen, gestört werden, sobald sich die Anziehungskraft des Solenoides ändert. Diese Störung des Gleichgewichtes tritt aber bei längerer Function der Lampe durch die Aenderung der gegenseitigen Lage von Eisenkern und Solenoid ein, und somit muß auch die Länge des Lichtbogens sich ändern. In welcher Weise dieser Uebelstand beseitigt wurde, werden nachstehende Lampenbeschreibungen zeigen.
Am nächsten lag. es wohl, die Kraft des Solenoides in demselben Maße zu verstärken, als die Stellung des Eisenkernes zum Solenoide ungünstiger wird. Dies erreichte
Gaiffe
dadurch, daß er das Solenoid
konisch
wickelte, d. h. die
Fig. 461.
Lampe von Gaiffe.
Zahl der Windungen successive zunehmen ließ. Obwohl nun bei Gaiffe’s Lampe nicht die Schwerkraft, sondern eine Federkraft die Bewegung der Kohlen bewirkt, soll doch hier die Beschreibung dieses Regulators, der besseren Uebersicht wegen, eingeschaltet werden.
In Fig. 461 bezeichnet
H
den oberen Kohlenträger, welcher durch das Kniegelenk
V
genau über dem unteren Kohlenträger
H'
eingestellt werden kann. Der obere Kohlenträger wird durch eine in der Röhre
J
geführte Stange
I
gehalten, deren unterer Theil verzahnt ist.
Der untere Kohlenträger ruht auf der gleichfalls theilweise gezahnten Stange
K
aus weichem Eisen. Diese Stange taucht in das stufenförmig gewickelte Solenoid
L
. Der Deckel
Q
des Solenoides ist in der Mitte mit einem entsprechenden Ausschnitte versehen, um die Stange
K
durchzulassen und trägt die Zahnräder
M
und
M'
; beide sind voneinander durch eine Elfenbeinscheibe isolirt und drehen sich frei auf der Axe
W
. Ihre Durchmesser stehen im Verhältnisse von 1 : 2, entsprechend der ungleichen Abnützung der Kohlen. Das größere Zahnrad
M
greift in die Verzahnung der Stange
I
ein, das kleinere
M'
in die Zahnstange
K
. Mit beiden Rädern in Verbindung ist das Federgehäuse
O
. Die darin befindliche Spiralfeder strebt die beiden Räder derart zu drehen, daß die beiden Kohlen gegeneinander bewegt werden. Die Zahnräder
R R' R″
können mit den Rädern
M
und
M'
in Eingriff gebracht werden und dienen dazu, beide Kohlen zu heben oder zu senken, ohne die Funktion der Lampe zu stören. Für gewöhnlich sind diese Räder
R R' R″
durch Spiral- federn in der Richtung ihrer Axe von den Rädern
M
und
M'
abgezogen und werden erst durch die Wirkung eines Schlüssels zum Eingriff gebracht. Diese Vorrichtung dient dazu, um den Voltabogen in beliebiger Höhe ein- stellen zu können, was für gewisse Zwecke nothwendig erscheint. Um den beiden Kohlenträgern einen sicheren Gang zu geben, sind an verschiedenen Stellen Führungsrollen
U
angebracht. Eine auf der Röhre
J
befestigte Contactrolle wird durch einen Schlitz der Röhre gegen die Stange
I
durch die Feder
Y
angedrückt und vermittelt die Stromzuführung. Der ganze Regulirungsmechanismus ist von dem Gehäuse
A B C D
eingeschlossen, dessen Fuß die beiden Polklemmen der Lampe
P
und
N
trägt.
Die Regulirung des Lichtbogens wird durch die Feder
O
und das Solenoid
L
bewirkt. Die erstere führt die Kohlen gegeneinander, das letztere sucht sie durch Anziehung des Eisenstabes
K
zu trennen, und bei ruhigem Brennen der Lampe halten sich beide Kräfte das Gleichgewicht. Um diesen Zustand für verschieden starke Ströme erreichen zu können, gestattet der viereckige Zapfen der Axe des Feder- gehäuses durch einen Schlüssel die Spannung der Feder beliebig zu reguliren.
Der Strom tritt bei
P
in die Lampe ein, gelangt durch die Stange
X
in die Röhre
J
und durch
Y
über
I
nach
H
, passirt beide Kohlen, geht dann von der Stange
K
in das Solenoid
L
und zur zweiten Klemme
N
. Vor dem Eintritte des Stromes hat die Feder
O
die beiden Kohlen bis zu ihrer Berührung einander entgegengeführt; sobald aber der Strom durch das Solenoid circulirt, zieht dieses die Stange
K
nach abwärts, entfernt die beiden Kohlen und bildet den Lichtbogen. Das Abbrennen der Kohlen vergrößert den Lichtbogen und den Widerstand im Stromkreise, verringert daher die Anziehungskraft des Solenoides und läßt dadurch die Wirkung der Feder überwiegen, woraus abermals ein Gegeneinanderbewegen beider Kohlen resultirt.
Die Lampe ist für Einzellicht construirt und namentlich für Batterieströme gut anwendbar. Sie functionirt bereits mit 20 kleinen Bunsen’schen Elementen, kann aber auch mit 60 großen derartigen Elementen betrieben werden.
Marcus
vermeidet die durch die Stellung ungleichförmige Anziehung des Solenoides auf den Eisenkern dadurch, daß er das Solenoid in eine Reihe von- einander getrennter aber gleichwerthiger Spulen theilt. Die übereinander angeordneten Spulen stehen mit Contactstreifen in Verbindung, über welche durch die Auf- oder Abwärtsbewegung des Kohlenträgers Contactrollen geführt werden. Diese Anord- nung bewirkt immer nur die Einschaltung einer durch die Stellung des Eisenkernes (beziehungsweise Kohlenträgers) bestimmten Spulengruppe, so zwar, daß die mittlere der wirksamen Spulen vom Schwerpunkte des Eisenkernes stets gleich weit entfernt ist; das Solenoid muß daher immer dieselbe Anziehungskraft auf den Eisenkern ausüben.
Auch
Jaspar
bedient sich zur Regulirung des Lichtbogens eines Solenoides, verwendet aber als Gegenkraft keine Feder, sondern die Schwerkraft. Die ungleich- förmige Anziehung des Solenoides wird nicht beseitigt, sondern durch ein entsprechend wirkendes Gegengewicht ausgeglichen. Die obere positive Kohle, Fig. 462, ist an dem Träger
A
befestigt und läßt sich durch Schrauben genau über der unteren Kohle einstellen. Der Träger
A
ist von den übrigen Theilen der Lampe vollständig isolirt und wird mit dem positiven Pole der Elektricitätsquelle verbunden. An seinem unteren Ende trägt er einen Ansatz, der an einer Führungsstange gleitet, um das Drehen des Kohlenhalters zu vermeiden. Von diesem Ansatze geht eine Schnur zum Umfange einer Scheibe, auf deren Axe eine zweite Scheibe, aber nur von halbem Durchmesser der ersteren, sich befindet; die Schnur an ihrem Umfange führt zum unteren Kohlenträger
B
. Auf diese Art muß auch bei dieser Lampe wieder die untere negative Kohle stets den halben Weg der oberen positiven Kohle zurücklegen. Als Gegengewicht zum Gewichte des Kohlenträgers
A
wirkt das Lauf- gewicht
F
; der Hebel, auf welchem das Laufgewicht sitzt, ist nämlich durch eine Schnur mit einer dritten Scheibe verbunden, die ebenfalls auf der Axe der beiden ersterwähnten Scheiben befestigt ist. Die Schraube
K
dient dazu, das Gewicht
F
auf seinem Hebel zu verschieben und dadurch seine Zugkraft zu vermehren oder zu vermindern, je nachdem es die angewandte Stromstärke erfordert.
Der negative untere Kohlenträger
B
ist aus Eisen und taucht in das Sole- noid
C
. So lange kein Strom durch die Lampe geht, überwiegt das Gewicht des Trägers
A
und dieser sinkt herab; in Folge seiner Verbindung durch die Schnur- läufe muß gleichzeitig der Träger
B
gehoben werden, und die beiden Kohlen berühren sich. Schaltet man jetzt die Lampe in einen Stromkreis, so wird der Träger
B
in das Solenoid hineingezogen,
B
sinkt also und
A
muß deshalb steigen, die Kohlen gehen auseinander und die Lampe beginnt zu brennen. Damit die
Fig. 462.
Lampe von Jaspar.
Bewegung nicht zu rasch erfolgt, ist an dem Träger
B
eine Stange
L
befestigt, welche unten einen Kolben trägt; dieser bewegt sich mit geringem Spielraume in dem mit Quecksilber gefüllten Cylin- der
D
. Da auf diese Weise das Quecksilber nur durch den engen ringförmigen Raum zwischen Kolben und Cylinderwand passiren kann, wird auch die Stange
L
und somit der Träger
B
zu einem lang- samen, gleichförmigen Gange gezwungen.
In dem Maße, als die Kohlen verzehrt werden, wächst auch die Länge des Voltabogens, die Stromstärke nimmt ab und das Solenoid verliert an Kraft. Jetzt kann das Gewicht der Stange
A
wieder die Anziehungskraft des Sole- noides überwinden, weshalb die obere Kohle sinken und die untere steigen wird, d. h. also, die Kohlen werden ihrem Abbrennen entsprechend nachgeschoben. Die Anziehungskraft einer Spirale auf einen Eisen- stab von gleichem Querschnitt ist aber verschieden je nach der Stellung des Eisenstabes zur Spirale. Beginnt die Lampe mit frisch eingesetzten Kohlen zu brennen, so befindet sich der Kohlenträger
B
in seiner tiefsten Stellung, sind die Kohlen nahezu abgebrannt (welchen Moment die Fig. 462 zeigt), so ist er in seiner höchsten Stellung angelangt. In diesem Stadium wird deshalb die Einwirkung des Solenoides auf den eisernen Kohlenträger eine viel kräftigere sein als zum Beginne des Brennens der Lampe. Daraus würde aber zu Ende der Brenndauer ein viel längerer Voltabogen resultiren als zu Beginn derselben. Diesen Uebelstand ver- meidet
Jaspar
auf ebenso einfache als sinnreiche Weise. Die Scheibe, welche den Schnurlauf auf- nimmt, trägt nämlich ein Gewicht
E
, welches, wie die Zeichnung zeigt, für das Ende der Brennzeit auf der linken Seite der Drehaxe sich befindet. Es wirkt also mit seinem vollen Gewichte der Anziehung des Solenoides
entgegen
und unterstützt die Wirkung des Gewichtes von
A
. Am Beginne der Brennzeit steht die Scheibe so, daß sich das Gewicht
E
auf der rechten Seite von der Drehaxe befindet, also mit seiner ganzen Schwere
im Sinne
der Anziehung des Solenoides wirkt. Im ersteren Falle ist aber die Anziehung des Solenoides am größten, aber auch die Gegen- wirkung des Gewichtes
E
am stärksten, und im letzteren Falle ist die Anziehung des Solenoides am schwächsten, aber dafür wird sie auch durch das Gewicht
E
unterstützt.
Während des Brennens nimmt die Anziehung des Solenoides stetig zu, die Unterstützung dieser Wirkung durch das Gewicht aber stetig ab, denn mit dem Abbrennen der Kohlen dreht sich auch die Scheibe, und das Gewicht wird gehoben; damit ist aber eine stetige Abnahme der wirksamen Kraftcomponente von
E
ver- bunden. Dies geht so lange fort, bis
E
senkrecht über seiner Drehungsaxe angelangt ist. Hier hört seine Gegenwirkung auf. Brennt die Lampe länger fort, so gelangt das Gewicht
E
auf die linke Seite und wirkt nun der inzwischen weiter gewach- senen Anziehungskraft des Solenoides entgegen. Im selben Maße, als letztere sich vermehrt, wächst auch die Gegenwirkung des Gewichtes.
Auf diese Art erzielt also
Jaspar
trotz der Eisenstange von unveränderlichem Querschnitte doch eine stets gleichbleibende Bewegung im Kohlennachschube. Das Gewicht
E
ist überdies noch in radialer Richtung verstellbar, so daß dadurch und durch die Verstellung des Gewichtes
F
mittelst der Schraube
K
dieselbe Lampe für verschiedene Stromstärken Verwendung finden kann.
Jaspar’s Regulator ist für Einzellicht und gleichgerichtete Ströme construirt und zeichnet sich durch große Empfindlichkeit und Sicherheit des Betriebes aus. Während der Ausstellung für Elektricität in Paris war ein Saal durch drei Lampen derart erleuchtet, daß die Lampe selbst unsichtbar blieb. Die Lampe befand sich hierbei in einem oben offenen Cylinder (Fig. 463) über welchem ein weiß angestrichener Schirm aufgehängt war. Letzterer wird natürlich in allen jenen Fällen wegbleiben können, wo die Decke des zu beleuchtenden Raumes weiß übertüncht ist. Diese Art der Beleuchtung gewährt den Vortheil einer starken Lichtzerstreuung, daher eine angenehme, gleichmäßige Beleuchtung, und macht den grellen, blendenden Lichtbogen unsichtbar.
Fig. 463.
Lampe von Jaspar.
Durch besondere Einfachheit zeichnet sich die Lampe von
Piette
und
K
ř
i
ž
ik
aus, die in Folge dieses Umstandes und wegen ihres exacten Functionirens zu den besten Lampen zählt, die gegenwärtig in praktischer Verwendung stehen. Da bei dieser Lampe der Nachschub der Kohlen direct durch die Einwirkung zweier Solenoide auf einen Eisenkern bewirkt wird, muß ebenso wie bei den vorbeschrie- benen Regulatoren dafür gesorgt werden, daß die Verschiedenheit der Stellung des Eisenkernes zu den Solenoiden für den regelmäßigen Gang der Regulirung unschädlich gemacht wird. Statt wie Gaiffe das Solenoid konisch zu gestalten, gaben Piette und K
ř
i
ž
ik dem Eisenkerne die Gestalt eines Doppelkegels und beließen dafür den Solenoiden ihre cylindrische Gestalt. Bei dieser Anordnung nimmt der Querschnitt des Eisenstabes in demselben Maße ab oder zu, als die Wirkung der Solenoide zu- oder abnimmt. In allen drei Lagen
a, b, c,
Fig. 464, wird daher der Eisenkern sich in Ruhe befinden, wenn die Voraussetzung gemacht wird, daß die Spulen
S
1
und
S
2
elektrisch gleichwerthig sind. In
a
befindet sich z. B. das untere Ende des Stabes in der Mitte der Spirale
S
1
, also in der Stellung der
Urbanitzky
: Elektricität. 42
größten Anziehungskraft; die Mitte des Stabes fällt mit der Mitte der Spirale
S
2
zusammen, ist folglich in der Stellung der geringsten Anziehungskraft, die von dieser Spirale ausgeübt wird; es müßte daher der Stab sich abwärts bewegen, wenn nicht der Querschnitt desselben in der Spule
S
2
am größten und in der Spule
S
1
am kleinsten wäre. Dieser Umstand gleicht aber die verschiedenen Anziehungskräfte der Spiralen aus, und der Stab bleibt in Ruhe. In
c
haben beide Spiralen ihre Rollen vertauscht, und in
b
befinden sich beide Spulen in derselben Stellung zum Stabe. Der Stab ist somit in allen drei Lagen im Gleichgewichte.
Läßt man nun die Voraussetzung, daß durch beide Spulen ein gleich starker Strom geht, fallen, so kann sich der Stab nicht mehr im Gleichgewichte befinden,
Fig. 464.
Fig. 465.
Schema der Lampe von Piette \& K
ř
i
ž
ik.
sondern muß von jener Spule stärker angezogen werden, durch welche der kräftigere Strom circulirt. Die verschiedene Stromstärke in beiden Spulen wird erreicht, indem man die eine Spule aus starkem Drahte anfertigt und in den Hauptstromkreis schaltet, während die zweite Spule dünne Drähte erhält und in einen Nebenschluß zu liegen kommt. Hierbei wird die
Stärke
, mit welcher der konische Eisenkern von den Spulen angezogen wird, stets nur von der
Stromstärke
in diesen, nie aber von der gegenseitigen
Stellung
bestimmt sein. Die Richtung, nach welcher sich der Eisenkern bewegt, entspricht sonach der
Differenzwirkung
beider Spulen. Wir ersehen hieraus zugleich auch, daß der Regulator von Piette und K
ř
i
ž
ik eine sogenannte
Differential-Lampe
ist und erinnern uns, daß die Anwendung des Differential-Princips bei den Regulatorlampen deshalb erfolgt, weil sie hierdurch auch zum Betriebe von Theilungslichtern geeignet werden. (Siehe Seite 607.)
Fig. 465 zeigt das Schema einer Lampe, welche unter Anwendung dieses Principes und des doppeltkonischen Eisenkernes construirt ist. Letzterer, in der Figur mit
F F
bezeichnet, befindet sich behufs Führung in einem Messingrohre, in dessen unterem Ende die Kohle
E
steckt. Das Ganze ist an einer Schnur aufgehängt, die über die Rolle
R
führt und ein Gegengewicht
q
trägt, als welches gleich der untere Kohlenträger mit der Kohle
B
benützt werden kann. Das Solenoid
S
' ist in dem Hauptstrom eingeschaltet, das Solenoid
S
″ bildet einen Nebenschluß von hohem Widerstande. Bei
C
ist ein automatischer Unterbrecher angebracht, der den Strom in einen Nebenweg schaltet, wenn der Lichtbogen erlischt.
Wird die Lampe in den Stromkreis einer Lichtmaschine eingeschaltet, so tritt der Strom in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung in die Spirale
S
' ein, geht durch die Ausschaltungsvorrichtung
C
zur oberen positiven Kohle, dann durch die negative Kohle zur Lichtmaschine zurück. Sind die Kohlen nahe aneinander, ist also der Widerstand im Hauptkreise gering, so wirkt die Spule
S
' kräftig und zieht dadurch beide Kohlen auseinander; steigt durch das Abbrennen der Kohlen
Fig. 466.
K
ř
i
ž
ik’s Horizontal-Lampe.
der Widerstand, so geht ein stärkerer Strom durch die Spule
S
″ von hohem Widerstande und bewirkt ein Zusammenführen der Kohlen.
Bei der praktischen Ausführung dieser Lampe gleitet der Stab mit der oberen Kohle am Umfange zweier Rollen, während der Schnurlauf, durch welchem der untere Kohlenträger mit dem oberen verbunden ist, über Scheiben geht, die auf den Axen der ersterwähnten Rollen sitzen, deren Radien aber nur halb so groß sind als die der Rollen. In Folge dessen legt auch die untere negative Kohle immer nur den halben Weg der oberen positiven Kohle zurück und der Brennpunkt der Lampe bleibt constant. Der Umstand, daß alle nothwendigen Bewegungen sowohl bei der Herstellung als auch bei der Regulirung des Lichtbogens nur durch die von den Solenoiden auf den Eisenkern ausgeübte Anziehung bewirkt werden, also die Schwerkraft hieran keinerlei Antheil hat, befähigt die Lampe, auch in horizontaler Lage ebenso tadellos zu fungiren wie in verticaler Stellung. Fig. 466 zeigt das Modell jener Lampe, welche bei der internationalen Ausstellung für Elektricität in Paris ungetheilten Beifall fand.
In neuerer Zeit haben die Lampen mehrfache vortheilhafte Abänderungen erfahren; so wurden z. B., wie die Fig. 467 und 468 zeigen, beide Drahtspulen nebeneinander angeordnet und hierbei der doppeltkonische Kern in seine beiden
42*
einfach konischen Hälften getheilt.
Fig. 469 ist eine schematische Zeichnung dieser Lampe und die Darstellung des Stromganges. +
P
und —
P
bedeuten die Polklemmen,
E
1
und
E
2
die getheilten Eisen- kerne,
H
die Hauptspule mit wenigen Windungen dicken Drahtes,
N
die Nebenspule mit einigen Windungen dicken und vielen Windungen dünnen Drahtes;
C
ist ein Contactmagnet,
Der Fortschritt dieser Construction gegenüber der vorhin beschriebenen liegt darin, daß sämmtliche Contacte in der Hülse der Lampe liegen, also gegen Verunreinigung besser geschützt sind; die Schnur liegt ebenfalls innerhalb der Hülse. Fig. 467 ist das Modell einer Hängelampe, Fig. 468 jenes einer Standlampe, wie solches auf der Wiener elektrischen Ausstellung zu sehen war. Fig. 470 stellt eine Lampe dar, die nur einen einfach kegelförmigen Eisenkern und eine Spule besitzt, auf welcher dicker und dünner Draht gewunden
Fig. 467.
Fig. 468.
Fig. 470.
Lampe von Piette \& K
ř
i
ž
ik.
ist.
Schuckert
, welcher die Erzeugung der K
ř
i
ž
ik(Pilsener)-Lampe für Deutschland übernommen hat, liefert Lampen von 6 bis 8 und 8 bis 10 Stunden Brenndauer. Der Regulirungsmechanismus ist gewöhnlich von einem Blechcylinder umgeben und das Licht selbst wird durch eine Glaskugel geschützt und zerstreut (Fig. 471). Letztere ist an zwei durch lange Rohre geführte Stangen aufgehängt und kann leicht und sicher heruntergelassen werden. Fig. 472 stellt eine ornamentirte Lampe dar, wie solche von Piette und K
ř
i
ž
ik bei der Wiener elektrischen Ausstellung in Betrieb gesetzt waren. Um hierbei das Schattenwerfen der Metallrippen zu ver- meiden, sind die sechs matten Glasstücke zwischen den Rippen stark gewölbt. Da hierdurch die leuchtenden Flächen weiter nach außenhin zu liegen kommen als die
gleichfalls mit doppelten Windungen,
n
ein Widerstand aus Neusilberdraht und
e
ein Wider- stand aus Eisendraht.
G
1
G
2
sind die vom Lampenkörper isolirten Gleitschienen für den Kern
E
2
; K
1
und
K
2
die obere, beziehungsweise untere Kohle. Die etwas complicirte Stromführung dürfte am leichtesten klar gemacht werden, indem man den Stromgang in den einzelnen Perioden des Brennens der Lampe und während der Ausschaltung aus dem Stromkreise betrachtet. Hierzu sei zunächst angenommen, daß sich die beiden Kohlen
K
1
und
K
2
nicht berühren und die Lampe in Thätigkeit gesetzt werden soll. 1. Der Strom tritt bei der Klemme +
P
in die Lampe ein, geht durch den Lampenkörper nach
a
, durchläuft die dicken Windungen der Nebenspule
N
, eilt dann von
b
über den Con- tactwinkel
c
und den Platincontact
d
nach
f
und verläßt durch den Neusilberwiderstand
n
und die isolirte Klemme —
P
die Lampe. Der Eisenkern
E
1
wird jetzt durch die vom Strome durchflossene Spirale
a b
der Nebenspule
N
in diese hineingezogen, die Kohle
K
1
gesenkt und letztere gelangt mit der unteren Kohle
K
2
zur Berührung. 2. Nun hat der bei +
P
in die Lampenmasse eintretende Strom zwei Wege: entweder den eben beschriebenen oder den folgenden: durch die Lampenmasse in die beiden Kohlen
K
1
K
2
, von letzterer bei
h
in die isolirte Gleitschiene
G
1
, von dieser durch die Rollen
i
und
k
nach
m
, durch die wenigen dicken Drahtlagen des Contactmagnetes
C
nach
o
, dann in die dicken Draht- windungen der Hauptspule
H
und endlich durch die Leitung
L
zur negativen Polklemme —
P
. Diesen letzteren Weg wird der Hauptantheil des Stromes durchlaufen, da hier ein geringerer Widerstand vorhanden ist als in dem zuerst beschriebenen Strom- kreise. Die Hauptspule
H
zieht deshalb den Eisenkern
E
2
hinein, entfernt also die beiden Kohlen
K
1
und
K
2
voneinander und es entsteht der Lichtbogen. Nun ist aber auch der Contactmagnet
C
magnetisch geworden und hat seinen Anker angezogen, wodurch er den Contact bei
d
unterbricht. 3. Der unter 1. beschriebene und jetzt zum schwachen Zweigstrom gewordene Strom muß nun folgenden Weg ein- schlagen: Von +
P
durch die Masse der Lampe nach
a
, durch
Fig. 469.
Lampe mit getheiltem Kerne.
die dicken und dünnen Windungen der Nebenspule
N
und durch die dünnen Drähte des Contactmagnetes
C
, aus welchem herauskommend er sich bei
m
wieder mit dem Hauptstrome vereinigt und mit diesem gemeinsam den unter 2. beschriebenen Weg weiter verfolgt. 4. Der Voltabogen nimmt durch Abbrennen der Kohlen an Länge zu, und vergrößert hierdurch den Widerstand im Hauptstromkreise (2.). Der Strom im Nebenschlusse (3.) gewinnt an Stärke und wird endlich kräftig genug, um den Eisenkern
E
1
durch die Nebenspule
N
abermals anzuziehen, somit die Kohlen wieder einander zu nähern. Dadurch ist aber der Stromlauf 3. für das regelmäßige Brennen der Lampe wieder hergestellt. 5. Es erübrigt nun noch den Stromlauf zu betrachten für den Fall, daß die Kohlen zu Ende sind. Für diesen Fall ist der Lampe die Einrichtung gegeben, daß dann eine Gleitrolle des Kernes
E
2
auf eine isolirte Stelle (ein Stück Elfenbein) der isolirten Gleitschiene kommt, und dadurch dem Hauptstrome nachstehender Weg angewiesen wird: Von +
P
durch den Lampenkörper, die beiden Kohlen
K
1
K
2
nach
g
, durch den Eisenwiderstand
e
nach
o,
dann durch die Spule
H
und die Leitung
L
zum —
P;
der Nebenstrom geht von
a
aus durch die dicken Drähte
a b
der Spule
N
über
c
und
d
nach
f
und durch den Neusilberwiderstand
n
zur negativen Polklemme; er kann den Contact
c d
durchlaufen, da dieser durch Aufhebung des Stromes im Contactmagnete
C
wieder geschlossen ist.
undurchsichtigen Rippen, so überkreuzen sich die Lichtstrahlen über diesen und heben dadurch die Schattenbildung auf.
Die
Differential-Lampe
der Firma
Siemens \& Halske,
welche von
Hefner von Alteneck
construirt wurde, ist die erste Differential-Lampe, welche in der Praxis in ausgedehntem Maße Anwendung fand. Bei dieser Lampe besorgt die. Schwerkraft den Nachschub der Kohlen, während der Regulirungsmechanismus nur die Art und Zeit der Bewegung bestimmt. Hier kommen wegen dieses Um-
Fig. 471.
Fig. 472.
Lampen von Piette \& K
ř
i
ž
ik.
standes auch keine für die Anziehung verschieden günstigen Stellungen der Eisenkerne zu den Solenoiden vor. In welcher Art hierbei von der Stromverzweigung Gebrauch gemacht wurde, möge mit Hilfe des Schemas Fig. 473 erörtert werden.
S S
1
ist ein Stab aus weichem Eisen, der an dem um
o
drehbaren Hebel befestigt ist.
T
stellt eine Nebenschließung von hohem Widerstande im Verhältnisse zum Stromweg in der Lampe und auch zum Lichtbogen vor,
R
ein in den Hauptstrom eingeschaltetes Solenoid von geringem Widerstande. Die Windungen der beiden Solenoide sind so angeordnet, daß diese den Eisenstab in entgegengesetzten Richtungen anzuziehen suchen, daher mit der Differenz ihrer anziehenden Kräfte wirken. Es wird in Folge dessen auch die Regulirung des Lichtbogens stets das Resultat der Differentialwirkung beider Spulen sein.
Nehmen wir an, die beiden Kohlen
h
und
g
berühren sich nicht, sondern befinden sich in einer gewissen Entfernung voneinander. Der Strom geht dann von
L
durch die Spule
T
von hohem Widerstande zur unteren Kohle
h
und von da über
L
1
zur Stromquelle zurück; dadurch wird der Eisenkern
S S
1
magnetisch und in
T
hineingezogen, also das Hebelende
c
1
in seine tiefste Stellung gebracht. Im selben Momente löst sich der Kohlenhalter
a
vom Hebel
c c
1
los und fällt langsam herunter, bis sich die beiden Kohlen treffen. Jetzt geht der Strom von
L
durch
R g h
nach
L
1
; nun wirkt aber die Spule
R
auf den Stab
S S
1
, zieht diesen nach unten, und der Lichtbogen entsteht. Im ersten Momente der Hebung stellt sich auch die Verbindung von
a
und
c
1
wieder her. Im Stromkreise ist jetzt zum Widerstande
R
noch der Widerstand des Lichtbogens hinzugekommen, und dieser wächst mit der Länge des Lichtbogens; dadurch wird der Strom in
T
wieder stärker und in
R
schwächer, bis bei einem bestimmten Widerstande des Bogens sich die von
T
und
R
aus- geübten Anziehungskräfte das Gleich- gewicht halten. Die Kohlenstäbe brennen langsam ab, aber die gleiche Bogenlänge stellt sich immer wieder her. Bei entsprechend höherer Stellung des Eisenstabes
S S
1
sinkt
c
1
bis in seine unterste Stellung, wo dann die Lösung der Kuppelung und Erneuerung des früheren Spieles erfolgt. Wird im Stromkreise außer- halb der Lampe die Stromstärke verändert, so bringt dies
allein
in der Lampe keine Veränderung hervor, weil die Stromstärke in den beiden Spulen in gleichem Verhält-
Fig. 473.
Schema der Siemens-Lampe.
nisse sich ändert. Für die Größe des Widerstandes, auf welchen der Bogen gebracht wird, ist das Verhältniß der Wirkungen der beiden Spulen
R
und
T
auf den Eisenkern maßgebend. Es wird voraus bestimmt durch Wahl des entsprechenden Widerstandes, die Zahl der Windungen oder mehr oder weniger tiefes Eintauchen des Stabes in die Spulen. Zu diesem Zwecke ist die obere Spule verstellbar angebracht.
Die Lampe selbst (Fig. 474) zeigt, daß der Kohlenhälter
a Z
nicht unmittelbar an den um
d
drehbaren Hebel
c c
1
befestigt ist. Die Zahnstange
Z
hat ihre Führung in dem Theile
A
, welcher an dem Hebelende
c
1
angehängt und durch eine Gelenkstange
c
2
an seinem unteren Ende so geführt ist, daß sie bei den Schwingungen von
c c
1
nur parallel mit sich selbst auf- und abbewegt werden kann. Die Zahnstange kann an dem Theile
A
nur langsam abwärts gleiten, indem sie dabei das Steigrad
r
und das Echappement
E
in Bewegung und dadurch das Pendel
p
mit seinem nach oben gehenden Arme
m
in Schwingung setzen muß, welche Theile sämmtlich an
A
gelagert sind und mit ihm auf- und abwärts gehen.
In einer gehobenen Lage des Stückes
A
ist der Arm
m
durch eine Kerbe in dem kleinen Hebel
y
, welcher bei
x
gleichfalls an das Stück
A
gelagert ist, festgehalten, hiermit das Echappement arretirt und die Zahnstange mit
A
verkuppelt.
Wenn aber
A
und somit der Hebel
y
sich der untersten Stellung nähert, so wird der letztere durch einen am Gestelle festsitzenden Stift ausgehoben, und das Echappement, sowie die Zahnstange
x
von
A
frei, worauf die früher beschriebene Nachschiebung der Kohlen stattfindet.
Fig. 474.
Differential-Lampe von Siemens \& Halske.
Jede Lampe regulirt sich mit Rücksicht auf die Stromstärke; man kann daher eine Reihe von Lampen in einen Stromkreis oder auch in mehrere Stromkreise einer Maschine einschalten, in Parallel- oder Zweigleitungen; in letzterem Falle erhält man verschieden intensive Lichter. Wenn in einer Lampe die Kohlen abgebrannt sind, so erlischt sie und der Strom geht durch die Spule von großem Widerstande; um diesen Stromverlust zu vermeiden, wendet Siemens noch eine Contactvorrichtung an, welche einen kurzen Schluß bewirkt.
Bei den Differential-Lampen älterer Construction ist die untere Kohlenelektrode unbeweglich. Jetzt wird die untere Kohle in eine Hülse gesteckt, in der sich eine Spiralfeder befindet, welche die Kohle nach aufwärts drückt. Oben wird die Kohle gehemmt durch einen (bei Abnützung leicht auswechselbaren) Kupferring, dessen innerer Durchmesser dem Durchmesser der Kohle nahezu gleichkommt. Dadurch kann immer nur der konisch zu- gespitzte Theil hervortreten. Die Länge jeder Kohle beträgt 40 Centimeter, die Brenndauer einer Lampe 8 Stunden.
Auch die von
Zipernowsky
(
Firma Ganz \& Cie
.) construirte Lampe bewirkt den Nachschub der Kohlen durch die Schwerkraft und regelt die Bewegung durch die wechselnde Kraft von Solenoiden. Das Parallelo- gramm
m n
, Fig. 475, ist auf einer Seite des Hebels
m m
befestigt, welcher sich um eine horizontale, auf den Säulen
M M
gelagerte Axe drehen kann. An der entgegengesetzten Seite des Hebels ist der Eisenkern für das Solenoid
E
angebracht. Den oberen Kohlenträger bildet die Zahn- stange
Z
, welche vermöge ihrer Gewichtes herabsinkt, wenn das Räderwerk
r
mit dem Windflügel
c
nicht gehemmt wird. Das Solenoid
E
besitzt einen erheblichen Wider- stand und ist in einen Nebenschluß zum Hauptstromkreise geschaltet. Die Feder
R
, im selben Sinne wie die Anziehungskraft des Solenoides
E
wirkend, strebt, die obere Kohle zu senken, während das Gewicht des Eisenkernes im Solenoid diesem Bestreben entgegenwirkt. In Folge der letzteren Wirkung wird anfänglich der Rahmen
m n
mit dem Räderwerk
r
gehoben und dadurch das Sternrad
s
mit einer Sperrklinke in Eingriff gebracht. Daher kann sich weder das Räderwerk bewegen, noch die Zahnstange mit der oberen Kohle senken.
Leitet man nun einen Strom durch die Lampe, so kann dieser nur durch das Solenoid
E
gehen; dieses zieht seinen Kern an, ihn von unten nach oben bewegend und senkt hierdurch etwas den Rahmen
m m
, wodurch das Räderwerk
r
freigegeben wird und die Zahnstange mit der oberen Kohle herabfallen kann, bis diese die untere Kohle berührt. Der Windflügel
c
verhindert eine zu rasche Bewegung der Stange. Sobald die beiden Kohlen sich berühren, fließt sofort fast der ganze Strom durch diese, und das Solenoid wird bedeutend geschwächt. Das Parallelogramm steigt daher wieder nach auf- wärts und nimmt die obere Kohle mit, weil eben durch das Steigen das Räderwerk neuerdings durch die vorerwähnte Sperrklinke arretirt wird; die Kohlen entfernen sich also voneinander und der Lichtbogen entsteht. Im selben Maße als nun die Kohlen ab- brennen, wächst der Widerstand im Voltabogen, wes- halb die Stromstärke im Solenoide
E
zunehmen muß, bis endlich die Anziehungskraft desselben hinreicht, um durch Hebung seines Eisenkernes den Rahmen
m n
zu senken, und so das Räderwerk freizugeben; die Zahn- stange mit der oberen Kohle kann nun abermals nach- sinken, bis wieder die normale Bogenlänge hergestellt ist. Um eine zu heftige oder ruckweise Bewegung des Eisenkernes zu vermeiden, ist an der Stange
t
ein Kolben angebracht, der sich im oberen, mit einer Kupfer- röhre versehenen Theile des Solenoides
E
nach Art des Kolbens einer Luftpumpe bewegt und so die Be- wegung gleichmäßiger macht. Sind die Kohlen ab- gebrannt, so wird ein Zweigstrom durch den Elektro- magnet
B B
geleitet, veranlaßt diesen seine Armatur anzuziehen und dadurch den Rahmen
m n
zu senken. Die Feder
S
gelangt dann zur Berührung mit der Grundplatte der Lampe und bewirkt dadurch einen kurzen Stromschluß.
Auch
Schwerd \& Scharnweber
lassen das Nachschieben der Kohlen durch die Schwere des oberen Kohlenträgers bewirken und übertragen den Differential- Spulen nur das Anzünden der Lampe und die
Regu- lirung
der Kohlenträgerbewegung. Sobald die Lampe in den Stromkreis eingeschaltet wird, geht der Strom durch die wenig Widerstand darbietende, in den Haupt- stromkreis eigeschaltete Spule
S
1
(Fig. 476) und ver- anlaßt dadurch eine Aufwärtsbewegung des Eisen- kernes
E
. Der Eisenkern hängt bei
h
1
an dem um
c
1
drehbaren Hebel; am entgegengesetzten Ende desselben ist die Zugstange
t
befestigt, welche an ihrem unteren Ende mit dem um
c
2
drehbaren Hebel verbunden ist, welcher bei
h
2
die untere Kohle trägt. Diese muß in Folge der Aufwärtsbewegung von
E
offenbar nach
Fig. 475.
Lampe von Zipernowsky.
abwärts bewegt werden, d. h. also die beiden Kohlen entfernen sich voneinander und der Lichtbogen entsteht. Die Zahnstange
Z Z
des oberen Kohlenträgers greift in ein mit Hemmrad und Sperrklinke
r
versehenes Räderwerk ein und kann daher
Fig. 476.
Lampe von Schwerd \& Scharnweber.
nur dann herabsinken, wenn die Sperrklinke das Räder- werk freigiebt. Dies ist jedoch in dem eben betrachteten Stadium nicht der Fall, weil ein an der Zugstange
t
bei
i
angebrachter Ansatz eben durch das Herabbewegen der Stange gegen die Sperrklinke drückt und dadurch das Räderwerk festhält.
Die Kohlen brennen ab und vergrößern hier- durch den Widerstand des Lichtbogens; es muß daher die Stromstärke in der Hauptschluß-Spule
S
1
in dem- selben Grade abnehmen und in der Nebenschluß-Spule
S
2
zunehmen. Der Eisenkern
E
wird sich nach unten be- wegen und vermöge der durch die Zugstange
t
mit- einander verbundenen Hebel
c
1
h
1
und
c
2
h
2
die untere Kohle heben. Hierdurch muß sich aber auch der Ansatz bei
i
von der Sperrklinke
r
entfernen, also muß auch das Räderwerk frei werden und dem oberen Kohlen- träger nachzusinken gestatten. Damit wird wieder die normale Länge des Lichtbogens hergestellt und der Hauptstrom abermals durch
S
1
geleitet, was ein Senken der Stange
t
und somit eine neuerliche Hemmung des Räderwerkes zur Folge hat. Um ein rasches Herabfallen des oberen Kohlenträgers zu verhindern, ist das Räder- werk mit dem verhältnißmäßig schweren Schwungrade
u
versehen, welches nach Art der Unruhe einer Uhr die Bewegung zu einer gleichmäßigen macht. Eine zu rasche oder plötzliche Bewegung des Eisenkernes
E
wird da- durch verhindert, daß an dem oberen Hebel bei
b
die Kolbenstange eines in dem mit Glycerin gefüllten Cylinder
g
beweglichen Kolbens angehängt ist.
Eine Gruppe von Lampen, bei welchen zwar auch wie bei der vorhergehenden der Nachschub der Kohlen durch die Schwere des Kohlenträgers bewirkt und durch Differential-Solenoide geregelt wird, zeichnet sich hingegen durch die charakteristische Art der Hem- mung dieser Bewegung aus; diese besteht nämlich in der Anwendung eines
Hemmringes
. Von diesen Lampen möge zunächst die Lampe von
Brush
be- schrieben werden. Zur Erläuterung ihrer Construction wird das einfachste, früher für Einzellicht bestimmte ältere Modell dienen.
Eine verticale Messingsäule, Fig. 477, trägt an ihrem oberen Ende ein Solenoid
A
mit wenigen Windungen eines dicken Drahtes. Der Kern des Sole- noides besteht aus einer schmiedeisernen Röhre
C
, deren Gewicht zum Theile durch Spiralfedern
c
ausbalancirt ist. Unten an diesem an- gebrachte Schrauben
d
erlauben die Spannung der Federn zu reguliren. Innerhalb des Eisencylinders befindet sich frei beweglich der Träger
B
der oberen, positiven Kohle. Der untere Kohlenträger ist durch die Schraube
G
mit seinem Fuße ver- stellbar. Der Eisencylinder
C
trägt einen Haken, der unterhalb des Ringes
D
, durch welchen der obere Kohlenträger frei hindurchgeht, eingreift.
Wenn das Solenoid stromlos ist, so liegt der Ring
D
auf der Grundplatte des Gehäuses auf, und der obere Kohlenträger fällt frei herunter, bis seine Kohle auf die untere Kohle trifft. Werden jedoch die Klemmen + und — mit den entsprechenden Polen einer Elektricitätsquelle verbunden, so geht der Strom durch die verticale Säule in das Solenoid, von diesem in die obere Kohle und durch
Fig. 477.
Lampe von Brush.
Fig. 478.
Straßenlaterne von Brush.
die untere Kohle zur zweiten Klemme. Dann zieht das Solenoid das Eisenrohr
C
hinein und hebt mittelst seines Hakens den Ring
D
einseitig; die Kanten der Ringöffnung fassen den Kohlenträger
B
und dieser, so am Hinabgleiten gehindert, muß vielmehr die Aufwärtsbewegung des Cylinders
C
mitmachen, also die beiden Kohlen voneinander entfernen. Der auf diese Weise erzeugte Lichtbogen wird mit dem Abbrennen der Kohlen immer länger, der Strom im Solenoid aber durch den in solcher Art vermehrten Widerstand des Schließungsbogens immer schwächer und deshalb wird auch der Cylinder
C
langsam herabsinken; dadurch wird aber der Ring sich wieder horizontal auf die Grundplatte des Gehäuses auflegen können, und damit dem Träger
B
ein neuerliches Herabsinken, also Näherbringen beider Kohlen gestatten. Dann wird aber der Strom sofort wieder wachsen, und das Solenoid den Eisencylinder unter Mitnahme des Ringes neuerdings heben. Die Bewegung des Ringes nach oben ist durch die verstellbare Anschlagschraube
E
begrenzt. Bei normaler Function der Lampe wird die ganze Bewegung darin bestehen, daß der Ring in regelmäßigen Zwischenpausen einseitig gehoben wird und das Nachsinken der oberen Kohle zeitweise hindert.
Die Lampen für Theilungslicht haben ganz denselben Regulirungsmechanismus, nur das Solenoid
A
besitzt doppelte Windungen, von welchen die inneren, aus dickem Drahte gebildet, in den Hauptstromkreis, die äußeren, bestehend aus vielen Windungen eines dünnen Drahtes, derart in einem Nebenschluße angebracht sind, daß die Stromrichtung in der äußeren jener in der inneren Spirale entgegengesetzt ist. Das Solenoid wirkt dann immer mit der Differenz der magnetischen Momente beider Ströme, und zwar in folgender Weise: Wenn sich anfangs beide Kohlen berühren, wird zunächst ein kräftiger Strom durch die Spirale aus starkem Drahte, ein sehr schwacher Strom durch die im Nebenschlusse befindliche Spirale aus dünnem Drahte fließen. Der Eisencylinder wird mit der Differenz der beiden magnetischen Momente in das Solenoid hineingezogen, und bildet durch Hebung des oberen Kohlenträgers den Lichtbogen. In dem Maße, als dieser die Kohlen verzehrt, wächst der Widerstand im Hauptstromkreise, und sinkt daher dessen Stromstärke; im Nebenschlusse der feindrähtigen Spirale wird hingegen der Strom wachsen. Die Differenz der magnetischen Momente beider Spiralen wird immer kleiner, daher ihre Anziehungskraft auf den Eisencylinder immer schwächer; dieser sinkt herab, der Ring stellt sich mehr und mehr horizontal und läßt den oberen Kohlen- hälter nachsinken.
Um ein zu rasches Nachsinken des Kohlenträgers zu verhüten, ist derselbe als Röhre geformt und mit Glycerin gefüllt; in dasselbe taucht ein Kolben mit versetzten Bohrlöchern, dessen Stange am oberen Theile der Lampe befestigt ist; da die Röhre (der Kohlenträger) nur mit der Schnelligkeit sinken kann, als das Glycerin durch den Kolben fließt, ist hiermit eine Dämpfung der Bewegung erreicht. Die Lampe ist ferner mit einem zweiten Nebenschlusse ausgerüstet, dessen Zweck darin besteht, eine Lampe, welche aus irgend einer Ursache verlischt, aus dem Stromkreise auszuschalten, ohne das Brennen der übrigen Lampen zu stören. Hierzu wird ein Elektromagnet verwendet, der gleichfalls mit dünnen und dicken Drähten umwunden ist. Wird nun aus irgend einem Grunde der Hauptstrom in der Lampe unterbrochen, so geht ein kräftiger Strom durch den dünnen Draht dieses Elelektromagnetes; dieser zieht seinen Anker an und schaltet hierdurch die Spirale mit dickem Draht in den Stromkreis ein. Der Strom geht nun durch den Anker der Ausschaltevorrichtung, durch die wenigen Windungen dicken Drahtes derselben und zur nächsten Lampe. Die Spirale mit dünnem Drahte wird stromlos und dadurch einem unnützen Stromverluste vorgebeugt.
Die Lampen werden mit schwach verkupferten Kohlenstäben von 12 Milli- meter Durchmesser und 0·305 Meter Länge versehen. Bei der Anwendung eines Stromes von 10 Amp
è
res haben sie eine Brenndauer von 8 Stunden. Für größere Brendauer construirte
Brush
Lampen mit zwei oder mehreren Kohlen- paaren. Eine Lampe mit zwei Kohlenpaaren ist in Fig. 478, als Straßenlaterne montirt, abgebildet.
Bei der Lampe von
Schulze
wird an Stelle des einfachen Hemmringes ein Rahmen benützt, in welchem sich zwei Rollen drehen können, wenn sie nicht in Folge der Schiefstellung des Rahmens an den zwischen ihnen durchgehenden Kohlenhälter fest angedrückt werden. Die Stellung des Rahmens wird durch ein Differential-Solenoid bestimmt, welches auf eine Eisenröhre als Kern ähnlich wie bei Brush wirkt.
Bei
G
é
rard’s
Lampen wird der Kohlennachschub gleichfalls durch den vermöge seiner Schwere herabsinkenden Kohlenträger bewerkstelligt und die Hemmung dieser Bewegung durch einen Hemmring bewirkt bei dem kleinen Modelle, durch eine Art Scheere bei den größeren Modellen. Bei dem ersterwähnten Modelle (
lampe à glissière
), Fig. 479, ist der obere Kohlenträger an dem Eisenkern
K
im oberen Theile des Elektromagnetes
E
befestigt, während die Armatur
a
Fig. 479.
Fig. 480.
Lampen von G
é
rard.
an der unteren Seite des Elektromagnetes die eine Seite des um e drehbaren Hebels bildet, dessen andere Seite
r
die Gleitstange
S
ringförmig umfaßt. Die bei
r
angebrachte Spiralfeder wirkt der Anziehung des Elektromagnetes
E
auf
a
entgegen. Ist der Magnet stromlos, so zieht die Spiralfeder den Hebel auf der linken Seite nach aufwärts und der Ring klemmt die Gleitstange
S;
fließt hingegen durch
E
ein genügend starker Strom, so wird
a
angezogen, dadurch die Klemmung aufgehoben und der Elektromagnet, sammt Kohlenträger, Hebel und Spiralfeder gleitet an der Stange
S
herab. Zur Vermeidung einer Drehung ist noch eine Führungsstange
F
angebracht.
Soll die Lampe in Thätigkeit gesetzt werden, so bringt man zunächst die beiden Kohlen außer Berührung. Sie bleiben in dieser Lage, weil der Hemmring
r
in Folge der Feder- wirkung die Stange
S
klemmt. Leitet man nun einen Strom durch die Lampe, so zieht das Solenoid den Eisenkern
K
nach abwärts und senkt dadurch die obere Kohle. An der Unter seite von
E
wird gleichzeitig der Anker
a
angezogen und dadurch die Bremsung bei
r
auf- gehoben; der Elektromagnet gleitet daher mit der Kohle so lange herab, bis diese mit der unteren Kohle zur Berührung kommt. Da der Elektromagnet im Nebenschlusse zu den Kohlen liegt, verliert er durch die Berührung der Kohlen seine Anziehungskraft. Der Anker
a
wird durch die Gegenfeder abgezogen und die Gleitbewegung durch Anlegen des Bremsringes an
S
unmöglich gemacht; gleichzeitig ist aber auch der Eisenkern
K
durch die ihn tragende Spiral- feder wieder aus dem Solenoide herausgehoben worden und hat dadurch die obere Kohle etwas gehoben, d. h. den Lichtbogen gebildet. Wird durch das Abbrennen der Kohlen der
Fig. 481.
Fig. 482.
Lampen von Cance.
Widerstand im Voltabogen größer, so nimmt die Stromstärke in
E
wieder zu und bewirkt hierdurch neuerdings die Aufhebung der Bremsung und somit ein Herabgleiten der oberen Kohle.
Bei dem für Wechselströme construirten Modelle Fig. 480 hängen an den Spiral- federn
S S
die Armaturen
a a
, an welchen mittelst die hohlen Magnete
M M
durchsetzenden Stangen die Traverse
t
befestigt ist. Letztere trägt die mit der Platte
P
verbundene scheren- förmige Bremse
B B
. Ist die Lampe stromlos, so sind die Anker
a a
durch die Federn
S S
von den Magneten
M M
abgezogen und bremsen hierdurch den oberen Kohlenträger. Schickt man nun einen Strom durch die Lampe, so geht dieser nur durch die im Nebenschlusse liegenden Magnete
M M
, weil sich die beiden Kohlen nicht berühren. Hierdurch werden die Anker an- gezogen, senken den oberen Kohlenträger und heben die Bremsung auf: Die obere Kohle gleitet bis zur Berührung mit der unteren herab und bietet dadurch dem Strome einen Weg von geringem Widerstande, nämlich den durch die Kohlen dar. Weil nun durch die Elektro- magnete nur mehr ein sehr schwacher Strom geht, werden die Anker durch die Spiralfedern abgezogen und heben dadurch, den Lichtbogen bildend, die obere Kohle, ohne die Bremsung aufzuheben. Letzteres bewirkt erst eine abermalige Stromzunahme in
M M
in Folge des wachsenden Widerstandes im Lichtbogen durch Abbrennen der Kohlen. Um ein ruhiges Abwärtsgleiten des Kohlenträgers zu erreichen, endet dieser nach oben in einem Kolben, der sich im Rohre
R
mit sanfter Reibung bewegt.
Diese Lampe ist durch G
é
rard auch in die Form einer Differential-Lampe gebracht worden. Hierbei befinden sich die Anker
a a
zwischen je zwei Elektromagneten, von welchen das obere Paar in den Haupt-, das untere Paar in einen Nebenstromkreis geschaltet ist.
Bei der Lampe von
Cance,
Fig. 481 und 482, bei welcher gleichfalls die Schwere des Kohlenträgers den Nachschub bewirkt, besteht der Bremsring, wenn man ihn hier noch so nennen darf, in einer Schraubenmutter
E F
, in welcher sich die Schraubenspindel
V
drehen kann. Der obere Kohlenträger
t t
hängt an dieser durch die an ihm befestigte Schraubenmutter
K
Geht kein Strom durch die Lampe, so gleitet der Kohlenträger vermöge seines Gewichtes herab, muß aber hierbei durch die Schraubenmutter
K
die Spindel
V
in Umdrehung versetzen. (Die langgezogene Schraube hat die Form der Schraube eines Drillbohrers.) Verbindet man jedoch die Polklemmen
P P
der Lampe mit einer Stromquelle, so geht der Strom in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung durch die Lampe. Die Elektromagnete
B
1
B
2
ziehen ihre Kerne
N N
hinein, d. h. nach oben, und diese üben dann durch ihre stangenförmigen Ansätze einen kräftigen Druck auf die Platte
L L
aus. Die Platte wird dadurch gehoben und drückt dann auf die Schraubenmutter
E F
, die früher auf der an der Spindel befestigten Platte
D
aufruhte. Durch diesen nach oben gerichteten Druck wird die Spindel
V
in Drehung versetzt. Die Richtung dieser Umdrehung muß jener Drehungsrichtung entgegengesetzt sein, welche durch die Abwärtsbewegung der unteren Schraubenmutter
K
bewirkt wurde, weil ja die beiden Schraubenmuttern sich nach entgegengesetzten Richtungen auf derselben Schraube bewegen, d. h. also, die Aufwärtsbewegung der Mutter
E F
muß die Spindel derart drehen, daß die Mutter
K
und mit ihr der obere Kohlenträger gehoben wird. Hierdurch bildet sich aber der Lichtbogen. Das Abbrennen der Kohlen und hierdurch bedingte Anwachsen des Widerstandes im Lichtbogen schwächt die Stromstärke und somit auch die Kraft des Solenoides, der Druck von
L L
gegen
E F
läßt nach und die Schraube
V
kann wieder durch das Herabgleiten des schweren Kohlen- trägers
t t
gedreht werden.
Bei der Lampe von
Weston-Möhring,
Fig. 483, trägt der an den Federn
F F
befestigte Anker
A
des Elektromagnetes
E E
1
einen Hebel
H
, der mit einer Bohrung versehen ist, um den oberen Kohlenträger
K
durchzulassen. Der Anziehungskraft des Elektromagnetes
E E
1
auf den Anker
A
wirkt die Spiralfeder
S
entgegen, deren Spannung durch die Schraube
R
und den mit ihr verbundenen Winkelhebel regulirt werden kann. So lange kein Strom durch die Lampe geht, befindet sich der Hebel
H
in seiner tiefsten Stellung, bei welcher das Bohrloch parallel zum Kohlenträger
K
steht und dem Herabgleiten desselben bis zur Berührung mit der unteren Kohle
K
1
kein Hinderniß in den Weg stellt. Sobald jedoch ein Strom durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes fließt, zieht dieser seinen Anker an und dreht dadurch den Hebel
H
aufwärts. Hierdurch kommt das Bohrloch desselben in eine schiefe Stellung zum Kohlenträger
K
, der nun durch die Kanten des Bohrloches gefaßt wird und an der Aufwärtsbewegung des Hebels theilnehmen muß. Die obere Kohle wird also von der unteren entfernt und der Lichtbogen gebildet. Brennen aber die Kohlen weiter ab, so wächst der Widerstand im Bogen und die Anziehungskraft des Elektromagnetes nimmt ab; der Anker
A
sinkt, der Hebel
H
wird abwärts bewegt und läßt die Kohle
K
abwärts gleiten. Um heftige Bewegungen des Ankers zu vermeiden, ist an demselben durch die Stange
c
ein Kolben aufgehängt, der sich in einem mit Glycerin gefüllten Cylinder bewegt.
Der Elektromagnet
A
besitzt auf jedem seiner Schenkel drei Drahtspulen, und zwar zunächst dem weichen Eisenkerne eine Spule dünnen Drahtes, auf diese folgt in der Richtung nach außen zu eine Spule dicken Drahtes, und die äußerste Spule besteht wieder aus Windungen eines dünnen Drahtes. Die Spulen mit dickem Drahte liegen im Hauptstromkreise, jene mit dünnen Drähten in einem Nebenschlusse, und ist die Stromrichtung in den ersteren entgegengesetzt jener in den letzteren. Die Anziehungskraft des Elektromagnetes ist daher durch die Differenz der elektrischen Kräfte in beiderlei Spulen bestimmt. Die Anwendung dieses Diffe- rential-Magnetes, dessen Wirkungsweise nach den vorhergehenden Lampenbeschreibungen wohl keiner näheren Erklärung bedarf, ermöglicht die Verwendung dieser Lampe für Theilungslicht.
Fig. 483.
Lampe von Weston-Möhring.
Wir wenden uns nunmehr einer Gruppe von Lampen zu, bei welcher auch die Schwere eines Kohlenträgers die Bewegung der Kohlen bewirkt, jedoch die Hemmung nicht durch einen Bremsring, sondern durch den Sperrhaken eines Räderwerkes bewerkstelligt wird; zur Regulirung der Bewegung dienen Elektromagnete. Hierbei ist in erster Linie der in seiner älteren Form bereits im Jahre 1859 construirte Regulator von
Serrin
zu zählen.
Der obere positive Kohlenträger
B
, Fig. 484, trägt in seinem unteren Drittel eine Zahnstange
A
, welche in das Zahnrad
F
eingreift; mit
F
auf derselben Axe sitzt eine Rolle
G
, deren Radius halb so groß ist, als der des Zahnrades. Von dieser Rolle geht eine Stahlkette über die Führungsrolle
J
zu einem Elfenbeinstücke, das mit dem unteren, negativen Kohlenhalter
K
verbunden ist.
Am Boden des Lampenkastens ist ein Elektro- magnet
E
angebracht, dessen horizontaler Anker
Z
an dem Parallelogramme
R S T U
befestigt ist.
R S
kann sich um
R
und
T U
kann sich um
T
drehen. Die verticale Seite
S U
ist mit dem Quer- stücke, welches die Rolle
J
trägt, verbunden; damit das Parallelogramm nicht durch seine Schwere hinabsinkt, sind zwei Federn
r
(die zweite ist in der Zeichnung nicht sichtbar) angebracht, deren eine durch die Schraube
b
und den Hebel
a
stärker oder schwächer angespannt werden kann; die Federn werden so regulirt, daß
R S
und
T U
horizontal stehen. Das letzte Rad der Räderübersetzung bildet ein Sternrad
e
, in welches der dreieckig gestaltete Sperrzahn
d
eingreifen kann. Wird der obere Kohlenträger
B
hinaufgezogen, etwa um neue Kohlen zu befestigen, so dreht sich nur das Rad
F
, während das übrige Räderwerk in Ruhe bleibt, weil das zweite Rad eine Sperr- vorrichtung besitzt, welche die Drehung nur nach der entgegengesetzten Richtung gestattet. Die Arme
x
und
y
mit ihren Schrauben dienen zur genauen Einstellung der oberen Kohle. Der Strom wird durch die Metallbestandtheile der Lampe in den Kohlenträger
B
geleitet, gelangt dann durch die obere, positive und die untere, negative Kohle in den Träger
K
, von hier durch den Spiraldraht
l l
zu einer isolirten Klemme
z
, die mit dem Elektromagnete
E
verbunden ist; von diesem geht der Strom durch einen Draht zur Klemme
n
und wieder zur Stromquelle zurück. Sobald der Strom geschlossen ist, zieht
E
seinen Anker
Z
an und die Seite
S U
des Parallelogramms sinkt etwas nach abwärts; mit ihr sinkt auch der untere Kohlenträger und wegen dessen früher beschriebener Verbindung mit dem Zahnrade
F
steigt der obere Kohlenträger
B
. Die Kohlen werden also von- einander entfernt, und es entsteht der Lichtbogen. Der obere Träger kann trotz seines Gewichtes nicht herabsinken, da durch das Sinken des unteren Kohlenträgers der Sperr- zahn
d
zum Eingriffe in das Sternrad
e
gebracht wurde und damit das Räderwerk arretirt ist.
Durch Abbrennen der Kohlen wächst nun der Widerstand im Schließungsbogen, der Strom wird schwächer und mit ihm auch der Elektro- magnet. Es kommen daher die seiner Anziehung entgegenwirkenden Federn
r
zur Geltung und ziehen das Parallelogramm nach oben. Dadurch wird aber auch der Sperrzahn
d
gehoben und das Räderwerk freigegeben. Es sinkt jetzt der Kohlenträger
B
und hebt durch das Rad
F
, die Rolle
G
und die Kette
H
den unteren Kohlen- träger
K
, d. h. die beiden Kohlen werden einander genähert. Da, wie früher erwähnt, die Durchmesser des Rades
F
und der Rolle
G
sich wie 1 : 2 verhalten, so rückt die negative Kohle halb so viel nach oben als die positive Kohle nach unten, also ganz entsprechend dem ungleich- förmigen Abbrennen beider Kohlen. Der Volta- bogen bleibt daher an derselben Stelle. Das Nachrücken der Kohlen hat indessen den Wider- stand im Schließungsbogen verringert und so den Strom und mit ihm den Elektromagnet wieder zu den ursprünglichen Stärken gebracht. Es wird daher der Anker abermals angezogen und das Räderwerk arretirt, wodurch der weitere Nachschub der Kohlen beendet ist, bis neuerdings durch Abbrennen der Kohlen der Widerstand zugenommen hat. Dieses Spiel geht während der ganzen Brenndauer ununterbrochen fort. Durch die Spannung der Feder
f
mittelst der Schraube
b
und des Hebels
a
kann das Parallelo-
Fig. 484.
Lampe von Serrin.
gramm, conform der Stromstärke, so ausbalancirt werden, daß die geringsten Stromschwankungen genügen, um das Räderwerk in Thätigkeit zu setzen, also den Lichtbogen in constanter Größe zu erhalten. Ebenso wird durch das Anziehen der Schraube
b
das Parallelogramm etwas gehoben, durch Nachlassen derselben etwas gesenkt, wodurch die Lampe für größere oder kleinere Voltabogen eingestellt werden kann.
Drückt man den unteren Kohlenträger etwas nach abwärts, so wird auch das Parallelogramm gesenkt und dadurch das Räderwerk gehemmt: die Function
Urbanitzky
: Elektricität. 43
der Lampe ist unterbrochen. Will man diesen Zustand der Lampe erhalten, so dreht man den Kohlenhälter ein wenig, so daß der unten angebrachte Zapfen zum Eingriff in das Stück
r
kommt.
Lontin
hat den Serrin’schen Regulator dahin abgeändert, daß er den Elektromagnet nicht in den Hauptstromkreis, sondern in einen Nebenschluß legte (Fig. 485). Hiermit wird der Regulator auch für Theilungslicht verwendbar und functionirt dann in folgender Art: Sobald die Lampe in den Stromkreis eingeschaltet ist, geht, wenn die Kohlen sich nicht berühren, der ganze Strom durch den Magnet im Nebenschluß; dieser zieht seinen Anker an und giebt durch Hebung des Sperrzahnes das Räderwerk frei, wodurch beide Kohlen einander bis zur Berührung genähert werden. Im selben Momente geht aber der Hauptstrom durch die Kohlen, wo er jetzt wenig Widerstand findet, und der Nebenschluß, respective der Magnet, wird nahezu stromlos: der Anker fällt ab und der Sperrzahn arretirt das Räderwerk; beim Abwärtsgehen
Fig. 485.
Lampe von Serrin-Lontin.
des Ankers wird aber auch der untere Kohlen- träger etwas nach abwärts bewegt und so dem Strome Gelegenheit gegeben, den Lichtbogen zu bilden. Dann bleibt das Räderwerk so lange arretirt, bis durch Abbrennen der Kohlen der Bogen und somit auch der Widerstand im Hauptstromkreise zu groß geworden ist, also der Strom im Nebenschlusse wieder jene Stärke erreicht hat, die zum Anziehen des Ankers und neuerlichen Freigeben des Räderwerkes aus- reicht. Selbstverständlich muß, wenn der Regu- lator in dieser Art arbeiten soll, die Stellung des Elektromagnetes und die Form des Ankers entsprechend abgeändert sein. Diese Aenderung ist aus einem Vergleiche der Fig. 484 und 485 leicht zu ersehen.
Soll die Lampe für Wechselströme benützt werden, so müssen, da unter diesen Umständen die beiden Kohlen gleich schnell abbrennen, die Durchmesser des Zahnrades
F
und der Rolle
G
gleich groß sein.
Bei der Nebenschluß-Lampe von
Gramme
(Fig. 486) trägt die Zahn- stange
D
die obere, positive Kohle und dient durch ihr Gewicht als Motor für die Bewegung der letzteren; die untere, negative Kohle wird an einem Querstücke
G
befestigt, welches mit zwei Stangen
E E
verbunden ist. Diese sind an ihrem Ende mit einer schmiedeisernen Traverse
C
ver- schraubt, welche den Anker zu dem im Hauptstrome eingeschalteten Elektromagneten
A A
bildet, und welche durch die Spiralfedern
R R
immer nach aufwärts gezogen wird. Der in einem Nebenzweige eingeschaltete Elektromagnet
B
von großem Widerstande besitzt einen Anker, welcher auf dem um
v
drehbaren Hebel
L
befestigt ist. Am andern Ende des Hebels ist, mit diesem fest verbunden, ein Sperrzahn
s
, der in das Sternrad eingreifen kann.
U
ist eine Feder, welche den Anker vom Magnete
B
stets abzieht;
N
ist eine Contactfeder und
M
ein Contactstift.
Die Function der Lampe ist folgende: durch die Einwirkung der Federn
R R
und der Ansätze
X Y
wird in der Ruhelage das Ende des Hebels
L
, an welchem sich der Sperrzahn
s
befindet, immer in die Höhe gezogen, wodurch das Sternrad frei wird und die Zahnstange
D
vermöge ihres Gewichtes herabsinkt, bis sich beide Kohlen berühren. Der Strom kann nun durch die Lampe gehen. Er tritt bei der mit + bezeichneten Klemme ein, geht durch die Metallbestandtheile der Lampe zum oberen Kohlenträger
D
, dann durch die untere Kohle in die Stange
E
und von hier durch den Elektromagnet
A A
zu der mit — bezeichneten Klemme. Bei
P
ist eine Abzweigung, durch welche ein Theil des Hauptstromes, ohne den Lichtbogen zu passiren, den Elektromagnet
B
umkreisen kann. Sein Weg geht aus der Masse der Lampe durch den Stift
M
in die isolirte Contactfeder
N
, dann durch den Elektromagnet
B
und bei
P
wieder in die Masse der Lampe zurück. Sobald ein Strom durch die Lampe geht, zieht der Elektromagnet
A A
die Traverse
C
an, drückt somit die Stangen
E E
und mit diesen die untere Kohle hinunter, und stellt in solcher Weise den Lichtbogen her. In dieser Stellung bleibt der untere Kohlenhälter während der ganzen Zeit des Betriebes unverrückt stehen. In Folge der Abwärtsbewegung der Stangen
E E
und der Anziehung der Feder
U
kommt der Sperrzahn
s
zum Ein- griffe in das Sternrad, wodurch ein Nachsinken des oberen Kohlenträgers
D
verhindert wird. Der Elektromagnet
B
ist sehr groß und, wie erwähnt, besitzen seine Drahtwindungen einen hohen Widerstand; der in diesen circulirende Zweig- strom ist daher sehr schwach. Wird aber durch das Abbrennen der Kohlen der Vollabogen länger und somit der Widerstand im Hauptstromkreise größer, so wird der Strom in diesem schwächer, im Nebenschluß aber stärker. Der Elektromagnet
B
zieht seinen Anker an und bringt hierdurch den Sperrzahn
s
außer Eingriff. Jetzt ist das Sperrrad und mit ihm das übrige Räderwerk frei, die Zahnstange und mit ihr die obere Kohle kann nachsinken. Im selben Momente wird aber auch der Contact des Stiftes
M
und der Feder
N
unterbrochen, und somit der Strom, welcher durch den Magnet ging, auf- gehoben. Die Feder
U
zieht daher den Anker ab und wieder in seine Ruhelage zurück, wodurch das Räderwerk gehemmt und das Nachsinken der Kohle wieder unterbrochen wird. Brennen die Kohlen weiter ab, so beginnt das obige Spiel von neuem und so geht es fort, so lange die Lampe brennt. Da die Stromstärke im Hauptstromkreise nicht plötzlich abnimmt, die im Nebenstromkreise in Folge dessen nicht plötzlich zunimmt, so erfolgt das Nachschieben der Kohle nicht sprungweise, sondern continuirlich, stets mit dem Abbrennen der Kohlen gleichen Schritt haltend. Die Lampe ist für Einzel- und getheiltes Licht zu verwenden.
Fig. 486.
Lampe von Gramme.
Auch in der nunmehr zu behandelnden Lampengruppe wird die Bewegung der Kohlen durch die Schwere des Kohlenträgers bewirkt, aber die Hemmung besteht in einer
magnetischen Bremsung
. Hierher gehören die Lampen von
Crompton, Bürgin, Gülcher, Hauck
u. s. w.
Die Lampe von
Crompton,
und zwar jenes Modell, welches in München zur Ausstellung kam, ist durch die Fig. 487 und 488 dargestellt. (Nach
„La lumière électrique“
.) Der Regulirungsmechanismus wirkt hierbei mit Hilfe zweier Elektromagnete
G G
und
C C
, von welchen der erstere in den Haupt- und der
43*
letztere in einen Nebenstromkreis geschaltet ist. Berühren sich beide Kohlen, so fließt der Strom durch den Elektromagnet
G G
und dieser zieht seine Armatur
a
an, wodurch das Räderwerk
r
sammt dem oberen Kohlenträger etwas gehoben wird; auf diese Weise entsteht der Lichtbogen. Hierauf geht bei zunehmendem Widerstande im Voltabogen ein Zweigstrom durch den Elektromagnet
C C
, welcher nun gleich-
Fig. 487.
Fig. 488.
Lampen von Crompton.
falls seine Armatur anzieht und dadurch die Bremse
f
von dem Rade abhebt; das Räderwerk wird frei und die obere Kohle kann nachsinken. Gleichzeitig hiermit wird die untere Kohle gehoben, da der obere Kohlenträger mit dem unteren durch die über die Rollen
R
laufende Schnur
p
verbunden ist. Durch diese Anordnung wird bewirkt, daß der Lichtpunkt während der ganzen Brenndauer in constanter Höhe bleibt.
Gülcher’s
Lampe ist für Theilungslicht bestimmt und auch dazu geeignet, trotzdem sie weder einen Nebenschluß, noch Differentialspulen besitzt. Dieses Resultat wurde durch die einfache Construction und durch Parallelschaltung der Lampen erreicht. Zur Erklärung ihrer Construction und ihrer Function möge die in Fig. 489 abgebildete Setzlampe dienen. Die obere positive Kohle wird durch eine eiserne, in Gleitrollen geführte Stange
F
getragen. Diese ist mit dem unteren, negativen Kohlenträger durch Rollen und Schnurlauf so verbunden, daß sie immer den doppelten Weg zurück- legen muß als der untere Kohlenhalter. Es sind nämlich zwei Rollen auf einer Axe befestigt, deren Durch- messer sich wie 1 : 2 verhalten; die Schnur, mit welcher der obere positive Kohlenträger aufgehängt ist, geht über die größere, die Schnur, an welcher der untere negative Kohlenträger hängt, läuft über die kleinere Rolle.
D
ist ein um
C
drehbarer Elektromagnet,
K
eine Feder, die gegen die Fassung des Elektromagnetes derart drückt, daß sie ihn gegen den Anschlag
L
zu drehen sucht. Eine unten angebrachte Schraube dient zur Spannung der Feder.
H
ist ein Klotz aus weichem Eisen,
J
ein an der Feder
E
befestigtes Stück Schmied- eisen. Der Elektromagnet hat sowohl bei
J
als auch an der entgegengesetzten Seite halbkreisförmig abgerundete Pole. Bei
J
greift der Eisenschuh außerdem noch über ein Stück der unteren Seite des Magnetes.
Stromgang und Function der Lampe
. Die Klemmschraube
A
wird mit dem positiven Pol der Elektricitätsquelle verbunden und der Strom ge- langt von hier durch den Fuß
B
und den Metall- ring
C
in die Umwindungen des Elektromagnetes, von diesem durch den Eisenkern zum Theil direct in den eisernen Träger
F
, zum Theil durch das weiche Eisenstück
J
und die Feder
E
in das metallene Gehäuse und von da durch die Gleitrollen gleichfalls in den oberen Kohlenträger
F
, dann durch beide Kohlen in den unteren Träger und von hier durch die Gleitrolle und eine Drahtleitung zur Klemme
G
, welche mit dem negativen Pole der Elektricitätsquelle verbunden ist. Sobald der Stromkreis geschlossen wird, zieht der Elektromagnet
D
den eisernen Kohlenträger
F
stark an, wird aber gleichzeitig durch das weiche Stück Eisen
H
angezogen; die Folge davon ist, daß sich der Magnet um
C
derart dreht, daß der obere Kohlenhalter
F
aufwärts und, vermöge seiner Verbindung mit dem
Fig. 489.
Lampe von Gülcher.
unteren Kohlenhalter, dieser abwärts geschoben wird, d. h. die Kohlenspitzen werden voneinander entfernt und bilden den Lichtbogen. Durch die Widerstandszunahme im Bogen (beim Abbrennen der Kohlen) verliert der Magnet an Kraft und wird deshalb von
H
immer weniger angezogen. Jetzt überwiegt die Schwere des oberen Kohlenhalters die Anziehung bei
H
und der Magnet dreht sich entgegengesetzt der früheren Richtung, bis er bei
L
seinen Anschlag findet. Dies bewirkt eine Annäherung
Fig. 490.
Lampe von Gülcher.
der Kohlen; bei weiterem Abbrennen derselben wird der Strom und mit ihm der Magnet in der früher angegebenen Weise so weit geschwächt, daß er den Kohlenträger
F
nicht mehr anzieht, dieser also wieder durch seine eigene Schwere sinken kann. Er sinkt so lange, bis der Strom, und daher auch der Magnet, durch Verkleinerung des Lichtbogens wieder die ursprüngliche Stärke erreicht hat.
Damit die Schwingungen des Elektro- magnetes auch beim Anzünden oder bei außergewöhn- lichen Regulirungsmomenten nicht zu heftig werden, ist der dem Kohlenträger
F
abgewandte Pol des Elektromagnetes mit der magnetischen Bremse
J
versehen. Es ist klar, daß das weiche Eisenstück desto kräftiger bremst, je kräftiger der Magnet ist, überhaupt seine Bremskraft genau nach der jeweiligen Kraft des Magnetes richtet, also diesen stets zu ruhigem Gange zwingt. Zur Erzielung einer gleich- mäßigen Bewegung sind ferner der Kohlenhalter und der ihn berührende Polschuh mit einem Messing- überzuge versehen. Für die Verwendung der eben beschriebenen Lampe zur Beleuchtung von Sälen ꝛc. hat
Gülcher
dieselbe derart abgeändert, daß er den ganzen Mechanismus oberhalb der Kohlen anordnet, wie dies Fig. 490 zeigt. Die Lampe fungirt sehr gut und läßt gar keine Schwankungen des Lichtes wahrnehmen. Letzteres ist nahezu weiß, frei von jeder violetten Färbung, was größtentheils Folge der Anwendung sehr schwach gespannter Ströme ist. In welcher Weise sie trotz der Einfachheit ihrer Construction als Lampe für Theilungslicht fungiren kann, wird nachstehende Betrachtung lehren.
Angenommen, es seien zunächst zwei Lampen
A
und
B
(Fig. 491) in den Stromkreis eingeschaltet und die Lampe
A
sei durch Schluß ihrer Zweig- leitung angezündet; nun schließt man auch die zweite Zweigleitung für die Lampe
B.
Der von der Lichtmaschine kommende Strom theilt sich nun in zwei Zweige, dessen einer durch
A
, dessen zweiter durch
B
geht. In
B
berühren sich die Kohlen, weshalb hier der Widerstand geringer sein wird als in
A
, wo der Strom den bedeutenden Widerstand des Bogens zu überwinden hat. In Folge dessen wirkt in
B
der Elektromagnet kräftig und entfernt dadurch die Kohlen voneinander. Zur selben Zeit war der Strom in
A
schwächer, und die Kohlen konnten sich nähern. Nun hat sich das Verhältniß umgekehrt: Die Kohlen sind in
A
näher aneinander, in
B
weiter voneinander; es wirkt der Magnet in
A
stärker und in
B
schwächer, also werden in
A
die Kohlen voneinander entfernt, in
B
einander genähert. Dieses Spiel geht so lange fort, bis sich zwischen beiden Lampen das der Strom- stärke entsprechende Gleichgewicht hergestellt hat, was thatsächlich in kürzester Zeit erreicht ist. Es ist klar, daß man dann eine dritte Lampe
C
einschalten kann, die sich mit den zwei ersten Lampen, diese als Ganzes betrachtet, in’s Gleichgewicht setzt u. s. w.
Die gleichmäßige Vertheilung der Ströme für die einzelnen Lampen wird durch Parallelschaltung und dadurch erreicht, daß der Querschnitt der Leitung immer derjenigen Stromstärke entspricht, die an der entsprechenden Stelle vorhanden
Fig. 491.
Schaltung der Lampen.
Fig. 492.
Gülcher’s Stromvertheilung.
sein soll. Um dies zu erreichen, bildet man aus ebenso vielen Drähten, als Lampen betrieben werden sollen, ein Drahtbündel; die Drähte sind untereinander gleich stark und der Stromstärke entsprechend. Dieses aus z. B. sechs Drähten bestehende Bündel verbindet man mit einem Pole der Maschine, Fig. 492, und führt es bis zur Lampe
I;
hier zweigt man einen Leitungsdraht ab und führt die übrigen fünf Leitungsdrähte zur Lampe
II
, zweigt wieder einen Draht ab, führt die übrig- bleibenden vier Drähte zur Lampe
III
u. s. w. bis zur letzten Lampe
VI
, für welche noch ein Draht übrig bleibt. Ein zweites, dem ersten gleiches Bündel wird mit dem zweiten Pole der Maschine verbunden und bis zur letzten Lampe (
VI
) geführt; dort zweigt man einen Draht ab und führt die übrigen fünf Drähte zur Lampe
V
u. s. w., bis für die Lampe
I
nur mehr ein Draht übrig bleibt, der mit ihr verbunden wird. Aus der Figur ist leicht zu ersehen, daß die Weglängen aller Theilströme untereinander gleich groß sein müssen. Es ist z. B. der Weg des vom positiven Pole + ausgehenden, die Lampe
I
durchfließenden und über
i
, 2
i 3 i
.... zum negativen Pole — zurückkehrenden Theilstromes offenbar gleich dem Wege des Theilstromes, der von + über die Lampe
II
, durch 2
i
, 3
i
, 4
i
.... nach — verlauft. Vom Pole + fließt ein Strom aus, dessen Intensität gleich ist 6
i
und geht bis zur Lampe
I;
dort fließt ein Zweigstrom von der Intensität
i
in die Lampe und der übrige Strom, der nun nur mehr die Intensität 5
i
besitzt, geht bis zur Lampe
II;
hier geht abermals ein Zweigstrom von der Intensität
i
durch die Lampe und fließt dann nur mehr ein Strom von der Intensität 4
i
zur Lampe
III
u. s. w. Man sieht hieraus, daß die Intensität des Stromes ganz in derselben Weise ahnehmen muß, wie der Querschnitt der Leitung. Die Theilung des elektrischen Lichtes ist also hier durch Parallelschaltung bewirkt.
Dieses Beleuchtungssystem zeichnet sich durch sichere Wirkungsweise einfach construirter und daher billiger Lampen aus. Es liefert ein rein weißes, von violetten Nuancen freies Licht, da es keiner hochgespannten Ströme bedarf, selbst wenn eine größere Anzahl von Lampen in einen Stromkreis geschaltet wird. Hingegen erfordert die Parallelschaltung einen größeren Aufwand von Leitungs- material als die Hintereinanderschaltung. Dieser Umstand ist namentlich dann in Betracht zu ziehen, wenn es sich um größere Anlagen oder lange Leitungen handelt.
Wir begnügen uns mit diesen beiden Beispielen von Lampen, welche jener Gruppe angehören, in welcher eine magnetische Bremsung zur Anwendung kommt, und wollen nun einen Repräsentanten einer Lampengruppe kennen lernen, bei welcher die Regulirung durch einen Elektromotor bewirkt wird. Wir wählen hierzu die Differentiallampe von
Tschikoleff.
Die Beschreibungen hier nicht behandelter Lampen findet man in: „Das elektrische Licht“, Hartleben’s „Elektro-techn. Bibl.“, Bd.
III
, vom Verfasser vorliegenden Werkes. Dem genannten Buche sind auch die Beschreibungen der Lampen zum Theile entnommen.
Wenngleich diese Lampe keine große Verbreitung gefunden hat, ist sie doch deshalb von Interesse, da sie als die erste sogenannte
Differentiallampe
zu betrachten ist.
Tschikoleff
, Vorstand der Beleuchtungsabtheilung der russischen Artillerie, hatte sie schon seit 1877 in Gebrauch. Die Construction dieser Lampe ist aus Fig. 493 ersichtlich.
E
bedeutet einen Elektromagnet mit dicken Draht- windungen,
E
1
einen Elektromagnet mit Windungen eines dünnen Drahtes.
M M
sind die halbkreisförmig gebildeten Pole dieser beiden Magnete, welche den Gramme- schen Ring
r r
in zwei Drittel seines Umfanges umfassen. An den Trägern
c c
1
sind die auf dem Stromsammler des Ringes schleifenden Contactbürsten befestigt. Die Axe des Gramme’schen Ringes ist nach oben verlängert und sind in ihr Schrauben von einander entgegengesetzter Richtung eingeschnitten, und zwar von
s
1
bis
s
2
in der einen und von
s
1
bis
s
in der andern Richtung. Je einer der Kohlenträger bildet zu diesen beiden Schrauben die Mutter. Die Gewindhöhe beider Schrauben ist dieselbe, wenn die Lampe mit Wechselströmen betrieben wird, aber voneinander verschieden, wenn gleichgerichtete Ströme angewandt werden sollen. Eine Stell- schraube
s
3
dient zum Heben oder Senken des Lichtbogens, was für den Fall Bedeutung gewinnt, als ein Reflector benützt werden soll.
Der Strom tritt bei
L
in die Lampe ein und findet hier zunächst zwei Wege für seinen Durchgang; ein Theil läuft durch die Kohlen, die dicken Draht- windungen des Magnetes
E
und verläßt die Lampe bei
L
'; ein zweiter Theilstrom geht von
L
aus durch die Windungen des Magnetes
E
1
mit dünnen Drähten und von diesem bei
L
' aus der Lampe heraus. Der durch den Lichtbogen gehende Strom findet aber außer dem früher angegebenen Wege durch
E
noch einen zweiten Weg durch den Träger
c
und die zugehörige Bürste in den Gramme’schen Ring und von diesem durch
c
1
nach
L
' zurück, so daß also im Ganzen drei Theilströme durch die Lampe gehen. Bei Einschaltung der Lampe in einen Stromkreis wird zunächst der weitaus größte Theil des Stromes durch die sich berührenden Kohlen gehen, dann zum Theil die Windungen des Elektromagnetes
E
, zum Theil den Gramme’schen Ring durchlaufen; die Spule
E
1
wird wegen ihres hohen Wider- standes nahezu stromlos sein. Im Gramme’schen Ringe bilden sich Pole, deren Verbindungslinie senkrecht auf die Verbindungslinie der beiden Magnetpole
M M
steht. Der stark magnetische Pol
M
wird nun dem Ringe eine der Windungs- richtung seines Magnetes und der Polvertheilung im Gramme- schen Ringe entsprechende Drehung geben und bei richtiger Construction die Schraubenspindel
s s
2
derart drehen, daß sie vermöge ihrer beiden einander entgegengesetzt eingeschnittenen Schrauben die Kohlenträger voneinander entfernt. Dadurch bildet sich der Lichtbogen. Die Kohlen brennen ab, der Widerstand in ihrem Stromkreise wächst und die Stromstärke muß abnehmen. Im selben Maße wächst jetzt der Strom in der Zweigleitung, welcher der Elektromagnet
E
1
mit feinen Drahtwindungen angehört, und endlich erreicht er eine solche Stärke, daß der Pol des letzterwähnten Magnetes kräftiger wird als jener des Magnetes mit starken Drähten. Der nun kräftig gewordene Magnetpol dreht aber den Gramme- schen Ring in der entgegengesetzten Richtung, d. h. die Kohlen werden einander genähert. Beim regelmäßigen Brennen der Lampe steht daher der Gramme’sche Ring und somit die Ent- fernung der beiden Kohlen stets unter der Differentialwirkung der magnetischen Kräfte der beiden Elektromagnete
E
und
E
1
. — Die Regulirung des Bogens erfolgt bei der Lampe von
Tschikoleff
ohne Mitwirkung von Rädern und ohne irgend welche Auslösungsvorrichtung. Obwohl unter sonst gleichen Umständen Lampen ohne Auslösung solchen mit Aus- lösung vorzuziehen sind, weil ihre Regulirung stetiger vor sich geht, darf doch bei der jetzt besprochenen Lampe nicht
Fig. 493.
Lampe von Tschikoleff.
übersehen werden, daß zur Bewegung des Gramme’schen Ringes der eine oder der andere Magnetpol immer erst eine gewisse Stärke erreicht haben muß, also ein gewisser Zeitraum erforderlich ist, bis der Ring sich dreht, weil in der Schraube Reibung stattfindet, die durch die Anziehungskraft der Magnete überwunden werden muß. Die Länge des Lichtbogens bleibt deshalb keine absolut constante.
Wie wir bereits erfahren haben, wurde schon im Jahre 1855 von
Lacassagne
und
Thiers
der
Flüssigkeitsdruck
zur Regulirung des Lichtbogens benützt. Später und von Anderen ausgeführte diesbezügliche Versuche ergaben jedoch kein praktisch verwerthbares Resultat, bis es endlich in neuerer Zeit
Sedlaczek
und
Wikulill
gelang, die nach ihnen benannten vorzüglichen
Locomotiv
- und
Schiffslampen
zu construiren.
Bei diesen Lampen erfolgt die Regulirung dem Principe nach durch Anwendung zweier vertical stehender, cylindrischer und miteinander communicirender Röhren, die mit Glycerin gefüllt sind, auf welchem zwei luftdicht schließende Kolben sich bewegen, so daß, wenn der eine Kolben sinkt, der andere steigen muß; das Einleiten dieser Bewegung erfolgt nach zwei Methoden, entweder unter Zuhilfe- nahme eines Elektromagnetes oder durch einen Centrifugalregulator.
Lampe mit Elektromagnet
. Fig. 494 zeigt dieselbe schematisch, Fig. 496 in perspectivischer Ansicht. Die Kohlenstäbe
o
und
u
sind mit den Kolben
O
und
U
fest verbunden; die Durchmesser der letzteren sind so bemessen, daß
O
als Träger der oberen, positiven Kohle immer den doppelten Weg zurücklegt, wie
U
, der Träger der unteren, negativen Kohle. Das Resultat dieser Einrichtung ist, daß der Lichtpunkt immer in constanter Höhe erhalten wird, was bei dieser Lampe gefordert werden muß, da sie mit einem Reflector versehen ist. Der Kolben
O
, massiv und schwer gearbeitet, drückt auf die Flüssigkeit und hebt dadurch den Kolben
U
, während
Fig. 494.
Fig. 495.
Lampen von Sedlaczek und Wikulill.
er selbst sinkt; die Bewegung dauert so lange an, bis sie an der Berührung der beiden Kohlen
o
und
u
auf ein Hinderniß stößt. Die Berührung der Kohlen schließt aber den Stromkreis und setzt hierdurch den gleichfalls eingeschalteten Elektromagnet
E
in Thätigkeit. Dieser zieht mit Hilfe seines Eisenkernes den Kolben
k
aus dem Hahn
H
heraus und hebt dadurch die Verbindung zwischen beiden verticalen Cylindern auf; durch den Rückgang des Kolbens
k
ist jedoch gleichzeitig die Flüssigkeit unter dem Kolben
U
gesunken, also auch die Kohle
u
von
o
etwas entfernt worden und der Lichtbogen entstanden. Durch das Abrennen der Kohlen vergrößert sich ihre Entfernung und somit auch der Widerstand im Schließungsbogen, der Magnet
E
wird schwächer und die Feder
f
drückt den Kolben
k
wieder in den Hahn
H
hinein. Damit ist die Communication zwischen den beiden verticalen Röhren wieder hergestellt, der Kolben
U
preßt vermöge seines Gewichtes wieder Flüssigkeit unter den Kolben
O
, und die beiden Kohlen nähern sich einander so lange, bis ihre Distanz so klein geworden, daß der Widerstand des Stromkreises so schwach ist (also der Strom, respective der Magnet, wieder die ursprüngliche Größe erreicht hat), um durch Anziehung des Eisenkernes die Communication der verticalen Flüssigkeitssäulen neuerdings aufzuheben. Dieses Spiel geht stetig, ohne merkbaren Einfluß auf die Constanz des Lichtes auszuüben, vor sich. Um das Einsetzen neuer Kohlen leicht und rasch zu ermöglichen, gestattet der Hahn durch eine zweite Stellung die Verbindung der beiden verticalen Röhren durch eine weite Bohrung.
Lampe mit Centrifugalregulator
. Diese zeigt schematisch Fig. 495. Der Kolben
d
im Hahne steht durch ein Gestänge mit einem Centrifugalregulator in Verbindung, dessen Umdrehung von der Maschine (Lichtmaschine oder Motor) besorgt wird. Beim Anlassen der Maschine wird in Folge des Auseinandergehens der Kugeln am Regulator der Kolben
d
herausgezogen, sperrt die Verbindung
u
zwischen beiden Cylindern ab und läßt den unteren Kolben durch Nachziehen der Flüssigkeit sinken. Hierdurch entsteht der Lichtbogen. Das Abbrennen der Kohlen erzeugt einen größeren Widerstand und schwächeren Strom im Schließungsbogen und daher eine raschere Rotation der Maschine. (Durch die Schwächung des Stromes wird nämlich die Anziehung zwischen dem rotirenden Anker und den feststehenden Inductoren vermindert, daher auch die Arbeit des den Anker drehenden Motors geringer, weshalb er in schnelleres Laufen kommen muß.) Durch das Rascher- laufen der Maschine, also auch des Regulators, wird der Kolben
d
noch weiter herausgezogen, bis bei entsprechender Größe des Lichtbogens eine zweite Oeff- nung u' die Communication der Flüssig- keitssäulen wieder herstellt und dadurch die Kohlen abermals einander näher rücken läßt. Der Strom wächst dann, die Maschine rotirt daher langsamer, und der Regulator schiebt den Kolben
d
wieder hinein, indem er die Durchgangsöffnung schließt. Auch bei dieser Regulirung
Fig. 496.
Lampe von Sedlaczek-Wikulill.
wiederholt sich der eben angegebene Vorgang während des ganzen Betriebes, und da sich der Regulator in sehr engen Grenzen bewegt, brennen die Kohlen gleich- mäßig ab.
Diese Construction der Locomotivlampe hat in jüngster Zeit insoferne eine neue Aende- rung erfahren, als zu ihrer Regulirung die Differenzen in der Geschwindigkeit des strom- erzeugenden Motors direct benützt werden. Sobald der Widerstand im Lichtbogenkreise wächst, wird die elektrische und somit auch die magnetische Kraft der Dynamomaschine geringer, was bei der hierdurch verminderten Arbeitsbeanspruchung des Antriebsmotors eine Vergrößerung von dessen Geschwindigkeit zur Folge hat. Diese Geschwindigkeitsschwankungen werden nun direct benützt, um die Communication der beiden Cylinder und damit auch die Stellung ihrer Kolben mit den Kolbenhältern zu variiren.
Die eben beschriebenen Lampen eignen sich vorzüglich für Locomotiv- und Schiffs- beleuchtung, weil bei ihnen keinerlei Zahnräder, Kuppelungen, Rollen, Echappements ꝛc. vor- kommen, welche bei den heftigen Stößen und Erschütterungen auf einer Locomotive nicht leicht ordnungsmäßig fungiren könnten; die Anwendung für andere Zwecke ist jedoch hierdurch nicht ausgeschlossen, da andererseits die Regulirung sehr empfindlich ist.
Schließlich sollen noch zwei Regulatorlampen beschrieben werden, über deren praktische Verwendbarkeit zwar keine ausreichenden Angaben vorliegen, bei welchen aber die Regulirung der Lichtbogenlänge in ganz origineller Art bewirkt wird.
Fig. 497.
Fig. 498.
Lampen von Solignac.
Solignac
verwendet nämlich die vom Lichtbogen erzeugte Wärme zur Regulirung desselben. Fig. 497 stellt die ganze Lampe, zum praktischen Gebrauche montirt, dar; Fig. 498 zeigt ihre Construction. Die Kohlen
K K
1
sind beiläufig 50 Centimeter lang und horizontal angeordnet. Sie werden durch zwei Federgehäuse
F
und zwei Schnüre oder Ketten
S
, welche sich um die Rollen
R
schlingen, gegeneinander bewegt, indem die freien Kohlenenden mit den Rollen
R
verbunden sind und letztere in den Führungsstangen
T T
1
geführt werden. Die Kohlen sind an ihrer Unterseite mit dünnen Glasstäben
G
versehen, deren dem Voltabogen zugekehrte Enden, in kleiner Entfernung von diesem, gegen die Nickelansätze
A
stoßen, deren Stellung durch Schrauben fixirt werden kann. Der Strom wird durch die Klemmschrauben
U
, das Gestelle und die Contactrollen
C
zu den Kohlen geleitet und tritt in diese ganz nahe dem Voltabogen ein, wodurch ermöglicht wird, daß der Strom während der ganzen Brenndauer der Lampe nur durch ein paar Centimeter Kohle zu gehen braucht. Das ganze ist durch die Platte
P
und die Backen
B
, welche gleichzeitig zur Stromleitung dienen, gehalten. Mit der Schraube
N
kann die Entfernung der beiden Lampenhälften vergrößert oder verkleinert werden und durch sie wird auch beim Beginne des Brennens der Bogen gebildet. Vorläufig erfolgt nämlich die anfängliche Herstellung des Bogens noch mit der Hand;
Solignac
ist aber gegenwärtig bemüht, diese Arbeit durch eine selbstthätige Vorrichtung mit Hilfe eines Sole- noides und eines von diesem beeinflußten Zünders zu ersetzen.
Die Kohlen werden in ihrem Bestreben, gegeneinander zu rücken, nur durch die bei
A
an die Nickelansätze stoßenden Glasstäbe gehindert; da aber die Ansätze in unmittelbarer Nähe des Bogens sich befinden, und die Wärme, welche letzterer aussendet, sehr bedeutend ist, geschieht es, daß bei einer gewissen Länge des Bogens das Glühen der Kohlen die Ansätze und die daranstoßenden Glasstäbe so stark erhitzt, daß letztere weich werden und sich dann, wie die Figur zeigt, zurückkrümmen. Dies geschieht unter Einfluß des Druckes, mit welchem die Kohlen vermöge der Feder
F
sich einander zu nähern streben. Im selben Maße, als die Kohlen abbrennen, erneuert sich der eben angegebene Vorgang, und da er sich in unmerkbarer und continuirlicher Weise vollzieht, bemerkt man auch weder ein Zucken noch ein Schwanken im Lichtbogen. Die Regulirung des Lichtbogens wird also nur durch einen von ihm selbst erzeugten Effect, die Wärme, bewerkstelligt, nicht durch irgend eine seiner Natur fremde Vor-
Fig. 499.
Lampe von Schmidt.
richtung wie bei allen anderen Regulatoren. Du Moncel bezeichnet die von ihm mit dieser Lampe erzielten Resultate als zufriedenstellend.
Die Lampen von
J. Schmidt
reguliren die Bogenlänge durch elektromagnetische oder elektrodynamische Anziehung und Abstoßung, wie dies an dem in Fig. 499 abgebildeten Ver- suchsmodelle erläutert werden soll. Die vier Drahtspulen
A B C D
sind auf zwei sich kreuzenden Hebelpaaren um diesen Kreuzungspunkt leicht drehbar befestigt. Jede der Spulen trägt zweierlei Bewicklungen, die voneinander vollständig getrennt sind; je eine Bewicklung wird durch dicke und die andere durch dünne Drähte gebildet. Die Drähte sind dann derart mit den Klemmschrauben verbunden, daß die dicken Drähte und die Kohlenstäbe
K K
1
in den Haupt-, die dünnen Drähte in einen Nebenstromkreis zu liegen kommen; ferner wird durch entsprechende Verbindung bewirkt, daß sich die beiden Spulen
A
und
B
, sowie auch
C D
abstoßen, wenn der Strom durch die Windungen des dicken Drahtes geht, sich aber anziehen, wenn der Strom die dünnen Drähte durchfließt. Zwischen den Spulen
A
und
D
,
B
und
C
muß dann natürlich immer das entgegengesetzte Verhalten eintreten, d. h. die durch die Anziehung zwischen den Spulen
A
und
B
,
C
und
D
bewirkte Drehung wird durch die gleichzeitige Abstoßung zwischen
B
und
C
,
A
und
D
befördert (vergl. S. 257, Verhalten paralleler Ströme).
Die Wirkungsweise der Lampe ist hiernach leicht zu erkennen; wenn wir beispielsweise annehmen, daß sich die Kohlen
K K
1
nicht berühren und die Lampe in einen Stromkreis eingeschaltet wird, so muß der ganze Strom durch die Windungen der düunen Drähte fließen. Dies veranlaßt eine Anziehung zwischen den Spulen
A
und
B
,
C
und
D
und eine Abstoßung der Spulen
B
und
C
,
A
und
D;
hierdurch gelangen die Kohlen
K K
1
zur Berührung und schließen dadurch den Hauptstromkreis. Der Strom muß sich in zwei Theile theilen, von welchen der weitaus größere durch den Hauptstromkreis, also die Kohlen und die dicken Drahtwindungen fließt. Es muß daher die dynamische Kraft der dicken Spiralen jene der dünnen überwiegen und, da der Strom in den dicken Drähten zur Abstoßung zwischen
A
und
B
,
C
und
D
führt, müssen sich die beiden Kohlen voneinander bewegen; hiermit ist der Lichtbogen gebildet und durch diesen in den Hauptstromkreis ein neuer Widerstand eingeschaltet. Letzterer wächst in dem Maße als die Kohlen abbrennen und bewirkt dadurch eine allmähliche Verstärkung des Stromes in der Nebenschließung, wodurch endlich die Kohlen wieder gegen- einander geführt werden. Die Regulirung erfolgt somit stets durch die Differenzwirkung der in den beiderlei Drähten fließenden Ströme. Die Construction der Lampe ist jedoch nicht an die in der Figur dargestellte Anordnung und Form der Spulen gebunden, sondern läßt mannigfache Combinationen zu. Wir lassen es jedoch bei der Beschreibung der einen Form bewenden, da noch keine praktischen Resultate bekannt sind.
4. Gruppe. Elektrische Kerzen.
Ebenso wie bei den Regulatoren wird auch bei den elektrischen Kerzen das Licht durch den Voltabogen hervorgebracht; die Größe des Bogens wird aber nicht durch continuirlich oder periodisch wirkende Vorrichtungen constant erhalten, sondern ist durch die Construction ein- für allemal festgestellt. Die parallele Stellung der Kohlen und das einer Kerze ähnliche Abbrennen gaben Veranlassung zu der Bezeichnung: elektrische Kerzen.
Die erste praktisch verwerthbare Kerze wurde, wie bereits erwähnt, von
Paul Jablochkoff
im Jahre 1876 erfunden; doch hatte Jablochkoff bereits in
Werdermann
einen Vorläufer. Die Erfindung des Letzteren bezog sich allerdings nicht auf elektrische Beleuchtung, sondern auf einen Gesteinsbohrer, aber dieser wurde unter Benützung desselben Principes construirt.
Werdermann
ließ zwischen zwei zu einander parallelen und durch eine dünne Lichtschichte voneinander getrennten Kohlenstäben den Lichtbogen entstehen und führte durch ein daneben gelegtes Rohr einen Luft- oder Dampfstrom zu. Der Effect war eine Art Löthrohrflamme von so hoher Temperatur, daß darin der härteste Granit in wenigen Secunden schmolz.
Werdermann
hatte aber auch bei einer im selben Patente beschriebenen Construction an Stelle des Blaserohres einen Elektromagnet angewandt, dessen Einwirkung auf den Lichtbogen eine ähnliche war, wie die des Blaserohres. Hiermit war nicht nur der Kerze von Jablochkoff und ähnlichen, sondern auch jener von
Jamin
, wie wir weiter unten sehen werden, vorgearbeitet.
Die Kerze von
Jablochkoff
besteht aus zwei parallelen Kohlenstäben
a b
, Fig. 500, die durch eine Schichte Pariser Gyps voneinander isolirt sind. Die unteren Enden der Kohlenstäbe stecken in Messingröhrchen, gegen welche zwei Metall- klemmen
e
und
g
federnd drücken. Durch letztere erfolgt die Zuleitung des Stromes in die Kerze, die auf einer etwas durchscheinenden Platte
h
befestigt ist. Um die Kerze anzünden zu können, befindet sich am oberen Ende derselben ein quer über beide Kohlenspitzen gelegtes Graphitblättchen
c
, das durch eine übergeklebte Papier- schlinge
d
in seiner Lage erhalten wird. An Stelle dieser Verbindung beider Kohlen- spitzen kann man die letzteren wohl auch durch einen Kohlenbrei, der erhärtet, verbinden. Beim Einschalten der Kerze in den Stromkreis geht der Strom von dem einen Kohlenstäbchen durch das Verbindungsstück an der Spitze zum zweiten und wieder zur Stromquelle zurück. Das Verbindungsstück wird glühend und bildet, nachdem es verdampft ist, zwischen beiden Kohlen den Voltabogen. Dieser bringt dann in dem Maße als die Kohlen verbrennen die isolirende Zwischenschichte zum Schmelzen und Verdampfen. Da aber die positive Kohle beiläufig noch einmal so schnell verzehrt wird als die negative, so mußte erstere zur Erzielung eines gleich- mäßigen Abbrennens von doppelt so großem Querschnitte als letztere genommen werden. Das Verhältniß ist jedoch kein genaues, die Kerzen brennen deshalb doch ungleichförmig, und so sah man sich zur Anwendung von Wechselströmen genöthigt. Eine Kerze mit Kohlenstäbchen von vier Millimeter Durchmesser und 220 bis 225 Millimeter Länge brennt beiläufig 1½ Stunden und entwickelt eine Lichtstärke von 100 Carcelbrennern.
In einen Stromkreis können mehrere Kerzen eingeschaltet werden und die Summe der Lichtintensitäten aller Kerzen ist größer als jene Intensität, welche im selben Stromkreise erhalten würde, wenn man nur eine entsprechend größere Kerze ein- geschaltet hätte.
Es rührt dies daher, daß nicht nur der Voltabogen zwischen den beiden Kohlen leuchtet, sondern auch die verdampfende Gypsschichte zur Gesammtlichtstärke beiträgt. Der kurzen Brenn- dauer einer Kerze wegen werden immer mehrere derselben (2 bis 5) in einer Lampe angebracht. Anfangs, z. B. auch bei der Beleuchtung der
Avenue de l’opéra
in Paris, begnügte man sich allerdings damit, jede Lampe mit vier Kerzen zu versehen und diese mit einem im Fuße des Candelabers angebrachten Stromwechsler so zu verbinden, daß durch entsprechende Drehung des letzteren eine Kerze nach der andern in den Stromkreis eingeschaltet werden konnte. Nach je zwei Stunden (der Brenndauer einer Kerze) mußte dann ein Lampenwärter von Laterne zu Laterne gehen und die Stromwechsler drehen. Diese Einrichtung hat aber nicht nur den Nachtheil der Unbequemlichkeit, sondern auch den, daß beim Erlöschen einer Kerze durch irgend welche Ursachen sämmtliche Kerzen desselben Strom- kreises erlöschen und die Lampen erst durch
Fig. 500.
Kerze von Jablochkoff.
Drehen ihrer Stromwechsler successive wieder zum Leuchten gebracht werden können.
Mittel, um eine einmal erloschene Kerze von selbst wieder zum Brennen zu bringen, wie z. B. die Beimischung leitender Metallpulver in die isolirende Zwischenschichte, haben bis jetzt kein brauchbares Resultat ergeben. Um das Erlöschen einer Lampe zu verhindern, muß man also dafür sorgen, daß an Stelle einer erloschenen Kerze unmittelbar eine zweite Kerze zu brennen beginnt. Man versuchte dies dadurch zu erreichen, daß man Kerzen von verschiedenen Wider- ständen in einer Lampe vereinigte und sie sämmtlich in den Stromkreis einschaltete. Es begann dann die Kerze zu brennen, welche den geringsten Widerstand besaß, und wenn diese erlosch, folgte jene Kerze, welche den nächst höheren Widerstand hatte. Diese Einrichtung führte aber zu großen Stromverlusten und wurde deshalb aufgegeben.
Diese Mißerfolge veranlaßten die Construction mechanischer Vorrichtungen, deren eine in den Fig. 501 und 502 abgebildet ist. Auf einer Grundplatte aus durchscheinendem Materiale sind vier Paare von Klemmen angebracht, um die vier Kerzen der Lampe aufzunehmen und ihnen den nöthigen Strom zuzuführen. Die inneren vier Klemmstücke sind mit Metallstreifen aus Stahl und Kupfer versehen, welche sich, wenn die Kerze herabgebrannt ist, stark erwärmen und in Folge der ungleichen Ausdehnung beider Metalle krümmen. Hierdurch gelangt der betreffende
Fig. 501.
Fig. 502.
Automatischer Einschalter für Jablochkoff-Kerzen.
Metalldoppelstreifen mit dem ihm gegenüberstehenden Metallstift in Contact, wodurch der Strom veranlaßt wird, statt durch die Kerze zu gehen, einen Elektromagnet, Fig. 502, zu umkreisen. Letzterer zieht seinen plattenförmigen Anker an und dieser bewirkt durch Drehung des mit ihm in Verbindung stehenden Doppelsperrhakens und eines Sternrades die Drehung einer Daumenwelle. Unter dieser Welle befindet sich ein kleines Kästchen aus Hartgummi mit so vielen voneinander isolirten Fächern, als Kerzen benützt werden sollen. Die Fächer sind mit Quecksilber gefüllt und mit bestimmten Kerzen verbunden. Der elektrische Strom tritt in die Welle ein, geht durch jenen Daumen, welcher gerade in eines der mit Quecksilber gefüllten Fächer taucht, und von diesem durch die entsprechende Kerze wieder zur Maschine zurück. Eine Drehung der Welle bewirkt das Eintauchen eines nächsten Daumens in das ihm entsprechende Fach, daher die Einschaltung einer neuen Kerze. Inzwischen hat sich der Metallstreifen der ausgebrannten Kerze etwas abgekühlt und den Contact wieder aufgehoben, wodurch der Magnet stromlos wird, der Anker abfällt und durch seinen oberen Sperrhaken das Sternrad an einer weiteren Drehung verhindert.
Diese Vorrichtung verhindert allerdings ein Erlöschen der Lampe, aber auch nur in der Weise, daß an Stelle der einen Kerze eine andere zum Brennen gebracht wird, ohne Rücksicht darauf, ob erstere Kerze ganz ausgebrannt ist oder in Folge einer anderen Ursache aufhört zu leuchten. Das Wiederanzünden einer ausgegangenen aber nicht ausgebrannten Kerze ermöglichten verschiedene Constructeure dadurch, daß sie statt des festen Isolirungsmittels zwischen beiden Kohlenstäben Luft anwandten und eine Kohle beweglich machten. Hierher zählen die Kerzen von
Wilde, Morin, Jamin, Siemens \& Halske
u. s. w.
Wilde
trennt die beiden vertical und parallel nebeneinander gestellten Kohlenstäbe durch eine beiläufig drei Millimeter dicke Luftschichte. Der eine Kohlenstab ist an seiner Unterlage stabil befestigt, der zweite an einem rechtwinkeligen, beweglichen Theile derart angebracht, daß vor dem Anzünden der Kerze die an diesem Theile befindliche Kohle sich an die feststehende anlegt, sobald aber ein Strom die Kerze passirt, von der feststehenden Kohle durch einen Elektromagnet getrennt und zu ihr parallel gestellt wird. Die Kerze bedarf daher keines Zünders und stellt auch beim zufälligen Erlöschen selbstthätig den Voltabogen wieder her; das Licht zeigt jedoch sehr häufige Schwankungen in Folge der Wirkung des Magnetes.
Morin
vermeidet diesen Uebelstand dadurch, daß er an Stelle des Elektromagnetes eine Art Solenoid benützt, welches durch seinen Eisenkern einen auf die Kerze wirkenden Excenter in Bewegung setzt. Bei der für
eine
Kerze bestimmten Lampe (Fig. 503) ist die eine Kohle
C
', wie bei Wilde, mit ihrem Träger unverrückbar verbunden, hingegen die Kohle
C
beweglich. Innerhalb des nach Art der Galvanometerspulen gewundenen Sole- noides
S
befindet sich eine rechteckige Eisenlamelle
A
, die sich um eine horizontale Axe
X
drehen kann. Die Lamelle wird sich auf die Windungen von
S
senkrecht zu stellen suchen, sobald diese ein Strom durchfließt; sind die Drahtwindungen hingegen stromlos, so wird die Lamelle durch eine Feder in eine zu der Windungsrichtung des Solenoides etwas geneigte Lage zurückgezogen. Auf der Drehungsaxe der Lamelle ist der Excenter
E
aufgesetzt, der mit seinem Umfange auf dem Träger der Kohle
C
schleift. Letzterer wird durch die federnde Platte
f
gehalten und gegen den Excenter angedrückt. So lange kein Strom durch die Lampe geht, berühren sich die beiden Kohlen; läßt man aber den Strom eintreten, so dreht sich die Eisenlamelle
A
mit dem auf ihrer Axe aufgesetzten Excenter und entfernt hierdurch beide Kohlen voneinander. In dieser Weise wird der Lichtbogen gebildet; sollte die Kerze aus irgend einer Ursache erlöschen, so zieht die früher erwähnte Feder die Eisenlamelle wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück und dreht hierdurch den Excenter derart, daß sich die beiden Kohlen wieder berühren, also der Stromschluß neuerdings hergestellt wird.
Ist die Lampe für längere Brenndauer bestimmt, so müssen ebenso wie bei Jablochkoff zwei oder mehr Kerzen in derselben angebracht sein. So stellt Fig. 504 eine solche Lampe mit vier Kerzen dar. Bei dieser ist das Solenoid
S
horizontal angeordnet und dreht sich die Eisenlamelle
A
um eine verticale Axe. Auf letzterer ist oberhalb der Lamelle
A
eine horizontale Scheibe aufgesetzt, welche mit vier Excentern versehen ist, entsprechend den vier beweglichen Kohlenstäben
C.
Die äußeren Kohlen
C
' sind auf unbeweglichen Ständern befestigt. Damit eine Kerze nach der andern und nicht vor dem gänzlichen Abbrennen der vorhergehenden angezündet wird, sind die Excenter auf der Scheibe derart vertheilt, daß der Excenter einer Kerze erst dann zur Wirksamkeit kommen kann, wenn der Excenter der vorhergehenden Kerze keinen Stromschluß (keine Berührung der Kohlen) mehr herstellen kann, weil die Kerze bereits ausgebrannt ist. Die Herstellung eines Stromschlusses beim gänzlichen Abbrennen einer Kerze wird aber in folgender Weise unmöglich gemacht: Die Kohle
C
' wird dadurch in ihrer verticalen Stellung gehalten, daß eine Feder
r
von innen auf sie drückt, während sie sich außenhin gegen einen bei
Z
angebrachten Zinkdraht lehnt. Ist die Kerze bis nach
Z
herunter- gebrannt, so schmilzt durch die Hitze des Voltabogens der Zinkdraht ab, und die Feder
r
Urbanitzky
: Elektricität. 44
drückt die Kohle
C
' hinaus, so daß diese gegen die Drahtschlinge
s
fällt. Dreht sich dann die Eisenlamelle, so kann nur der nächstfolgende Excenter in Wirksamkeit treten und das ihm entsprechende Kohlenpaar zur Berührung bringen. Wie wir bei
Jamin
’s Kerze sehen werden, wird die Stellung des Voltabogens durch eine ihn umgebende Drahtspirale verändert, wenn der durch den Bogen oder die Spirale gehende Strom in seiner Richtung geändert wird. Es kann dies nicht befremden, da der Voltabogen eben auch ein Theil, und zwar ein sehr leicht beweglicher Theil eines Stromkreises ist, daher der anziehenden, beziehungsweise abstoßenden Wirkung eines zweiten Stromes ebenso ausgesetzt ist, wie jeder andere Stromleiter. Dies trat nun auch bei
Morin
’s Lampe ein, und zwar derart, daß bei den zwei Kerzen, welche zwischen beiden Hälften des Solenoides, also oberhalb des diese beiden trennenden Luftzwischen- raumes stehen, der Voltabogen von beiden Solenoidhälften gleich stark, aber nach entgegen- gesetzten Richtungen getrieben wird, d. h. also seine Lage unbeeinflußt bleibt. An den beiden anderen Kerzen, von welchen jede nur über
einer
Solenoidhälfte steht, wurde der Lichtbogen der einen Kerze gegen die Kohlenspitzen getrieben, jener der andern Kerze aber nach abwärts
Fig. 503.
Fig. 504.
Kerzen von Morin.
gegen die Kohlenträger gezogen. Um diesen Uebelstand zu vermeiden, muß das Solenoid
S
möglichst weit von den Kerzen entfernt angeordnet werden; überdies schaltet Morin zwischen dem Solenoide und den Kerzen eine Eisenplatte
E
ein, welche vermöge der magnetischen Schirmwirkung (siehe Seite 290) den Voltabogen gegen Ablenkung schützen soll.
Eben diese Directionskraft, welche stromdurchflossene Drähte auf den Volta- bogen ausüben und Morin, als schädlich der Function einer Lampe, unwirksam zu machen sucht, diente
Jamin
(übrigens lange vor Morin) als Constructionsprincip seiner Kerze. Jamin wendet nämlich gleichfalls zwei nebeneinander angeordnete, nur durch Luft voneinander isolirte Kohlenstäbe bei seiner Kerze an, umgiebt aber die Kerzen seiner Lampe mit Drahtwindungen
H
, Fig. 505, durch welche er einen Strom nach einer Richtung durchschickt, durch welche der Voltabogen gegen die Spitze der Kerzen getrieben, beziehungsweise dort erhalten wird. Die rechtsseitigen Kohlen
A A' A
″ stehen fest, während die linksseitigen Stäbe
B B' B
″ an dem Querstücke
C C
' hängen, welches durch die Stange
D E
mit der Eisenplatte
E F
in Verbindung steht. Dieser gegenüber befindet sich das aus weichem Eisen gebildete Stück
G
, welches magnetisch wird, sobald durch den Drahtrahmen, die sogenannte „Richtungsspirale“ (
H H
), ein Strom circulirt. Ist
G
unmagnetisch, also die Lampe ohne Strom, so nimmt die Platte
E F
ihre tiefste Lage ein und drückt hierbei durch ihr Gewicht die Kohlenstäbe der einzelnen Kerzen gegeneinander, oder richtiger die beiden längsten Kohlen kommen miteinander in Berührung. Leitet man hingegen durch die Drähte
K L
einen Strom in die Lampe, so durchfließt dieser die Richtungs- spirale und geht dann durch das sich mit seinen Spitzen berührende Kohlenpaar.
G
wird magnetisch, zieht
E F
an und entfernt hierdurch die linksseitigen und rechts- seitigen Kohlen voneinander; der Licht- bogen entsteht an jener Kerze, bei welcher sich die Kohlen berührt hatten. Bei einer Stromunterbrechung fällt
E F
von
G
ab, bringt hierdurch wieder zwei Kohlen miteinander in Berührung, zwischen welchen sich dann der Voltabogen neuerdings bilden kann, wenn die Lampe abermals Strom erhält. Ist eine Kerze ganz verzehrt, so wird die nächste automatisch eingeschaltet. Gegen die in der Ebene der Richtungs- spirale unbewegliche Kohle wird ein in dem drehbaren Winkel
O
(Querschnitt, Fig. 505) befestigter Zinkdraht β β durch die Feder
R
gedrückt. Ist nun die Kerze bis zum Zinkdraht abgebrannt, so schmilzt dieser ab und die Feder
R
drückt den Winkel
O
und mit ihm die Kohle aus der Ebene der Richtungsspirale heraus, dreht also diese Kohle so weit von der zweiten Kohle weg, daß die Kerze erlöschen muß, worauf sich eine nächste in früher an- gegebener Weise anzündet. Jamin’s Kerze hat sich trotz ihrer sinnreichen Einrichtung praktisch nicht sehr gut bewährt.
Das Licht der Kerzen ist kein sehr ruhiges und schwankt namentlich dann sehr stark, wenn die Kohlen nicht sehr sorgfältig und homogen hergestellt sind.
Fig. 505.
Kerzen von Jamin.
Da sich der Strom bei seinem Uebergange von einer Kohle in die andere den Weg aussucht, auf welchem er den geringsten Widerstand findet, so kann bei ungleich- förmig zusammengesetzten Kohlen ein Auf- und Abtanzen des Lichtbogens zwischen beiden Kohlenstäben eintreten, falls dies nicht durch besondere Vorrichtungen, wie durch Jamin’s Richtungsspirale, hintangehalten wird. Die Kerzen müssen mit Wechselströmen betrieben werden und bedürfen bei halbwegs verläßlicher Function auch einer Regulirungs- oder Aus- und Einschaltungsvorrichtung, wodurch sie also ihre ursprüngliche Einfachheit gegenüber den Regulatoren verloren haben; überdies ist der im Lichtbogen einer Kerze erzielbare Lichteffect bedeutend kleiner als jener in einer Regulatorlampe. (Das Verhältniß ist nach Tresca 3 : 7.)
44*
5. Gruppe. Lampen mit gegeneinander geneigten Kohlen.
Schon im Jahre 1846 ließ sich
William Edward Staite
verschiedene Lampenconstructionen patentiren, deren eine in Fig. 506 abgebildet ist. Zwei Kohlenstäbe werden in Metallröhren so geführt und durch Spiralfedern geschoben, daß sie unter einem stets gleichbleibenden Winkel auf einer Säule auftreffen, welche aus einem die Elektricität nicht leitenden und der hohen Temperatur des Volta- bogens widerstehenden Materiale hergestellt ist. Da hierbei die beiden Kohlen, ohne ihre Neigung zueinander zu ändern, immer in derselben Höhe durch die Säule in der Vorwärtsbewegung gehemmt werden, muß auch die Entfernung der Kohlen- spitzen voneinander gleich bleiben, also der Lichtbogen eine constante Größe bei-
Fig. 506.
Lampe von Staite.
behalten. Um die Kohlen für verschieden lange Bogen einstellen zu können, ist die Verschie- bung des einen Kohlenträgers durch eine an der Grundplatte der Lampe angebrachte Stellvorrichtung ermöglicht.
Staite’s Lampe wurde das Vorbild vieler nachher construirter Lampen, so z. B. jener von
G
é
rard, Lescuyer, Hedges, Rapieff
, der
Soleil-Lampe
u. s. w.
Bei der Lampe von
Rapieff
erheben sich auf einer Grundplatte zwei Säulen
s s
' (Fig. 507), welche je einen Kohlenhalter
d
und
d
' tragen. In jedem Kohlenhalter befinden sich zwei Kohlen
a a
' und
b b
', die unter spitzen Winkeln zueinander geneigt sind. In dieser Lage werden sie durch kupferne Gleitrollen erhalten. Die Ebenen der beiden durch die Kohlenstäbe gebildeten Winkel stehen aufeinander senkrecht. Die vom Scheitel der Winkel entfernten Kohlenenden sind mit schweren Fassungen versehen, von welchen Schnüre ausgehen, die über einige Führungsrollen laufen und an einem Gegen- gewicht
W
befestigt sind. Der Kohlenträger
d
und die Säule
s
' sind von den übrigen Lampentheilen isolirt; der Kohlenträger
d
' ist um ein Gelenk
g
drehbar, während
d
fest ist. Eine Schraube
h
dient zum Höher- oder Tieferstellen des Voltabogens. Betrachtet man ein Kohlenpaar, z. B. das obere, näher, so sieht man, daß die beiden Kohlenstäbe durch ihr Gewicht und das Gegen- gewicht
W
so lange sinken müssen, bis sie durch Zusammentreffen ihrer Spitzen sich an der Weiterbewegung gegenseitig hindern. Brennen nun die Kohlen ab, so werden sie im selben Maße nachsinken, müssen sich aber räumlich im selben Punkte wieder treffen wie früher, da vermöge der Gleitrollen ihre gegenseitige Neigung unverändert bleibt. Ebenso verhält sich das untere Kohlenpaar. Die Entfernung beider Spitzen der Kohlenpaare bleibt also stets dieselbe, das heißt die Bogenlänge bleibt unverändert. Dabei ist aber das eine Kohlenpaar unabhängig vom andern. Das eine Kohlenpaar kann schneller abbrennen als das andere und doch rücken die Kohlen so vor, daß stets je zwei in einer Spitze zusammentreffen. Dies hat den Vortheil, daß gleichgerichtete Ströme verwendet werden können.
Wird die Lampe in einen Stromkreis eingeschaltet, so geht der Strom zunächst durch einen im Sockel der Lampe angebrachten Elektromagnet, welcher durch Anziehen seines Ankers eine durch die Röhre
s
gehende Stange herabzieht und dadurch den Kohlenträger
d
' nach abwärts dreht, also die früher in Folge der Wirkung des Gewichtes
W
miteinander in Berührung gestandenen Kohlenpaare voneinander entfernt und so den Lichtbogen bildet. Wie beim Fortdauern des Lichtbogens die Kohlen nachrücken, wurde bereits erwähnt. Erlischt durch irgend einen Umstand die Lampe, so wird auch der Elektromagnet stromlos und die Kohlen- paare kommen unter Einwirkung des Gewichtes
W
wieder zur Berührung, um so neuerdings das Brennen einzuleiten. Damit das Erlöschen einer Lampe nicht auch jenes der übrigen Lampen desselben Stromkreises nach sich zieht, ist der früher erwähnte Elektromagnet in der Grundplatte der Lampe so angeordnet, daß er, sobald durch seine Windungen und durch die Lampe kein Strom gehen kann, einen Nebenschluß herstellt, in welchem ein dem Wider- stande der Lampe entsprechender Widerstand eingeschaltet ist.
Fig. 507.
Lampe von Rapieff.
Fig. 508.
Lampe von G
é
rard.
G
é
rard
wendet zur Construction seiner Lampe ebenfalls zwei Kohlenpaare an, doch sind die vier Kohlenstäbe so gestellt, daß sie die Kanten einer vierseitigen Pyramide bilden (Fig. 508). Die Kohlen sind in Röhren geführt und erhalten die Stromzuleitung durch Contact- rollen, die nahe den Kohlenspitzen angebracht sind. Das eine Kohlenpaar, in der Figur das linksseitige, ist an der viereckigen Grundplatte unverrückbar befestigt, das andere, in der Zeichnung rechts befindliche, kann sich um ein Gelenk drehen. Eine unter dem Aufhänge- ringe der Lampe horizontal angebrachte Spiralfeder zieht es vom ersterwähnten Kohlenpaare ab. Die Spannung dieser Feder wird durch eine in der Figur unterhalb der Feder auf der linken Seite befindliche Schraube regulirt. Die rechts befindliche Schraube dient zur Verschiebung der Kohlenpaare gegeneinander. Unterhalb der Grundplatte befindet sich ein Elektromagnet, dessen Anker an den Führungsröhren des rechtsseitigen, beweglichen Kohlenpaares befestigt ist. Seine Drahtwindungen liegen in einem Nebenschlusse. Unter diesem Magnete ist ein zweiter Elektromagnet angebracht, der in den Hauptstrom geschaltet ist und dessen Eisenkerne gekrümmt und gegen den Voltabogen gerichtet sind. Sie haben den Zweck, letzteren stets gegen die Spitzen der Kohlen zu treiben.
So lange die Lampe stromlos ist, sind beide Kohlenpaare durch die Wirkung der Spiralfeder voneinander getrennt In einen Stromkreis eingeschaltet, geht der Strom zunächst durch den Nebenschluß, in welchem der obere horizontal liegende Magnet sich befindet; dieser zieht seinen, an den Führungsröhren des rechtsseitigen Kohlenpaares befestigten Anker an und dreht dadurch dieses Kohlenpaar so, daß dessen Spitze mit der Spitze des zweiten Kohlen- paares in Berührung kommt. Nun geht der Strom sofort durch die Kohlen und den unteren Elektromagnet, während der obere im Nebenschlusse liegende Elektromagnet nahezu stromlos wird und seinen Anker wieder losläßt. Hierdurch kommt die Wirkung der Spiralfeder zur Geltung, der Lichtbogen entsteht und wird durch die Eisenkerne des unteren Elektromagnetes stets an der Spitze der Kohlen erhalten. Beim Abbrennen der letzteren sinken diese nach, aber immer nur bis zur Berührung je zweier zusammengehöriger Kohlen, wodurch der Voltabogen bei der stets gleichbleibenden Richtung sämmtlicher Kohlen gegeneinander immer dieselbe Länge behalten muß.
Sollte der Strom durch irgend eine Veranlassung momentan unterbrochen werden, so
Fig. 509.
Soleil-Lampe.
zündet sich die Lampe von selbst sofort wieder an, wie dies aus ihrer Construction leicht erklärlich ist. Zum Betriebe der Lampe können Wechsel- und gleich- gerichtete Ströme angewandt werden, nur müssen im letzteren Falle für das Kohlenpaar, welches den positiven Pol bilden soll, noch einmal so lange Kohlen benützt werden als für das andere Paar. Die Kohlen können sehr lang genommen werden, so daß die Lampe bis zu 12 Stunden brennen kann.
In neuerer Zeit wurde von
Clerc
auf die von
Staite
angegebene Anordnung der Kohlen wieder zurückgegriffen und eine Lampe con- struirt, welche unter dem Namen
Soleil-Lampe
bereits mehrfache praktische Erfolge errungen hat. Eines der ersteren Modelle ist in Fig. 509 schematisch dargestellt. Zwei Kohlen
A
und
B
werden in den Höhlungen eines Steinblockes, dessen Material ursprünglich Marmor war, geführt und sinken mit ihren Spitzen immer bis zur unten an- gebrachten Aushöhlung des Blockes vor. Der Steinblock wird durch ein Gehäuse
G G
, mit welchem er durch Schrauben verbunden ist, getragen. Im Innern des Gehäuses werden die Kohlen durch Kupferdrähte
D D
geführt und diese dienen auch gleichzeitig zur Zuleitung des Stromes; die Leitungsdrähte
L L
vermitteln die Einschaltung der Lampe in einen Stromkreis. Das Anzünden der Lampe erfolgt mit Hilfe eines kleinen Stückes Kohle
R
gerade so wie bei der Jablochkoff- Kerze. Der Strom tritt durch die eine Kohle ein, geht durch das Stück
R
und verläßt durch die zweite Kohle die Lampe.
R
wird glühend, brennt ab und der Voltabogen zwischen den beiden Kohlenspitzen ist entstanden. Gleichzeitig wird der zwischen beiden Spitzen befindliche Theil des Marmorblockes glühend und verstärkt das Bogenlicht durch Incandescenz. In dem Maße als die Kohlen abbrennen, sinken sie auch durch ihre eigene Schwere nach. Später hielt man es für zweck- mäßig, den Steinblock aus mehreren Theilen in nachstehender Weise zusammen- zusetzen. Man bildete die beiden Stücke
K K
aus Kreide, die Unterlage
D E
aus Granit und
M
aus einem Blocke weißen Marmors. Sämmtliche Theile wurden durch das Gehäuse und Schrauben zusammengehalten. Diese Zusammensetzung des Blockes hatte den Vortheil, daß das Marmorstück, welches auch an der Licht- erzeugung theilnimmt und daher nach einer gewissen Zeit unbrauchbar wird, leicht durch ein neues Stück ersetzt werden kann, ohne daß gleichzeitig die übrigen Theile unbrauchbar werden.
Diese anfänglich etwas roh construirte Lampe machte nach und nach verschiedene Wandlungen durch, die nicht nur auf constructive Verbesserung der Lampe selbst abzielten, sondern auch das selbstthätige Wiederanzünden einer ausgegangenen Lampe und die Sicherstellung aller Lampen eines Stromkreises gegen Störungen in einer Lampe bezweckten. In dieser Weise gelangten die Ingenieure
Street
und
Maquaire
zu der gegenwärtig gebräuchlichen und nachstehend beschriebenen Con- struction.
Der prismatische Marmorblock, dessen Abmessungen nur 3, 4 und 5 Centi- meter betragen, ist mit glockenartigen Höhlungen versehen, die einander gegenüber- liegen und zur Einführung der 20 Millimeter starken Kohlenstäbe
B
und
C
, Fig. 510, dienen. Die beiden glockenartigen Aushöhlungen sind durch einen 5 Millimeter weiten Canal miteinander verbunden. Dieser Canal öffnet sich nach einer Seite
A
(in der Figur nach oben) hin trichterförmig. Durch diesen Trichter sieht man, sobald der Strom von
B
nach
C
durch den engen Canal fließt, den Voltabogen, und der Trichter selbst dient gleichzeitig als Reflector. Die eine Kohle (
C
) ist der Länge nach durch- bohrt, um einem dünnen Kohlen- stabe
D
, dem Anzünder der Lampe, den Durchgang zu ermöglichen. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Lampe wird uns Fig. 511 dienen. Der Marmorblock ist in
Fig. 510.
Marmorblock und Kohlen der Soleil-Lampe.
eine eiserne Büchse
a b
eingeschlossen, welche durch ein Charnier leicht geöffnet werden kann und an ihren beiden schmalen Seiten Röhren
c d
zur Aufnahme der Kohlen trägt. Durch diese beiden Röhren werden die Kohlen in die glocken- förmigen Höhlungen des Marmorblockes eingeführt. Die Gegeneinanderbewegung der Kohlen besorgen die Spiralfedern
f f
, indem sie die einen Arme der Winkel- hebel
h h
' so zu drehen suchen, daß deren Enden gegen die freien Enden der Kohlen drücken, diese also gegen die Mitte der Lampe zu schieben trachten. Die Röhren
c
und
d
sind, um die Vorwärtsbewegung der Hebel zu ermöglichen, mit einer Längsspalte versehen. Die anderen Arme
k k
' der Winkelhebel werden durch die Federn
f f
derart gedreht, daß sie mit den Anschlägen
m
oder
m
' in Contact kommen, sobald die durch den Hebel
h
oder
h
' vorgeschobene Kohle verzehrt ist; dies hat den Zweck, die Lampe aus dem Stromkreise auszuschalten, sobald eine oder beide ihrer Kohlen ausgebrannt sind. Wäre also z. B. die Kohle bei
a
verbraucht, so hat sich der Winkelhebel
h k
so weit gedreht, daß
k
und
m
in Contact kommen. Der durch die Polklemme
s
eintretende Strom gelangt in den Winkel- hebel und durch diesen nicht mehr in die dazu gehörige Kohle, sondern nach
m
, von hier durch den Draht
l
zur zweiten Polklemme
s
' und fließt zur nächsten Lampe weiter.
Das selbstthätige Anzünden wird in nachstehender Weise bewirkt. Der dünne Kohlenstab
D
(Fig. 510) ist an einer Metallstange
o o
(Fig. 511) befestigt, welche durch die Schraube
u
an die Eisenröhre
r
geklemmt wird. Ein kleines Gewicht
p
bewegt die Stange
o
mit ihrem Kohlenstäbchen und der Röhre durch den engen Canal des Marmorblockes, bis das Stäbchen gegen die Kohle
B
(Fig. 510) anstößt. Die Röhre
r
ist von einem weiteren Rohre eingeschlossen, welches bei
E
ein Solenoid trägt, dessen Windungen vom Lampenstrome durchflossen werden, bevor dieser noch in die Lampe selbst gelangt. Der Metallstab
o
ist mit den Drahtwindungen des Solenoides durch eine Zweigleitung (bei der Schraube
u
) verbunden. Sobald nun der Strom die Drahtwindungen von
E
Fig. 511.
Fig. 512.
Soleil-Lampen.
durchfließt, zieht das Solenoid die Eisenröhre an und bewegt dadurch den Stab mit seinem Kohlenstabe von der mit ihm in Berührung gestandenen Lampenkohle weg. Gleichzeitig geht aber durch die Zweigleitung ein Strom in die Stange
o
, das Kohlenstäbchen und zur gegenüberliegenden Lampenkohle, wodurch zwischen letzterer und dem Kohlenstäbchen ein kleiner Voltabogen gebildet wird. Ist dann das Kohlenstäbchen bei seiner Rückbewegung ganz in den Hohlraum der hohlen Lampenkohle hineingelangt, so ist hierdurch der Schluß des Hauptstromes zwischen den beiden Lampenkohlen hergestellt und der Voltabogen zwischen diesen gebildet. Diese Vorgänge spielen sich nicht nur beim ersten Anzünden der Lampe, sondern natürlich auch dann ganz in derselben Weise ab, wenn die Lampe aus irgend einer Ursache erlöschen sollte.
Die Lampe kann sowohl mit Wechselströmen, als auch mit gleichgerichteten Strömen betrieben werden und erzeugt ein sehr ruhiges Licht. Selbst ein sehr starkes Schwanken der Stromstärke bewirkt noch kein Erlöschen des Bogens, da der weißglühende Marmor den elektrischen Strom leitet und daher dieser schon längere Zeit sehr geschwächt oder ganz unterbrochen sein muß, bis die Abkühlung des Marmors so weit fortschreitet, daß die Lampe erlischt. Der Marmorblock dauert mindestens 15 Stunden und von den Kohlen verbrennen beiläufig 2 Milli- meter per Stab und Stunde. Die normale Länge der Kohlen beträgt 10 Centi- meter, doch können auch Kohlenstücke zur Verwendung kommen. Nach den An- gaben der Ingenieure der Gesellschaft bedarf eine Lampe von 90 Carcelbrennern
Fig. 513.
Lampe von Heinrichs.
Lichtstärke eines Kraftaufwandes von 1½ Pferdekraft, eine Lampe von 120 Carcel- brennern von 2 Pferdekräften. Der Preis der Lampe beträgt 200 Francs, der Lampenkohle per Meter 3 Francs, der Anzündekohle 75 Cent. per Meter und des Marmorblockes 75 Cent. Fig. 512 zeigt endlich eine vollständig montirte Lampe. Diese ist in zwei Zapfen drehbar aufgehängt und läßt sich durch diese in jede beliebige Lage drehen und in dieser feststellen, wodurch man es in der Hand hat, den Hauptlichteffect in jeder gewünschten Richtung zu erhalten; die Construction der Lampe ermöglicht eben auch ihr Fungiren in umgekehrter Lage, d. h. mit nach aufwärts gewandtem Voltabogen. (Dies ist auch die in den Fig. 510 und 511 dargestellte Lage.)
Die Lampe von
Heinrichs
beruht auf demselben Constructionsprincipe wie jene von
Rapieff, G
é
rard
u. A., zeichnet sich aber vor diesen durch die Anwendung gebogener Kohlenstäbe aus, wodurch die Lampe bei geringer Länge eine große Brenndauer erlangt. In Fig. 513 stellt
k k
das obere positive Kohlenpaar vor, welches durch die Träger
h h
um die Punkte
x x
in der Ebene der Kohlen drehbar ist. An den Axen
x x
sind Zahnräder
r
1
r
1
befestigt, deren Ineinandergreifen eine gleichmäßige Bewegung beider Kohlen
k k
bewirkt und so die Berührungsstelle derselben immer am selben Orte erhält. Das Getriebe
r
1
r
1
wird von einem kleinen Rahmen getragen, welcher an der Schiene
s
befestigt ist. Diese hängt an dem längeren Arme
a
1
eines Winkelhebels, dessen kürzeren Arm der Anker
a
des Elektromagnetes
E
bildet. Das untere negative Kohlenpaar
k
1
k
1
, mit seiner Ebene senkrecht zur Ebene des positiven Paares angeordnet und durch die Träger
h
1
h
1
gehalten, ist um die Axen
x
1
x
1
in derselben Weise beweglich, wie das ersterwähnte Kohlenpaar. Das Getriebe der negativen Kohlen wird durch einen etwas größeren Rahmen
r
getragen, und dieser ist an dem Gehäuse der Lampe isolirt befestigt. Die Drahtspule
W W
oberhalb des Elektromagnetes wird beim Erlöschen der Lampe automatisch eingeschaltet und dient dann zum Ersatze des Lichtbogen- widerstandes.
Im Ruhezustande der Lampe stehen beide Kohlenpaare an den Zusammenstoßpunkten ihrer Kohlen in Berührung. Tritt aber ein Strom in die Lampe ein, so durchläuft dieser den Elektromagnet
E
, geht in das obere positive Kohlenpaar, und da dieses mit dem negativen in Berührung ist, in das negative, von wo aus er die Lampe durch die zweite Polklemme wieder verläßt. Der Elektromagnet
E
zieht sofort seinen Anker
a
an, hebt damit das obere Kohlenpaar und stellt den Lichtbogen her; um eine zu heftige Bewegung zu vermeiden, ist die Stange
s
mit einigen Zähnen versehen, die in ein Getriebe des Rades
r
eingreifen, während eine Feder
f
gegen den Umfang des Rades drückt. Das Nachsinken der Kohlen beim Abbrennen derselben erfolgt in der früher angegebenen Weise. Sollte die Lampe erlöschen, so läßt der Magnet
E
seinen Anker los, die Stange
s
und mit ihr das obere Kohlenpaar sinken herab bis zur Berührung mit dem unteren Kohlenpaare, und stellen den Bogen wie anfangs wieder her Gelingt dies aus irgend einer Ursache nicht mehr, so wird die Lampe automatisch aus dem Stromkreise ausgeschaltet, ohne die anderen in denselben Stromkreis etwa geschalteten Lampen zu stören Zu diesem Zwecke trägt die Schiene
s
unterhalb des Rades
r
2
einen Stift, der beim Herabsinken der Schiene die Feder
f
1
gegen einen Contact
c
drückt und den Strom zwingt, von
L
1
durch die Widerstandsspule
W W
in die Feder
f
1
durch den Contactstift
c
nach
L
und zu den anderen Lampen zu gehen. Der Durchmesser des einen Kohlenkreises beträgt 30·5 Centimeter, jener des zweiten 20·3 Centimeter und die Brenndauer der Lampe 20 Stunden und darüber; sie richtet sich natürlich auch nach der Intensität des Lichtes.
Die Kohlen für Bogenlampen und deren Erzeugung.
Wie man aus obigem Abschnitte ersehen kann, ist an Lampen der mannig- fachsten Construction durchaus kein Mangel mehr. Sie alle können aber, selbst die zweckmäßigste Construction vorausgesetzt, nur dann wirklich zufriedenstellende Dienste leisten, wenn man sich solcher Kohlenstäbe bedient, die gleichfalls allen Anforderungen entsprechen. Wie früher mitgetheilt wurde, hat
Davy
, als er zum erstenmale den Voltabogen erzeugte, Stäbe aus Holzkohlen verwendet. Es wurde auch bemerkt, daß sich dieses Material zum Zwecke der Lichterzeugung durch Elektricität gleich anfangs als unbrauchbar erwies.
Foucault
ersetzte es durch Retortenkohle. Aber auch diese gab kein zufriedenstellendes Resultat. Die Erzeugung der letzteren, an den Innenwänden der Gasretorten in beständiger inniger Berührung mit Mineral- kohle, bringt es mit sich, daß ihre Masse sich nicht gleichmäßig aus Kohlenstoff zusammensetzt, sondern mit mineralischen Bestandtheilen mehr oder weniger, häufig unregelmäßig, vermischt ist. Die aus solcher Kohle geschnittenen Stäbe können daher kein ruhiges, gleichmäßiges Licht geben, da bei ihrer Anwendung Kohlentheilchen und mineralische Bestandtheile in mehr oder weniger unregelmäßigen Zeiträumen zum Glühen kommen und hierbei ganz ungleichförmige Lichtintensitäten erzeugen. Die mineralischen Bestandtheile wirken auch dadurch schädlich, daß sie zum Theile schmelzen, zum Theile verdampfen, das Licht verschieden färben, zur Zersplitterung der Kohle, zum „Spritzen“ derselben, Veranlassung geben. Man sah sich daher gezwungen, die Lampenkohlen eigens für diesen Zweck darzustellen. Ohne die Namen jener Männer, welche sich um die Darstellung brauchbarer Kohlenstäbe Verdienste erworben haben, alle aufzuzählen — die Reihe ist eine stattliche — mögen hier nur einige genannt werden.
Jacquelain
versuchte die künstliche Darstellung der Retortenkohle unter Vermeidung jener Umstände, welche deren Verunreinigung mit mineralischen Bestand- theilen bewirken. Er nahm Theer, welcher als Destillationsproduct frei von allen nicht flüchtigen Bestandtheilen ist, und zersetzte diesen an stark erhitzten Flächen. Die auf solche Weise erzeugte Retortenkohle wurde in Stäbe zersägt und war hart und dicht wie die Retortenkohle. Sie lieferte ein vollkommen ruhiges Licht, dessen Intensität um 25 Procent höher war als jene, welche man, gleiche Strom- intensität vorausgesetzt, mit gewöhnlichen Retortenkohlen erzielen konnte. Leider gestaltet sich die Herstellung derartiger Kohlenstäbe zu kostspielig; es erfordert viel Arbeit, das sehr harte Material in Stäbe zu zersägen, und überdies gehen eine Menge Abfälle verloren.
In neuerer Zeit hat
Jacquelain
folgendes Verfahren zur Darstellung reiner Kohlen angegeben: Prismatische Gaskohlenstäbe werden erst bei Weißgluth mindestens 30 Stunden einem Chlorstrom, dann zur Ausfüllung ihrer Poren weißglühend in einem Cylinder von unschmelzbarem Thon langsam den Dämpfen von schwerem Steinkohlentheeröl ausgesetzt. Auch werden die Kohlen mit geschmolzenem Natron und dann mit destillirtem Wasser behandelt, um Kieselsäure und Thonerde zu ent- fernen; darauf mit Salzsäure und destillirtem Wasser zur Entfernung des Eisens und der alkalischen Erden. Endlich kann man die Kohlen in einem mit 1 Vol. Fluorwasserstoffsäure und 2 Vol. Wasser gefüllten Bleitrog 24 bis 28 Stunden bei 15 bis 25 Grad Celsius einsenken, waschen und während 3 bis 5 Stunden carbonisiren. Bei gleichen Verhältnissen betrugen bei Erzeugung des Lichtbogens die Verluste
v
der Kohlen in Grammen in 24 Stunden und die Helligkeiten
h
, verglichen mit denen einer Carcellampe:
Die gereinigten Kohlen geben ein constantes Licht, die nicht gereinigten ein unstätes.
Große Verdienste um die Herstellung der Lichtkohlen hat sich
Carr
é
erworben. Nach langwierigen und eingehenden Versuchen kam er endlich zu einem Verfahren, welches er sich im Jahre 1876 patentiren ließ. Er empfiehlt hierin ein Gemenge von gepulvertem Coaks, calcinirtem Ruß und einem eigenen Syrup, der aus 30 Theilen Rohrzucker und 12 Theilen Gummi bereitet ist. Von diesem Syrup werden 7 bis 8 Theile mit 5 Theilen Ruß und 15 Theilen Coaks vermischt. Der hierzu verwendete Coaks muß aus dem besten Materiale erzeugt sein, fein gemahlen und durch Wasser oder heiße Säuren gewaschen werden. Das ganze Gemenge wird mit etwas Wasser zu einem Teige verarbeitet, dieser comprimirt und durch eine Presse in die Form von Stäben gebracht. Die so erhaltenen Stäbe kommen dann in Tiegeln und werden längere Zeit einer hohen Temperatur ausgesetzt. Das ein- malige Glühen genügt jedoch nicht zur Herstellung consistenter Kohlen; sie sind nach dieser Operation noch zu porös. Um die Poren auszufüllen, werden die Stäbe in einen sehr concentrirten Syrup von Rohrzucker oder Caramelzucker gebracht und 2 bis 3 Stunden gekocht. Während dieser Periode kühlt man die Kohlenstäbe einigemale stark ab, damit der Luftdruck den Syrup in alle Poren hineinpressen kann. Die Kohlen werden dann zur Entfernung des an ihrer Ober- fläche noch haftenden Syrups mit Wasser abgespült und einem abermaligen Brennen unterworfen. Diese Operationen müssen so oft wiederholt werden, bis die Kohlen eine hinreichende Dichte und genügende Härte erreicht haben.
Sehr beliebt und daher auch häufig angewandt sind gegenwärtig die Kohlen der
Gebrüder Siemens
; die Art ihrer Erzeugung wird jedoch geheim gehalten.
Fig. 514.
Fig. 515.
Apparate zur Darstellung der Lampenkohlen.
In Wien fabricirt
Hardtmuth
Lampenkohlen verschiedener Dimensionen; doch ist auch über die Herstellung dieser nichts bekannt geworden.
Napoli
benützt zur Fabrication seiner Kohlenstäbe eigens zu diesem Zwecke dargestellte Retortenkohle, indem er Goudron einer trockenen Destillation unterwirft. Die Kohle wird gemahlen, auf Schüttelsieben gesiebt und kommt dann in ein Gefäß, in welchem sich ein Paar Mühlsteine bewegen. Durch Beifügung einer bestimmten Quantität Goudron und die Bewegung der Mühlsteine entsteht ein gleichmäßiger Brei, der in die Presse gebracht wird. Diese ist in Fig. 514 im Längsschnitte dargestellt. Der Preßcylinder besteht aus zwei miteinander verschraubten Gußtheilen, deren unterer gekrümmt ist und drei Mundstücke trägt. Die Krümmung des Preß- cylinders hat sich als nothwendig herausgestellt, da wegen der Zähigkeit der Masse der Druck sich nicht gleichmäßig fortpflanzt und daher auch kein homogenes Product erhalten werden konnte. Den Preßcylinder umschließt ein Dampfrohr, um die Masse während des Pressens geschmeidig zu erhalten, und aus demselben Grunde legt man auf die Mundstücke glühende Eisenblöcke. Die Pressung selbst wird durch hydraulischen Druck bewerkstelligt. Die auf diese Weise erzeugten Kohlenstäbe werden dann nach und nach bis zur Rothgluth erhitzt, um den noch vorhandenen Goudron zu zersetzen. Die Temperatur muß langsam erhöht werden, damit die Zersetzung allmählich erfolgt und die Gase Zeit finden zu entweichen. Die Kohlen ziehen sich hierbei beträchtlich zusammen. Nachdem man sie langsam erkalten gelassen, erhitzt man sie abermals, aber jetzt bis zur hellen Rothgluth. Nachdem sie wieder ab- gekühlt sind, haben sie eine stahlgraue Färbung und hinreichende Härte und Festig- keit. Die Lampen verbrauchen von solchen Stäben stündlich 75 Millimeter, während sie 250 Millimeter Carr
é
’scher Kohlen bedürfen.
Wünscht man Kohlen von noch größerer Dichte herzustellen, so muß man sie nochmals tränken; dies kann aber nicht durch bloßes Eintauchen der Kohlen geschehen, da hierbei wegen der schon ziemlich bedeutenden Dichte derselben die Flüssigkeit nicht mehr in die Poren eindringen würde. Sie werden daher in einen Cylinder gegeben (Fig. 515), der von einem Dampfstrom behufs Erwärmung umspült ist, dann die Luft aus dem Cylinder und den darin befindlichen Kohlen evacuirt, worauf man durch einen am Boden des Cylinders angebrachten Hahn die Flüssigkeit hineintreten läßt. Dann schließt man diesen Hahn, öffnet den oben angebrachten Hahn, der die Verbindung des Cylinders mit dem Dampfkessel herstellt, und läßt durch den Dampfdruck die Flüssigkeit in die Poren der Kohlen hinein- pressen. Hierauf wird die Flüssigkeit abgelassen und ein Dampfstrom durch den Cylinder gesandt, der die Kohlen von der oberflächlich anhaftenden Flüssigkeit befreit und zugleich die leichter flüchtigen Kohlenwasserstoffe mitführt. Den Schluß des ganzen Verfahrens bildet ein abermaliges Ausglühen der Kohlenstäbe.
Wenn man zwischen zwei auf welche Art immer dargestellten Kohlenstäben den Lichtbogen brennen läßt, kommen nicht nur die Spitzen der Kohlen in helle Gluth, sondern die Kohlen werden bis auf eine Länge von 7 bis 8 Centimeter rothglühend. Da dieses Verhalten einen Lichtverlust bedingt, suchte man diesem Uebelstande abzuhelfen. Das Mittel hierzu fand man im Ueberziehen der Kohlen mit einer dünnen Metallschichte. Es zeigt sich hierbei, daß durch das Metallisiren der Kraftverbrauch und die Lichtstärke fast gar nicht alterirt werden, hingegen der Abbrand sich erheblich vermindert. Die in den Werkstätten von
Sautter, Le- monier \& Cie
. von
Reynier
ausgeführten Versuche unter Anwendung Serrin’scher Lampen und Kohlen von Carr
é
zeigten, daß die Zuspitzung bei den freien Kohlen besser und auf längere Strecken vor sich geht als bei den metallisirten Kohlen, und daß die Brenndauer bei den vernickelten Kohlen eine längere ist als bei den freien, bei den verkupferten aber noch länger ist als bei den vernickelten.
Elektrische Beleuchtungsanlagen.
Da die Anzahl der Elektricitäts-Generatoren ebenso wie jene der Lampen eine bedeutende ist, gewisse Gruppen derselben untereinander principiell verschieden sind, da im Falle, als eine bewegende Kraft erforderlich ist, hiefür wieder mancherlei Maschinen in Verwendung kommen können, da bei elektrischen Beleuchtungsanlagen Producent und Consument in der Regel (wenigstens gegenwärtig noch) in einer Person vereinigt sind, so gestaltet sich die Ausführung einer elektrischen Beleuchtungs- anlage häufig zu einem Unternehmen, welches nur unter der Leitung eines tüchtigen Fachmannes zu einem günstigen Resultate führen kann. Bei der Einführung der elektrischen Beleuchtung bilden jene Fälle die Regel, welche bei der Gasbeleuchtung als Ausnahmen gelten. Besteht die Aufgabe bei letzterer gewöhnlich nur darin, das in unmittelbarer Nähe, z. B. in den Straßenleitungen zur Verfügung stehende Gas einfach in den zu beleuchtenden Raum hereinzuleiten und dort für die An- bringung einer entsprechend vertheilten Menge von Brennern zu sorgen, so muß hingegen bei elektrischen Beleuchtungsanlagen nicht nur die Leitung hergestellt und die Aufstellung der Lampen bewerkstelligt werden, sondern man hat auch noch auf den Elektricitäts-Generator Rücksicht zu nehmen und für dessen Betrieb die ent- sprechenden Vorkehrungen zu treffen. Dies kann etwa mit jenen Fällen der Gas- beleuchtungsanlagen verglichen werden, wo es sich um die Beleuchtung einer einzeln stehenden Fabrik handelt, die ihr Leuchtgas selbst und nur für ihren eigenen Bedarf darstellen muß. Ueberdies ist die Gasbeleuchtung längst erprobt, während über das elektrische Licht und seine Anwendung im großen Maßstabe noch ver- hältnißmäßig wenige Erfahrungen vorliegen. Schon diese oberflächlichen Bemerkungen dürften hinreichen, um zur Vorsicht zu mahnen. Leute, die vor einem Jahre weder eine Lampe noch eine Maschine gesehen haben, die selbst einer elementaren Kenntniß der elektrischen und magnetischen Kräfte entrathen, fühlen sich jetzt schon als Elektro- techniker und übernehmen die Lösung jeder diesbezüglichen Aufgabe. Faiseure gründen Gesellschaften, suchen Unternehmungen in’s Leben zu rufen, gerade so wie damals als die Gasbeleuchtung einer allgemeineren Einführung entgegenging. Die Folgen dieser im Interesse der guten Sache bedauerlichen Erscheinung können natürlich nicht ausbleiben. Ein Beispiel hiefür haben wir bereits in England erlebt; die Pariser Ausstellung war kaum vorüber, so schossen die Gesellschaften zur Aus- beutung der Elektricität wie Pilze in die Höhe, jede mit einem Actiencapitale von gewöhnlich mehr als einer Million, natürlich nur in den Prospecten, durch welche der erstaunten Mitwelt kundgethan wurde, daß von jetzt ab die Dampfmaschinen als altes Eisen gelten werden, die Sonnenbrenner etwa am Dorfe noch als Stall- Laternen Verwendung finden können … Ebbe und Fluth werden die Maschinen treiben, die Kraft des Niagara wird als elektrischer Strom, wenn nöthig, nach England geleitet werden, um dort die Beleuchtung zu übernehmen. Kleineren Consu- menten versprach man, die Elektricität auf Büchsen abzuzapfen und dann per Kilo in’s Haus zu stellen. Und jetzt? Den größten Theil jener Gesellschaften, die nie anders als in Vergeudung von Druckerschwärze arbeiteten, kennt Niemand mehr; sie wurden wie Spreu weggeblasen.
Im Nachstehenden wollen wir versuchen, in ganz allgemeinen Zügen über die Ausführung elektrischer Beleuchtungsanlagen einige Andeutungen zu geben.
Die Elektricitäts-Generatoren, welche bei Anlage einer elektrischen Beleuchtung in Betracht kommen können, haben wir bereits in vorhergehenden Abschnitten kennen gelernt und auch erkannt, daß von allen Generatoren die elektrische Maschine der wichtigste ist. Es kommen zwar auch in der Praxis Fälle vor, in welchen man galvanischen Batterien den Vorzug giebt, doch sind dies nur ganz seltene Aus- nahmsfälle. Die elektrische Maschine kann aber nicht wie die galvanische Batterie durch sich selbst elektrische Ströme liefern, sondern wird erst dann zum eigentlichen Elektricitäts-Generator, wenn ein Motor sie in Bewegung setzt; die
Motoren
zum Betriebe elektrischer Maschinen müssen uns daher zunächst beschäftigen. Die uns gegenwärtig zur Verfügung stehenden Motoren sind: Dampf-, Wasser-, Gas- und Windmotoren; die Muskelkraft von Menschen oder Thieren kann als zu gering- fügig nicht verwendet werden. Außer den übrigen Anforderungen, welche man an einen Motor auch bei anderweitiger Verwendung stellt, kommt bei Benützung zum Betriebe einer Lichtmaschine noch die Forderung hinzu, daß die Bewegung des Motors äußerst regelmäßig und von einem empfindlichen Regulator beherrscht sein muß. Von der Erfüllung dieser Bedingung hängt die Regelmäßigkeit und Gleich- förmigkeit der Beleuchtung wesentlich ab. Es ist deshalb nicht immer möglich, die überschüssige Kraft eines bereits vorhandenen Motors zum Betriebe der Licht- maschine auszunützen und daher unrichtig, wenn man im Vorhinein glaubt, der Betrieb einer Beleuchtungsanlage müsse sich billig gestalten, weil die Betriebskraft nahezu nichts kostet. Eine Fabriksmaschine, die schwere Arbeitsmaschinen treibt, bei welchen es mehr auf Kraft als auf Regelmäßigkeit der Bewegung ankommt, ist zum Betriebe einer Lichtmaschine ganz und gar ungeeignet, nicht nur, daß ihre Tourenzahl stark variirt, sie daher schon an und für sich die Lichtmaschine unregel- mäßig betreiben würde, macht die Fabriksmaschine überdies noch sehr wenige Touren per Minute, müßte also durch eine sehr bedeutende Uebersetzung der Lichtmaschine die nöthige Tourenanzahl ertheilen, und so würde ihre Unregelmäßigkeit außer- ordentlich vergrößert in der Lichtmaschine zur Geltung kommen.
Diejenigen Motoren, welche gegenwärtig zum Betriebe von Lichtmaschinen in erster Linie in Betracht kommen und wohl noch geraume Zeit den ersten Rang behaupten dürften, sind die
Dampfmaschinen
; doch sind auch nicht alle Arten dieser Motoren verwendbar. Die einfach wirkende Dampfmaschine kann nicht benützt werden, weil ihre Bewegung trotz des Schwungrades eine zu ungleichförmige ist. Die doppeltwirkende, aber eincylindrige giebt durch ihre beiden todten Punkte Anlaß zu Unregelmäßigkeiten. Dieser Uebelstand ist vermieden bei den Zweicylinder- maschinen. Aber auch bei Anwendung vorzüglich arbeitender Zweicylindermaschinen, die mit den besten Regulatoren versehen sind, ist die Möglichkeit einer ungleich- mäßigen oder gar unterbrochenen Rotation der Lichtmaschine nicht ausgeschlossen. Die Ursache liegt in der Verbindung beider Maschinen durch Riemen und Riemen- scheiben. Ein zeitweises Gleiten des Riemens wird nämlich eine wechselnde Touren- zahl, das Abspringen oder Reißen desselben den Stillstand der Lichtmaschine zur Folge haben. Derartige Störungen werden vermieden bei Anwendung solcher Dampf- maschinen, die einer Riemen- oder Seilübersetzung nicht bedürfen, d. h. bei Maschinen mit schneller Rotation. Bei Anwendung solcher Motoren kann die Axe der Dampf- maschine mit jener der elektrischen Maschine aus einem Stücke bestehen oder doch mit letzterer direct verkuppelt werden, da die Tourenzahl des Motors auch für die elektrische Maschine genügt. Wir können im vorliegenden Werke weder Beschreibungen solcher Motoren geben, noch sie alle aufzählen. Directen Kuppelungen zwischen Dampf- und elektrischer Maschine sind wir übrigens bereits wiederholt begegnet (Seite 391, 431 und 435). Erwähnen wollen wir noch, daß gegenwärtig häufig Maschinen mit schneller Rotation von
Abraham, Brotherhood, Dolgoroucki, Gwynne, Tangye
u. s. w. in Verwendung kommen. Die Verbindung einer Siemens-Gleichstrom-Maschine mit einer Dreicylinder-Maschine von Brotherhood ist in Fig. 516 dargestellt, jene einer Gramme’schen Maschine mit einem Motor von Gwynne Fig. 517.
Von jenen Motoren, welche vortheilhaft zum Antriebe von Lichtmaschinen dienen können, sind nächst der Dampfmaschine die
Gasmaschinen
zu erwähnen. Die Anwendung dieser erweist sich sogar bei kleineren Installationen als zweck- entsprechender wie jene der Dampfmaschine. Letztere arbeitet nicht nur desto unökono- mischer, je kleiner ihre Dimensionen werden, sondern erfordert auch eine eigene Dampfkesselanlage und einen geprüften Heizer zu ihrer Bedienung. Die Anlage von Dampfkesseln ist aber an bestimmte gesetzliche Anforderungen geknüpft, deren Erfüllung häufig durch die Localität unmöglich gemacht wird oder doch einen zu großen Kostenaufwand erfordern würde. Die Bedienung eines Gasmotors ist viel einfacher und erfordert daher keinen geprüften Heizer. Die Gasmotoren nehmen im Vergleiche mit gleichwerthigen Dampfmaschinen einen kleineren Raum ein, sind daher leichter aufzustellen und erfolgt überdies ihre In- und Außerbetriebsetzung einfacher und schneller. Es erfreuen sich daher gegenwärtig die Gasmotoren und unter diesen am häufigsten der
Otto
’sche Motor einer sehr ausgedehnten Anwen-
Fig. 516.
Siemens’sche Maschine mit Brotherhood’schem Motor.
dung. Es läßt sich übrigens mit einiger Bestimmtheit eine stetige Zunahme in der Anwendung von Gasmotoren zum Antriebe elektrischer Maschinen vorhersagen, und zwar umso sicherer, als diese Motoren noch einer weiteren Ausbildung und Vervollkommnung fähig sind und auch die Darstellung eines Gases, welches nur zu Heizzwecken und nicht zur Beleuchtung bestimmt ist, sich billiger gestalten kann.
Nicht zu unterschätzen ist die Verwerthung der
Wasserkräfte
. In Frankreich wo die Wasserwirthschaft gegenüber Deutschland und Oesterreich bereits sehr aus- gebildet ist, sind zahlreiche Thalsperren und Sammelteiche angelegt, welche das Land nicht nur vor Ueberschwemmungen schützen, sondern auch der Landwirthschaft und Industrie bedeutende Betriebskräfte sichern. Zur Nutzbarmachung der Wasserkraft bedient man sich der Wasserräder und der Turbinen; letztere sind eigentlich gleich- falls Wasserräder und unterscheiden sich von diesen nur durch die Anordnung. Auf beiderlei Maschinen wirkt das Wasser durch seine lebendige Kraft und durch sein Gewicht. Die eigentlichen Wasserräder haben immer horizontale Axen, die Turbinen in der Regel verticale Axen. Zum Betriebe von Lichtmaschinen wird man gewöhnlich den Turbinen den Vorzug geben. Zwar können gut construirte Wasserräder einen ebenso hohen Wirkungsgrad erreichen als Turbinen, besitzen aber bei langer Betriebsdauer keinen so anhaltend regelmäßigen Gang. Die Wasserräder erfordern wegen ihres verhältnißmäßig langsamen Ganges eine ziemlich complicirte Ueber- setzung, um den Lichtmaschinen die erforderliche Tourenzahl zu ertheilen, sind des- halb und durch ihre Construction selbst häufigen Reparaturen ausgesetzt. Eine gut ausgeführte Anlage mit Wasserrädern kommt auch nicht billiger zu stehen als eine
Fig. 517.
Gramme’sche Maschine mit Motor von Gwynne.
Turbinenanlage. Geringes Gefälle des zur Verfügung stehenden Wassers ist nur dann ein Hinderniß für die Aufstellung von Turbinen, wenn das Gefälle unter 1·25 Meter sinkt. Die Erfahrung hat gelehrt, daß auch das Eis nur selten Betriebsstörungen veranlaßt, da das Grundeis in der Regel nur wenige Tage geht. Es kann keinem Zweifel unterliegen, daß eine ausgedehnte Ausnützung der Wasserkräfte, namentlich unter Vermittlung elektrischer Maschinen, ganz unschätzbaren Gewinn erzielen läßt; allerdings setzt dies eine vernünftige und wohlgeregelte Wasserwirthschaft voraus.
Die
Windräder
sind zum Betriebe von Lichtmaschinen nicht verwendbar; die Ursache hiervon liegt in der Unregelmäßigkeit der Betriebskraft und auch darin, daß die Dimensionen im Verhältnisse zur Arbeitsleistung sehr groß werden. Der
Urbanitzky
: Elektricität. 45
Windmotor ist, wie vielfache Erfahrungen gezeigt haben, nur bis zu einer Kraft- leistung von vier Pferdekräften zu empfehlen. Zur Anlage einer elektrischen Beleuchtung könnte er höchstens indirect Verwendung finden; man kann durch ihn eine Maschine treiben, welche Accumulatoren ladet, und letztere müßten dann den für die Beleuch- tungsanlage nöthigen Strom liefern.
Halladay’s Patent-Standard-Windrad
wird gegenwärtig sehr häufig verwendet, namentlich zum Wasserpumpen. Ueber eine Benützung zum Laden von Accumulatoren liegen jedoch noch keinerlei praktische Erfahrungen vor.
In einem vorhergehenden Abschnitte haben wir eine stattliche Anzahl von
elektrischen Maschinen
kennen gelernt, auch deren Wirksamkeit betrachtet und verglichen (S. 443, Constructions- und Betriebsverhältnisse). Dem haben wir an dieser Stelle nur mehr Weniges beizufügen.
Bei den
Lichtmaschinen
hat man in erster Linie seine Aufmerksamkeit auf die Solidität und Dauerhaftigkeit derselben in Bezug auf ihre
mechanische
Construction zu richten. Das Constructions-
Princip
ist bei den Maschinen verschiedener Con- structeure kein gar zu verschiedenes; die Differenzen hierin sind nur zu häufig Umgehungen bestehender Patente, nicht immer Verbesserungen, zu öfterenmalen aber ganz ohne Belang. Wichtig sind aber der Bau und die Anordnung jener Theile der Lichtmaschine, welche der Abnützung durch den Gebrauch am meisten unterliegen. Zu diesen gehören die Axenlager, der Stromabgeber — und auch der rotirende Theil (entweder Anker oder Elektromagnete). Die Axenlager sollen breit, solid befestigt, leicht zugänglich und mit ausreichenden Schmiervorrichtungen versehen sein. Der Stromabgeber ist jener Theil, welcher der Abnützung am meisten unter- liegt. Die Abnützung befördernde Umstände sind starke Funkenbildung und auch Verunreinigungen durch das Schmieröl für die Axenlager. Erstere ist unter sonst gleichen Umständen größer bei Erzeugung von Strömen hoher Spannung, als bei solchen von geringer Spannung. Zur Abnützung des Stromabgebers durch Ver- brennung in Folge der Funkenbildung kommt noch jene durch chemische und mechanische Einwirkung, wenn das Schmieröl auf die Kupfersectoren fließt. Durch die elektrischen Funken bilden sich Zersetzungsproducte des Oeles, die den Stromabgeber rascher zerstören helfen, und das Oel selbst kann, mit Staub, Metalltheilchen ꝛc. vermengt, die Isolirungen zwischen den einzelnen Sectoren verderben. Es ist deshalb darauf zu achten, daß durch Construction oder Anordnung der Zutritt des Schmieröles zum Stromabgeber unmöglich gemacht wird. Da aber auch bei Beachtung dieser Punkte der Stromabgeber immer jener Theil bleibt, der sich am raschesten abnützt, so verdienen jene Maschinen den Vorzug, welche ein rasches und einfach auszuführendes Auswechseln desselben gestatten.
Aehnlich verhält es sich mit den rotirenden Spulen; diese können dadurch unbrauchbar werden, daß der elektrische Strom die Isolirung durchschlägt. Es wird daher als Vorzug einer Maschine gelten, wenn sie in leichter Weise die Auswechslung der schadhaften Spule gestattet. Es ist dies beispielsweise bei der Flachringmaschine von
Schuckert
der Fall; dieselbe ist auch in Bezug auf das über den Strom- abgeber und die Lager Gesagte mustergiltig. Hat man diesen Umständen nicht Rechnung getragen, so erfordert die Sicherheit des Betriebes einer Beleuchtungs- anlage die Beigabe von Reserve-Ankern zu der Maschine, während es in dem angeführten Beispiele genügt, einzelne Reservetheile zu Verfügung zu haben. Schuckert’s Lagerung des Ankers in dem auf einer Seite offenen Grundgestelle hat überdies noch den Vortheil, daß die Lüftung weniger Schrauben hinreicht, um den Anker herausnehmen und so den schadhaft gewordenen Theil rasch und bequem durch einen Reservetheil ersetzen zu können.
Ein wichtiges Moment bei der Beurtheilung von Lichtmaschinen ist auch ihr innerer Widerstand, da von diesem die Spannung der Ströme abhängt. (Siehe S. 449.) Diese bedingt aber die Anzahl von Lampen, welche in den Stromkreis einer Maschine hintereinander geschaltet werden können. Hohe Spannung läßt die Einschaltung vieler Lampen zu und gewährt hierdurch eine Ersparung an Leitungs- material, veranlaßt hingegen leicht unruhiges Brennen der Lampen und ertheilt dem Lichte eine bläuliche Färbung. Da bei Erregung hochgespannter Ströme auch der innere Widerstand der Maschine ein verhältnißmäßig hoher sein muß, so wird auch ein größerer Theil des Stromes zur Ueberwindung dieses Widerstandes verbraucht, geht also für die Lichterzeugung verloren. Hochgespannte Ströme bedürfen sorg- fältiger isolirter Drähte in der Maschine sowohl, als auch außerhalb und können daher leichter ein Durchschlagen der Isolirung herbeiführen, als Ströme geringer Spannung. Auf die Vor- und Nachtheile der Ströme von hoher und von geringer Spannung ebenso wie auf jene der gleichgerichteten und der Wechselströme werden wir übrigens später noch einmal zurückkommen.
Die Zahl der für eine Anlage erforderlichen Lichtmaschinen hängt, wie die der Motoren, nicht blos von der Größe der Anlage, sondern auch von der Sicher- heit ab, welche man von der Function derselben verlangt. Ist eine Unterbrechung der Beleuchtung absolut unzulässig oder vielleicht gar mit Gefahren verbunden, so reicht die Bereithaltung von Reserve-Ankern oder Theilen allein nicht aus. Es muß vielmehr für eine entsprechende Anzahl von Maschinen gesorgt werden.
Die allgemeine Frage, ob es bei Bedarf mächtiger Ströme für ausgedehnte Beleuchtungsanlagen zweckmäßiger sei, den Lichtmaschinen dem entsprechend kolossale Dimensionen zu geben, oder die Größe derselben nur bis zu einem bestimmten Grade festzusetzen und dann eine nach dem Strombedarf bemessene Anzahl solcher Maschinen zur Stromlieferung in eine gemeinschaftliche Leitung zu verbinden, muß heute noch als unbeantwortet bezeichnet werden. Während
John Perry
der ersteren Ansicht ist, also die Lichtmaschinen in riesigen Dimensionen ausgeführt sehen will, neigen sich einige deutsche Gelehrte mehr der Meinung zu, es sei mit der Ver- größerung der Lichtmaschinen nicht gar zu weit zu gehen, dafür sollen aber diese Maschinen in ganzen Batterien zur Anwendung gelangen. Und in der That ist auch die Verbindung mehrerer Maschinen mäßiger Dimension in einem Stromkreise in der Praxis schon wiederholt zur Anwendung gelangt. (Siehe auch Seite 457.)
Die Stromregulirung, Leitung, Messung und Registrirung haben wir bereits in vorhergehenden Abschnitten kennen gelernt. (Seite 557 und 580.)
Sehr verschiedener Natur sind die Anforderungen, welche man an
die Lampen
stellt; diese Anforderungen ändern sich sogar mit der Localität, die zu beleuchten ist. In einer Gießerei oder einem anderen mit Rauch, Ruß und Staub erfüllten Fabrikslocale verlangt man nur eine hinreichende Erhellung des Raumes, in einer Präcisionswerkstätte hingegen nicht nur helles, sondern auch gleichförmiges und constantes Licht; in einer Buntweberei oder Druckerei ein weißes Licht, in einer photographischen Anstalt wird ein an ultravioletten Strahlen reiches Licht vortheilhaft sein, in Gemäldegallerien darf das Licht gar keine violetten Nuancen zeigen, hier wird im Gegentheile der warme Ton eines röthlichen Lichtes die günstigste Wirkung erzielen u. s. w. In Fabriken, wo nur grobe Arbeiten aus- geführt werden, wird man daher Lampen wählen, die sicher functioniren, die derbe,
45*
solide, auch die Bedienung durch eine rauhe ungeschulte Hand vertragende Con- structionen besitzen, die keine durch Rauch, Staub oder Dämpfe leicht zerstörbaren Theile aufweisen, während man sich über ein etwa nicht ganz ruhiges Brennen oder Farbenwechsel hinwegsetzen kann. In Präcisionswerkstätten, Ateliers u. s. w. muß die Lampe aber auch den früher angegebenen Bedingungen Genüge leisten; da hier geübtere Arbeiter zur Verfügung stehen und die Lampe keinen schädlichen Einflüssen ausgesetzt ist, können auch feinere Constructionen im Lampenmechanismus Verwendung finden. Es kann aber auch nicht allgemein angegeben werden, ob Einzellicht oder Theilungslicht, ob Glühlichter oder Bogenlicht zur Verwendung kommen soll, ob man sich für die Anwendung von Wechselströmen oder von Strömen gleicher Richtung zu entscheiden habe. Die Vor- und Nachtheile dieser verschiedenen Beleuchtungsarten werden uns später noch beschäftigen.
Bedeutenden Einfluß auf das Gelingen einer Beleuchtungsanlage üben auch die
Zahl, Vertheilung
und
Aufhängehöhe der Lampen
. Die Zahl der Lampen wird nicht nur durch die Größe der Anlage, sondern auch durch die Natur des zu beleuchtenden Objectes bestimmt. Einen großen Ladeplatz wird man nicht mit Hunderten von Glühlichtern, eine Bühne nicht mit einer, wenn auch noch so starken Bogenlampe beleuchten wollen. Allerdings sind Herstellung und Betrieb eines oder einiger großer Bogenlichter billiger, als Herstellung und Betrieb vieler kleiner Lichter; man muß aber auch bedenken, daß die Helligkeit mit dem Quadrate der Entfernung von der Lichtquelle abnimmt, daß also bei der Anwendung eines großen Lichtes in dessen Nähe große, vielleicht unnöthige Helligkeit herrscht, in geringer Entfernung aber die Helligkeit schon bedeutend abgenommen hat; auch müssen die Lampen desto höher angebracht werden, je intensiver ihr Licht ist, wes- halb in einem bestimmten Locale die Lichtstärke einer Lampe auch von der Höhe des Locales abhängt. Eine gleichförmige Beleuchtung des ganzen gegebenen Raumes läßt sich mit einem oder wenigen Lichtern schwerer erreichen als mit zahlreichen Lampen. Auch die Aufhängehöhe und die Vertheilung der Lampen werden wesent- lich von der Natur des zu beleuchtenden Objectes bestimmt. Da die elektrischen Lampen (namentlich das Bogenlicht) eine bedeutend größere Lichtstärke besitzen als unsere bisherigen Beleuchtungsmittel, so müssen sie auch bei rationeller Verwendung höher angebracht werden. In der Praxis wird man nicht jene Höhe für die Lampe wählen, bei welcher die zu beleuchtende Fläche die größte Summe von Lichtstrahlen empfängt, sondern jene Höhe, bei welcher der Rand einer Kreisfläche, über deren Mittelpunkt die Lampe brennt, die größte Helligkeit erhält. Rechnung und Versuche haben ergeben, daß jene Höhe die günstigste ist, welche beiläufig 0·7 oder 0·66 des Radius der beleuchteten Kreisfläche bildet. Ist die zu beleuchtende Localität derart, daß man hiervon gar zu weit abgehen müßte, so thut man besser daran, das Licht der Lampe auf die weiße Decke zu werfen und von dieser durch Reflexion die Beleuchtung zu bewirken. Bei der Anwendung mehrerer oder vieler Lampen ist natürlich auch die zweckmäßige Vertheilung derselben für den günstigen Erfolg von hervorragender Bedeutung. Hängt man eine Lampe in einer Höhe gleich 0·7 des Radius des zu beleuchtenden Kreises auf und besitzt diese Lampe eine mittlere Lichtstärke von 450 Normalkerzen, so genügt eine Lampe zur Beleuchtung von 2000 Quadratmeter eines Hofes, von 1400 Quadratmeter einer Bahnhofhalle, von 500 bis 600 Quadratmeter einer Gießerei, von 200 Quadratmeter einer Maschinenfabrik, Weberei und dergleichen, von 150 bis 200 Quadratmeter einer lithographischen Anstalt u. s. w.
Sehr wichtig für das ruhige und gleichmäßige Leuchten einer Lampe ist die Beschaffenheit der
Kohlenstäbe
. Die Eigenschaften, welche man von einer guten Kohle fordert, sind der Hauptsache nach folgende: Festigkeit, eine gewisse Elasticität, vollkommen homogene Masse und regelmäßige Form. Ihre Festigkeit soll das Zer- brechen beim Zusammenstoßen während der Regulirung und überhaupt bei der Manipulirung mit derselben verhindern. Aus demselben Grunde wird auch die Elasticität der Kohle innerhalb gewisser Grenzen verlangt. Von der Homogenität hängt aber die Beschaffenheit des Lichtes wesentlich ab. Eine Kohle, die viele unorganische Beimischungen enthält, brennt unruhig und ungleichmäßig, da sich aus diesen geschmolzene Kügelchen und Asche bilden, oder auch Gase entwickeln, welche zeitweise kleine Explosionen bewirken, dadurch die Kohle theilweise zerstören, kleine Partikelchen herumschleudern und ein knisterndes, mit Geräusch brennendes Licht liefern. Daß auch ein veränderlicher Querschnitt des Kohlenstabes auf die durch sein Verbrennen entwickelte Lichtintensität einwirken muß, ist selbstverständlich. Ist die Axe der einander gegenübergestellten Kohlen keine Gerade, so ist ein genaues Einstellen der Kohlenspitzen gegen einander unmöglich, und die Kohlen müssen schief abbrennen. Dies wird dann besonders störend, wenn man gleichgerichtete Ströme anwendet, weil in diesem Falle die Kraterbildung an der positiven Kohle seitlich vor sich geht und daher die Hauptmasse der Lichtstrahlen auch seitlich geworfen wird.
Nicht ohne Belang sind ferner die
Glasbedeckungen
der Lampen und die
Beleuchtungskörper
, wie z. B. Luster, Candelaber, Ampeln u. s. w. Die Glas- bedeckungen schützen den Lichtbogen gegen Zugluft oder im Freien gegen Wind und Wetter. Sie werden aber außerdem nicht nur deshalb verwendet, weil das freie Bogenlicht zu sehr blenden würde, sondern weil das Bogenlicht ohne Anwendung zerstreuender Gläser von jedem unteren Lampentheile, ja selbst von den Unregel- mäßigkeiten in durchsichtigen Gläsern scharf begrenzte und sehr störende Schatten bildet. Durch die Anwendung durchscheinender Gläser werden diese gewissermaßen selbst zur Lichtquelle, deren Oberfläche im Verhältnisse zu jener des Voltabogens außerordentlich groß ist und daher keine derartigen Schatten veranlassen kann. Natürlich geht aber hierdurch ein gewisser Procentsatz der gesammten Lichtintensität verloren. Dieser Verlust hängt von der Glassorte ab und beträgt nach Angaben
Hefner’s von Alteneck
etwa 15 Procent für Alabasterglas, über 20 Procent für Opalglas und 30 Procent für Milchglas. Der Verlust bei letzterem kann sogar 60 Procent und darüber betragen; solche Sorten sind natürlich vom Gebrauche auszuschließen. Die Form der Beleuchtungskörper wird durch die Construction der Lampe und durch den Ort, an welchem sie leuchten soll, bedingt. Eine größere Anzahl solcher Beleuchtungskörper ist bereits bei den Beschreibungen der einzelnen Lampen abgebildet und einen Luster für Glühlicht von E. Palme aus Steinschönau in Böhmen stellt Fig. 518 dar.
Zur Hintanhaltung einer
Feuersgefahr
durch elektrische Lampen wurden von den Feuerversicherungsgesellschaften bestimmte Vorschriften gegeben. Jene der deutschen Versicherungsgesellschaften lauten: Bogenlampen dürfen in Räumen, in welchen entzündliche oder explosive gasförmige oder feste Körper vorhanden sind, beziehungsweise durch den Betrieb der Luft beigemischt werden können, nicht ange- bracht werden. Für alle sonstigen Räume ist die Anwendung von Bogenlichtern gestattet, doch sind dieselben in Räumen, in denen unter den Lampen leicht feuer- fangende Gegenstände lagern oder verarbeitet werden, mit Glocken oder Laternen
Fig. 518.
E. Palme’s Luster für Glühlichtlampen.
zu umgeben, die nach unten durch einen Aschenteller vollkommen abgeschlossen sind. Wo hiernach offene Bogenlampen gestattet sind, ist doch darauf zu bestehen, daß unterhalb der Lampen ein Aschenteller von mindestens 20 Centimeter Durchmesser angebracht wird. Glühlichtlampen sind in allen Räumen gestattet, doch müssen sie überall da, wo entzündliche oder explosive gasförmige oder feste Körper vorhanden sind, beziehungsweise durch den Betrieb der Luft beigemischt werden können, mit besonderer Glasglocke umgeben werden, innerhalb deren auch die Contacte zwischen Leitung und Glühlichtfassung anzubringen sind.
Um bei irgend einer Beleuchtungsanlage die Lampen richtig vertheilen zu können, muß deren Lichtstärke bekannt sein. Leider hat man sich bisher noch über keine allgemein giltige Maßeinheit zum
Wessen der Lichtstärke
geeinigt. In Frankreich zählt man nach
Carcelbrennern
und versteht darunter eine Flamme von 40 Millimeter Höhe, die mit Hilfe eines Dochtes von 30 Millimeter Durchmesser durch Verbrennen von 42 Gramm gereinigten Rüböles per Stunde erhalten wird. In England gilt eine
Spermaceti-Kerze
, welche bei einer Flamme von 45 Milli- meter Höhe 7·77 Gramm pro Stunde verbrennt, als Lichteinheit. In Deutschland rechnet man nach
Paraffinkerzen
(deutsche Vereinskerze) von 20 Millimeter Durchmesser, die eine Flamme von 50 Millimeter Höhe erzeugen. Der Docht ist aus 24 Baumwollfäden geflochten und hat im trockenen Zustande pro Meter ein Gewicht von 0·668 Gramm. Die
Münchener Stearinkerze
endlich verzehrt bei einer Flammenhöhe von 52 Millimeter 10·2 bis 10·6 Gramm Stearin, welch letzteres 76 bis 76·6 Percent Kohlenstoff enthalten soll. Nachstehende Tabelle zeigt die numerischen Beziehungen zwischen diesen Einheiten:
An Genauigkeit lassen obige Zahlen und überhaupt die angegebenen Lichteinheiten sehr viel zu wünschen übrig; es ergiebt sich dies schon aus der Definition derselben. Nicht nur das Brennmaterial übt vermöge seiner nicht sehr einfachen chemischen Zusammensetzung erheb- lichen Einfluß auf die Lichtstärke der Flamme aus, weil eben diese Zusammensetzung voll- kommene Gleichheit des Materiales nicht erreichen läßt, sondern auch andere Umstände wirken störend ein; hierher gehören der mehr oder minder regelmäßige Zutritt des Sauerstoffes zur Flamme, das Verhalten des Dochtes, ob dieser geputzt werden soll oder nicht u. s. w. Diese Uebelstände gaben zu mannigfachen Vorschlägen neuer Lichteinheiten Veranlassung.
Violle
schlug als Lichteinheit jene Lichtmenge vor, welche ein Quadratcentimeter bei Schmelzhitze erhaltenen Platins ausstrahlt,
Draper
und später in anderer Form
Schwendler
nahmen als Einheit Platinbleche bestimmter Dimensionen und unter bestimmten Bedingungen zum Glühen gebracht,
Preece
will hierzu eine gleichförmig beleuchtete Fläche verwendet wissen u. s. w. F. v.
Hefner-Alteneck
ist nach langwierigen und eingehenden Studien und Experi- menten zur Aufstellung einer Lichteinheit gelangt, welche ebenso leicht als auch mit vollkommen ausreichender Genauigkeit überall herstellbar sein soll, die er folgendermaßen definirt: „Die Lichteinheit ist die Leuchtkraft einer frei brennenden Flamme, welche aus dem Querschnitte eines massiven mit Amylacetat gesättigten Dochtes aufsteigt, der ein kreisrundes Dochtröhrchen aus Neusilber von 8 Millimeter innerem, 8·2 Millimeter äußerem Durchmesser und 25 Milli- meter freistehender Länge vollkommen ausfüllt, bei einer Flammenhöhe von 40 Millimeter von dem Rande des Dochtröhrchens bis zur Flammenspitze und wenigstens 10 Minuten nach dem Anzünden gemessen.“
Um die Lichtintensität irgend einer elektrischen Lampe zu bestimmen, sie also mit einer der Normalflammen zu vergleichen, kann man folgenden Weg einschlagen: Man beleuchtet eine weiße Fläche mit der Normalflamme, eine zweite eben solche Fläche durch die zu messende Lichtquelle; beide Flächen sind so angeordnet, daß man sie unmittelbar nebeneinander sieht, und daß jede Fläche nur von der ihr zugehörigen Lichtquelle beleuchtet wird. Hierauf ändert man die Entfernung der Lichtquelle von der weißen Fläche so lange, bis beide Flächen gleich hell erscheinen. Die Helligkeit einer Fläche nimmt unter sonst gleichen Umständen mit dem Quadrate der Entfernung der Lichtquelle von der Fläche ab; man kann also aus der Entfernung der Lichtquelle bestimmen, ob und um wie viel stärker oder schwächer die Intensität der fraglichen Lichtquelle im Vergleiche zu jener der Normalflamme ist. Ein auf diesem Principe beruhendes Photometer wurde von
Foucault
angegeben; der wesentlichste Theil desselben ist eine Milchglasplatte, deren eine Hälfte durch die Normalflamme, deren andere Hälfte durch die zu prüfende Lichtquelle beleuchtet wird. Die Trennung beider Hälften kann dadurch bewirkt werden, daß man senkrecht auf die Milchglas-
Fig. 519.
Bunsen’scher Schirm.
platte in deren Mitte eine undurchsichtige Scheidewand aufsetzt. Die zu vergleichenden Flächen sind hierbei allerdings nahe nebeneinander, doch wirkt der sie trennende Schattenstreif, herrührend von der Scheide- wand, immerhin störend. Man zieht daher gegenwärtig das
Bunsen
’sche Photometer vor.
Das Bunsen’sche Photometer wird in seiner einfachsten Form auch von
Edison
zur Messung der Lichtstärke seiner Glühlichtlampen verwendet. Auf einem Schirme
A B
(Fig. 519) aus weißem Papier befindet sich ein Stearinfleck
m
, welcher den Papierschirm an dieser Stelle durchscheinend macht. Stellt man nun auf jede Seite des Schirmes eine Lichtquelle und betrachtet eine, z. B. die rechte Seite des ersteren, so erscheint diese im Allgemeinen ungleichförmig beleuchtet. Die stearinfreie Fläche reflectirt die Strahlen der rechts gestellten Lichtquelle in das Auge und erscheint in der der Menge dieser reflectirten Strahlen entsprechenden Helligkeit; der Stearinfleck läßt hingegen die Lichtstrahlen der rechtsseitigen Lichtquelle zum größten Theile durch und erscheint in einer Helligkeit, die der Menge jener Lichtstrahlen entspricht, welche die linksseitige Lichtquelle durch den Stearinfleck
direct
in das Auge sendet. Sonach wird der Stearinfleck heller erscheinen als die ihn umgebende ungetränkte Papier- fläche, wenn die hinter dem Schirme (links) befindliche Lichtquelle stärker ist als die vordere, dunkler, wenn das Umgekehrte der Fall ist, und beide erscheinen gleich hell, wenn beide Lichtquellen gleich stark sind; man erkennt dies daran, daß dann der Stearinfleck unsichtbar wird. Der Lichtverlust, den die durchgehenden Strahlen durch Absorption erleiden, ist zwar nicht vollkommen gleich dem Lichtverluste, welchen die reflectirten Strahlen bei der Reflexion erleiden, doch braucht hierauf für praktische Zwecke keine Rücksicht genommen zu werden. Sind die Lichtquellen von ungleicher Intensität, so kann das Verschwinden des Stearinfleckens durch Ver- schieben des Schirmes zwischen beiden Lichtern bewirkt werden, da sich hierdurch die Entfernungen ändern und, wie bereits erwähnt, die Intensität einer beleuchteten Fläche im Quadrate mit der Entfernung abnimmt. Um gleichzeitig beide Flächen des Papierblattes beobachten zu können, stellt man dieses zwischen den beiden Spiegeln
M N
und
M' N'
so auf, daß es den von letzteren eingeschlossenen Winkel halbirt. Edison gab dem gesammten Meßapparate die in Fig. 520 dargestellte Form. Der Schirm mit seinen beiden Spiegeln kann durch Rollen auf dem Meß- lineale verschoben werden und zeigt seine Stellung durch Einspielen eines Zeigers auf der Theilung an. Auf letzterer sind der Bequemlichkeit halber nicht die Ent- fernungen, sondern gleich die entsprechenden Lichtstärken angegeben. Die zu messende Lampe und die Vergleichsflamme stehen an den entgegengesetzten Enden des Meß- lineales und die ganze Vorrichtung ist durch einen geschwärzten Kasten gegen das Eindringen fremden Lichtes geschützt.
In dieser oder auf ähnliche Weise die Leuchtkraft von Glühlichtlampen zu messen, verursacht keine Schwierigkeit. Anders verhält es sich aber bei der Messung von Bogenlichtern. Die Hauptpunkte, die hier berücksichtigt werden müssen, sind: Die bedeutende Helligkeit der zu messenden Lichtquelle gegenüber der Lichteinheit, das ungleichmäßige Ausstrahlen des Lichtes einer mit gleichgerichteten Strömen gespeisten Bogenlampe und die verschiedene Farbe der zu vergleichenden Lichter.
Fig. 520.
Bunsen’sches Photometer.
Die der Lichteinheit weit überlegene Intensität eines Bogenlichtes würde behufs Messung nach oben angegebenen Methoden die Verfügung über sehr große Räume voraussetzen, um das Bogenlicht weit genug entfernen zu können, und dadurch auch ungenaue Messungen bewirken. Dies zu verhüten schlug man verschiedene Mittel vor; eines derselben besteht darin, daß man die Normalflamme zunächst mit einer anderen intensiveren Lichtquelle, z. B. mit einer Oellampe mit 3 bis 6 concentrisch angeordneten Dochten (wie solche auf Leuchtthürmen ver- wendet werden) oder mit einem Intensiv-Gasbrenner (z. B. Siemens’ Regenerativ-Gasbrenner) vergleicht, d. h. die Lichtstärke dieses Zwischenlichtes von etwa 50 bis 200 Kerzen Lichtstärke bestimmt und dieses dann erst mit der zu messenden Bogenlampe vergleicht. Es möge an dieser Stelle auch erwähnt werden, daß man selbst zum Messen kleiner Lichter selten die Normalkerze selbst verwendet, sondern mit Hilfe dieser sich zunächst eine Vergleichsflamme herstellt und diese dann zur eigentlichen Messung benützt. Der Grund hiervon liegt darin, daß man beim Messen nicht seine ganze Aufmerksamkeit darauf richten kann, daß die Normal- kerze genau die vorgeschriebene Flamme erreicht, und wenn sie dieselbe zeigt, diese auch constant erhält. Als Vergleichsflamme benützt man, wo dies möglich ist, eine entsprechende Leuchtgas- flamme, sonst, wie
Hefner v. Alteneck
und auch Dr.
Krüß
gezeigt haben, vortheilhaft eine Petroleumlampe.
Ayrton
und
Perry
umgehen die Anwendung großer Meßräume dadurch, daß sie das Bogenlicht zwar direct mit der Normalflamme vergleichen, ersteres aber schwächen, indem sie die Lichtstrahlen desselben durch eine Zerstreuungslinse (Concavlinse) gehen lassen. Hier- durch wird eine Zerstreuung der Lichtstrahlen auf eine größere Fläche, also eine Lichtschwächung herbeigeführt; die Größe der Zerstreuung läßt sich leicht berechnen.
L.
Pfaundler
schlägt ein sehr einfaches Mittel zur beliebigen Schwächung der Licht- stärke auf mechanischem Wege vor. Dieses besteht darin, daß man zwischen der zu prüfenden intensiven Lichtquelle und dem Bunsen’schen Fettfleck-Schirme eine Kreisscheibe (Fig. 521
A
) in Rotation setzt, welche mit sectorförmigen Ausschnitten versehen ist. Die Lichtschwächung muß hierbei offenbar desto stärker sein, je kleiner die Gesammtfläche der sectorförmigen Aus- schnitte wird; sie ist bestimmt durch das Verhältniß: Summe der Centriwinkel der Ausschnitte zu 360 Graden. Um jedoch nicht für verschieden intensive Lichtquellen ebenso viele Scheiben mit verschieden großen Ausschnitten verwenden zu müssen, benützt H.
Hammerl
, welcher Pfaundler’s Vorschlag experimentell prüfte, eine Doppelscheibe (Fig. 521
B
), dieselbe ist aus zwei gleich großen und mit gleich großen Sectorausschnitten versehenen Kreisscheiben gebildet, welche um eine durch ihre Mittelpunkte gehende Axe gegeneinander beliebig verdreht werden können. Es ist einleuchtend, daß mit Hilfe dieser Doppelscheibe die Sectorausschnitte beliebig vergrößert oder verkleinert werden können. Die Größe der Verschiebung beider Scheiben gegeneinander, oder richtiger die Summe der Centriwinkel der durch die beiden Scheiben gebildeten Sectorausschnitte kann an einer auf der einen Scheibe angebrachten Theilung ab- gelesen werden, welche durch einen schlitzförmigen Ausschnitt der andern Scheibe sichtbar wird (bei
a
). Gegenüber der Benützung eines Zwischenlichtes hat dieses Verfahren den Vortheil, daß es an Stelle von zwei Messungen nur eine setzt und daher die Beobachtungsfehler bedeutend verkleinert. Hingegen muß hierbei das rothe Licht der Normalflamme mit dem weißen Lichte der Bogenlampe direct verglichen werden, während durch das Zwischenlicht eine mittlere Farbennuance eingeschaltet wird.
Fig. 521.
Zur Photometrie des Bogenlichtes.
Ein zweiter Umstand, der die Messung der Lichtstärke von Bogenlampen sehr erschwert, ist die im Raume ungleichmäßige Aussendung der Lichtstrahlen. Bei der Messung der Glüh- lichtlampen stellten wir diese und die Normalflamme in einer horizontalen Linie einander gegen- über, d. h. wir maßen die Lichtstärke in horizontaler Richtung; ebenso werden auch die Flammen von Kerzen, die Oel- und Gaslichter u. dgl. gemessen. Diese Art der Messung ist für diese Lichtquellen richtig, weil letztere einerseits in horizontalen Richtungen ihre intensivsten Strahlen aussenden, andererseits die Intensität der Lichtstrahlen, gemessen unter verschiedenen Winkeln, sich sehr langsam ändert. Jedoch muß schon bei vielen Glühlichtlampen darauf Rücksicht genommen werden, ob man deren Leuchtkraft in der Ebene des Kohlenbügels oder in einer darauf senkrechten Ebene mißt. Bei Bogenlampen, die mit Wechselströmen betrieben werden, brennen beide Kohlen gleichmäßig spitz ab; das Licht, welches sie aussenden, ist daher ein nach allen Richtungen hin nahezu gleich intensives. Die Verhältnisse werden jedoch ganz andere, wenn gleichgerichtete Ströme zur Speisung der Lampen in Verwendung kommen. Die positive Kohle brennt stumpf ab oder erhält sogar eine kleine Aushöhlung, während sich die negative Kohle zuspitzt. Die Folge hiervon ist, daß der überwiegende Antheil des Gesammt- lichtes von der positiven Kohle ausgeht und diese intensiven Lichtstrahlen nicht mehr horizontal verlaufen, sondern mit der Horizontalebene einen bestimmten Winkel (von 50 bis 60 Graden nach
Fontaine
, circa 37 Graden nach Hefner v. Alteneck) einschließen. Hierbei ist die Helligkeitsdifferenz zwischen den Strahlen verschiedener Neigung eine sehr bedeutende. Die eine Gleichstromlampe umhüllende Glaskugel gewährt beiläufig den in Fig. 522 dargestellten Anblick, wenn sich die positive Kohle oben befindet. Der obere Theil der Kugel erscheint verhältnißmäßig dunkel, der untere sehr hell mit Ausnahme jener kleinen Fläche, auf welcher der Schatten der unteren Kohle zur Geltung kommt. Die Ringfläche intensivster Helligkeit ist nun aber beinahe nie horizontal gerichtet, sondern steht gewöhnlich schief, was davon herrührt, daß nicht vollkommen gerade Kohlenstäbe verwendet oder diese nicht genau übereinander eingestellt werden. Also abgesehen davon, daß bei einer derartigen Lampe sehr bedeutend differirende Messungsresultate erhalten werden können, je nach dem Winkel, unter welchem gemessen wird, kann auch die Seite, von welcher gemessen wird, erheblich voneinander ab- weichende Resultate geben. Würde man z. B. in der Horizontalen messen, so lehrt ein Blick auf die Figur, daß bei
a
und
b
ganz verschiedene Intensitäten zur Messung kämen.
Es wurden auch in Bezug hierauf verschiedene Vorschläge gemacht, um eine gleich- mäßige Ausführung der Messungen herbeizuführen und dadurch vergleichbare Angaben über Lichtstärke zu erhalten, aber leider wurde auch hierin keine Einigung erzielt. Die Angabe der Leuchtkraft einer Lampe in Normalflammen ist daher eine höchst unsichere.
Fontaine
fand durch zahlreiche Versuche, daß die in der horizontalen Richtung gemessene Lichtstärke ziemlich genau die Hälfte der mittleren Lichtstärke aus allen Richtungen um die Lampe herum beträgt. Er
Fig. 522.
Kugel einer Bogenlampe.
schlug daher vor, die Lampen in horizontaler Richtung zu messen und das hierdurch erhaltene Resultat mit 2 zu multipliciren; es könnte dieses Verfahren allerdings nur mit Rücksicht auf das über Fig. 522 Gesagte zu empfehlen sein.
Siemens \& Halske
geben häufig die unter 25 bis 30° gemessene Lichtstärke mit Bezeichnung der Glassorte für die Lampenkugel an; dies entspricht jener Neigung, in welcher das Licht häufig benützt wird. Auch der Congreß der Elektriker in Paris 1881 gelangte zu keiner bestimmten Regel, sondern faßte nur die Resolution, daß photometrische Bestimmungen von Lichtern ungleicher Ausstrahlung die Beziehung zwischen Leuchtkraft und Ausstrahlungswinkel als wesentliches Moment enthalten müssen.
Sehr beeinträchtigt wird jede photometrische Messung durch die
verschiedene Färbung
der zu vergleichenden Lichtquellen. Im Allgemeinen erscheint ein Licht desto röthlicher, je geringer seine Intensität ist; es nähert sich desto mehr dem weißen Licht der Sonne, je größer seine Intensität wird. Die Vergleichung zweier Lichtquellen wird daher umso schwieriger, je stärker ihre Intensitäten voneinander abweichen. Die zu vergleichenden, von den beiden Lichtquellen beleuchteten Flächen erscheinen eben verschieden gefärbt und das Auge hat dann gleiche Helligkeit verschiedener Farben zu beurtheilen. Hierzu sind aber nicht nur die Augen verschiedener Beobachter ganz verschieden befähigt, sondern es ist überhaupt jedes Auge unsicher. Die Vorschläge, welche zur Vermeidung dieses Uebelstandes gemacht wurden, beziehen sich auf die Anwendung gefärbter Gläser oder Flüssigkeiten, welche eben nur Lichtstrahlen gleicher Farbe zur Beurtheilung gelangen lassen. Es tritt dann aber, wie Dr.
Krüß
ganz richtig bemerkt, nur eine andere Schwierigkeit ein, nämlich die, daß man zuvor bestimmen muß, wie viel Licht von jeder der beiden in Betracht kommenden Lichtquellen durch dieses farbige Mittel absorbirt wird, und diese Arbeit ist dieselbe, welche man vermeiden wollte, da hier wiederum die Bestimmung der Helligkeit verschiedener Farben nothwendig wird. Man muß daher in der That von allen diesen Hilfsmitteln Abstand nehmen.
Wir geben in Fig. 524 (Seite 721) eine Ansicht jenes Locales, welches bei der Ausstellung für Elektricität in München (1882) zu photometrischen Beobachtungen diente. Dieses Meßzimmer enthielt zwei Photometerlineale
A B
und
B C
(Schema, Fig. 523) von sechs, beziehungsweise zwölf Meter Länge. Bei
A
konnte man die Normalkerze oder einen Argandgasbrenner (
I
) anbringen. In
II
wurde ein Ein- lochbrenner aufgestellt, dessen Oeffnung einen Millimeter im Durchmesser besaß. Bei
B
befand sich ein Siemens’scher Intensivgasbrenner oder eine Glühlichtlampe und bei
C
die zu prüfende Bogenlampe. In
a
und
b
hat man sich die verschieb- baren Bunsen’schen Papierschirme zu denken und bei
G G
Gasmeß-Apparate, vor welchen der Hauptregulator
R
eingeschaltet war. Als Lichteinheit wurde die
Fig. 523.
Lichtmessung der Bogenlampen.
Spermaceti-Kerze zu Grunde gelegt. Diese verglich man vor jeder Messung mit dem Einloch-Gasbrenner
II
durch das auf dem Lineale
A B
befindliche Photometer
a
; dieser Brenner erhält sein Gas durch den für eine Kerze Leuchtkraft bestimmten Gasmesser. Man ersetzte dann die Normalkerze durch den Einlochbrenner und verglich dessen Flamme mit jener des in
A
aufgestellten Argandbrenners, der durch einen Gasmesser für 16 Kerzen gespeist wurde. Hierauf folgte die Vergleichung der Lichtstärken dieses Argandbrenners in
A
mit einem in
B
aufgestellten Siemens- schen Intensivbrenner, der sein Gas aus einem Gasmesser für 30 Flammen bezog. Der Siemens-Brenner diente dann endlich als Maß für die bei
C
aufgehängte Bogenlampe. Der ungleichförmigen Lichtausstrahlung einer Bogenlampe wurde durch Messen der Lichtstärke in horizontaler Richtung, unter einem Winkel von 30 und einem von 60 Graden, Rechnung getragen; außerdem maß man auch unter einem vom Fabrikanten speciell angegebenen Winkel. Man bediente sich hierzu eines Spiegels
s,
welcher um eine horizontale Axe drehbar war, indeß die Lampe
L
in genau bestimmten Höhen aufgehängt wurde. Das Vergleichen von Lichtern sehr verschiedener Intensität wurde also durch Benützung von Zwischenlichtern vermieden und eben hierdurch auch die Differenz der Farben nach Möglichkeit verringert.
Bevor man zur Ausführung einer elektrischen Beleuchtungsanlage schreitet, hat man aber nicht nur die technische Durchführung derselben genau zu über- legen, sondern man muß vielmehr auch erwägen, ob mit Beachtung des im Vor- stehenden Angedeuteten und der anderen möglichen Beleuchtungsarten die elektrische Beleuchtung überhaupt vortheilhaft anwendbar ist. Hierüber können wir ein Urtheil durch
Vergleichung des elektrischen Lichtes mit der Gasbeleuchtung
gewinnen. An
Lichtfülle
übertrifft das elektrische Licht nicht nur das Gaslicht, sondern überhaupt alle uns gegenwärtig bekannten und in Gebrauch stehenden Beleuchtungsmittel; sein Glanz und die Reinheit der Farbe wetteifern mit dem Sonnenlichte. Zwar wird häufig behauptet, das elektrische Licht erscheine bläulich, bewirke mehr den Effect einer Mondbeleuchtung und entbehre des warmen Tones einer Gasbeleuchtung; dies ist aber nicht ganz begründet.
Newton
hat uns ein unfehlbares Mittel an die Hand gegeben, die Farben eines Lichtes unzweifelhaft festzustellen. Er hat uns gezeigt, wie man weißes Licht in seine farbigen Bestand- theile zerlegen kann, und daß nur die Gesammtheit aller Farben weißes Licht zu geben im Stande ist. Das Mittel zu dieser Farbenanalyse ist ein dreiseitiges Glas- prisma. Leitet man durch dieses die Strahlen irgend einer Lichtquelle, so gehen letztere nicht unverändert durch, sondern werden in Strahlenbüschel verschiedener Farben zerlegt; fängt man letztere auf einem weißen Schirme auf, so erscheinen die Farben nebeneinander und in jener Reihenfolge, welche die Farben des Regen- bogens zeigen. Davon, daß man es hier mit einer wirklichen Zerlegung des weißen Lichtes in seine farbigen Bestandtheile zu thun hat, kann man sich dadurch leicht überzeugen, daß man die farbigen Strahlen durch eine Sammellinse wieder ver- einigt; hierdurch bekommt man wieder weißes Licht. Die Physik hat uns jedoch nicht nur Mittel an die Hand gegeben, die Farbe des Lichtes qualitativ zu unter- suchen, sondern sie gestattet auch quantitative Messungen. Man hat nun das Licht der Sonne, das Gas- und das elektrische Licht sorgfältig untersucht und dabei gefunden, daß das Gaslicht reicher an rothen Strahlen ist als das Sonnenlicht, letzteres jedoch mehr violette Strahlen enthält als das erstere; daß das Gaslicht auch reicher an rothen und ärmer an violetten Strahlen ist als das elektrische Licht. Man fand aber auch, daß das Sonnenlicht im
Grün und Blau
heller leuchtet als das elektrische Licht, letzteres aber in Roth und Violett überwiegen kann. Daraus erhellt, daß das elektrische Licht im Vergleiche zum Sonnenlichte noch immer gelblich oder röthlich erscheinen muß, was man auch in der That beobachten kann, wenn gleichzeitig eine Fläche zum Theile vom elektrischen Lichte, zum Theile von der Sonne beleuchtet ist. Die Farbe des elektrischen Lichtes ist daher jener des Gaslichtes entschieden vorzuziehen und nur die Gewohnheit von Jugend auf, Abends Alles im röthlichen Lichte zu sehen, läßt uns die elektrische Beleuchtung kalt und unnatürlich erscheinen. Sollte es denn natürlicher sein, daß Grün und Blau bei Gasbeleuchtung betrachtet so sehr denselben Eindruck auf unser Auge machen, daß diese beiden Farben häufig gar nicht zu unterscheiden sind, als daß wir beide Farben wohl erkennen, wie dies bei elektrischer Beleuchtung der Fall ist? Es ist aber nicht blos
angenehm
, die Gegenstände in ihren natürlichen Farben zu sehen, sondern in vielen Fällen unbedingt nothwendig. So können z. B. Spinnereien, Webereien und Buntdruckereien gewisse Arbeiten nur bei Tageslicht machen, da die bisher üblichen Beleuchtungsarten die Unterscheidung gewisser Farben und Farben- nuancen nicht gestatten. Gegen diese Uebelstände schafft die elektrische Beleuchtung Abhilfe. Trotzdem aber das elektrische Licht im Vergleiche zum Lichte der Sonne röthlich erscheint, enthält es immerhin noch mehr violette Strahlen als das Gas- licht. Diese Eigenschaft befähigt das elektrische Licht zur Anwendung in photo- graphischen Anstalten, in welchen das Gaslicht ganz unbrauchbar ist.
Unbestreitbar sind die Vorzüge des elektrischen Lichtes gegenüber dem Gas- lichte in
hygienischer Beziehung
. Ist nicht Jedermann die Ueberhitzung geschlos- sener Räume durch Gasflammen bekannt? Zu wie vielen Erkrankungen legt der Austritt aus dem heißen Theaterlocale in die kalte Winterluft den Grund! Ball- und Concertsäle, Gast- und Kaffeehauslocale sind gleichfalls hiervon nicht aus- genommen. Das Gas und überhaupt alle anderen Beleuchtungsmittel, mit Aus- nahme der elektrischen Beleuchtung, erhöhen aber nicht nur die Temperatur sehr bedeutend, sondern veranlassen auch ein rasches Verderben der Luft. Indem sie Brennmateriale verzehren, verbrauchen sie den Sauerstoff der Luft und produciren dafür bedeutende Mengen unathembarer Gase, von welchen die Kohlensäure die weitaus überwiegende Menge bildet.
Die hieraus resultirende schädliche Einwirkung des Gaslichtes auf die Luft in geschlossenen Räumen ergiebt sich auch aus nachstehendem Beispiele: sechs elektrische Lampen erzeugen durch Verbrennen ihrer Kohlenstäbe 2 bis 3 Kubikfuß Kohlensäure, Gasflammen von derselben Lichtintensität circa 1500 Kubikfuß. Zur Herbeischaffung des hierzu nothwendigen, Sauerstoffes und Erhaltung einer halbwegs erträglichen Temperatur müßten in diesem Falle beiläufig 25.000 Kubikfuß frischer Luft per Minute herbeigeschafft werden.
F.
Fischer
hat den Kraft-, beziehungs- weise Stoffverbrauch und die hiermit verbundene Wärme- und Kohlensäure-Entwicklung für 16 verschiedene Beleuchtungsarten sehr eingehend studirt; in nachstehender Tabelle ist ein Theil der hierbei erzielten Resultate zusammengestellt.
Siehe Anmerkung, Seite 229.
Die Verbrennungsgase werden bei den Siemens’schen Regenerativbrennern abgeleitet.
Als im königlichen Residenztheater zu München das elektrische Licht, und zwar Edison- Glühlichtlampen, installirt war, wurde M. v.
Pettenkofer
aufgefordert, vergleichende Ver- suche zwischen der Glühlicht- und der Gasbeleuchtung vom hygienischen Standpunkte aus vor- zunehmen. Diese erstreckten sich auf die Feststellung des Kohlensäuregehaltes und die Erhöhung der Temperatur bei vollem und bei leerem Hause und ergaben mit voller Sicherheit folgende zwei Sätze: 1. daß die elektrische Beleuchtung in hohem Grade die Ueberhitzung der Luft im Theater verhindert und 2. daß sie allerdings an und für sich nicht im Stande ist, die Ventilation des Theaters entbehrlich zu machen, daß sie aber eine geringere Ventilation desselben erfordert als die Gasbeleuchtung, bei welcher die Ventilation nicht nur gegen die Luftverderbniß durch Menschen, sondern auch gegen die Hitze und die Verbrennungsproducte der Flamme gerichtet werden muß, während sie es bei elektrischer Beleuchtung nur mit dem Athem und der Haut- ausdünstung der Menschen und deren Folgen zu thun hat. Es ergab sich, daß bei leerem Hause die Differenz in der Temperaturerhöhung im obersten Range bei Gasbeleuchtung zehn- mal (9·2 zu 0·9) größer ist als bei elektrischer Beleuchtung. In den unteren Räumen des Hauses werden die Differenzen selbstverständlich kleiner. Auch bei besetztem Hause beträgt die Differenz noch 6 Grad Celsius. Bei der elektrischen Beleuchtung war die Temperatur im
III.
Range nicht einmal so hoch wie bei der Gasbeleuchtung schon im
I.
Range, während über- dies noch bei den Versuchen mit Leuchtgas die Temperatur im Freien niedriger war als bei jenen mit elektrischem Lichte. Der Kohlensäuregehalt nahm bei leerem Hause in der nachstehend angegebenen Weise zu:
Bei beiden Beleuchtungsarten betrug der Kohlensäuregehalt der Luft im Zuschauer- raume zu Anfang des Versuches 0·4 pro Mille.
Ein weiterer Vortheil des elektrischen Lichtes ist die
Erhöhung
der
Sehschärfe
überhaupt. So fand der Augenarzt Dr.
Happe
, daß, wenn man die Sehschärfe bei Tages- licht gleich 1 setzt, dieselbe bei Gaslicht auf 0·5 bis 0·7 sinkt, bei elektrischem Lichte aber auf 1·2—1·5 steigt. Auch wurde die Sehschärfe für die einzelnen Farben untersucht und als Gesammtresultat gefunden, daß die Sehschärfe bei elektrischer Beleuchtung durchweg erhöht wird, daß das Roth viel weiter noch als Roth, das Grün als Grün empfunden wird, daß das Blau in bedeutend größerer Entfernung sichtbar wird, der Sinn für die Empfindung des gelben Lichtes verdoppelt, verdreifacht, ja selbst versechsfacht werden könne, wenn an Stelle des Tageslichtes die elektrische Beleuchtung tritt. Auch dieser Umstand ist für die Praxis von Belang, da durch das bessere Sehen ein rascheres und besseres Arbeiten erzielt wird. Sehr gesundheitsschädlich wirkt die strahlende Wärme des Leuchtgases, indem sie die Augen aus- trocknet und Blutandrang nach dem Kopfe veranlaßt. Professor
Cohn
fand, daß ein berußtes Thermometer, welches 10 Centimeter von einer Gasflamme (zu 20 Normalkerzen) entfernt aufgehängt wurde, bei 14 Grad Zimmertemperatur in 10 Minuten um 23·5 Grad gestiegen war, während es in derselben Stellung zu einer Edison-Glühlichtlampe (
à
20 Normalkerzen) in derselben Zeit nur um 12·8 Grad stieg. An dem Ueberhandnehmen der Kurzsichtigkeit trägt außer dem Arbeiten bei ungenügender Helligkeit auch die Inconstanz der Beleuchtung schuld. Es ist Jedermann bekannt, daß offene Flammen, wie sie z. B. bei der Gasbeleuchtung ganz allgemein verwendet werden, keine Secunde ruhig brennen, sondern vielmehr ununterbrochen in Bewegung sind.
Die Anwendung des Leuchtgases bringt aber noch anderweitige Gefahren mit sich; es sind dies die
Explosionsgefahr
und die Möglichkeit einer
Ver- giftung durch Ausströmen
aus undichten Stellen, Offenlassen eines Hahnes ꝛc. Schon ein Gehalt von 2 bis 3 Procent Leuchtgas in der Luft verursacht bei längerer Einathmung den
Tod. Layet
hat in der Sectionssitzung des internationalen Congresses für Hygiene zu Turin ein sehr düsteres Bild von dem nachtheiligen Einflusse der Gasbeleuchtung auf die Gesundheit entworfen und den Wunsch aus- gesprochen, daß das elektrische Licht baldmöglichst die Gasbeleuchtung verdrängen möge. Die schädliche Einwirkung der Verbrennungsproducte des Leuchtgases macht sich aber nicht nur auf die Gesundheit der Menschen geltend, sondern übt auch auf Gegenstände einen ungünstigen Einfluß aus. Das Verfärben oder Schwarz- werden der Gemälde, das Mattwerden der Metallverzierungen ist ebenfalls der Einwirkung der Verbrennungsproducte des Gases zuzuschreiben und wird bei Benützung der elektrischen Beleuchtung vermieden.
In welch hohem Grade die
Feuergefährlichkeit
durch Einführung des Leuchtgases gesteigert wird, braucht nicht erst hervorgehoben zu werden; die namentlich in den letzten Jahren in erschreckender Weise sich mehrenden Theaterbrände geben einen nur zu deutlichen Beweis hiefür. Diese Gefahr ist wesentlich vermindert durch Anwendung des elektrischen Lichtes in der Form des Voltabogens, ganz ausgeschlossen, wenn man sich der Glühlichtlampen, wie sie Edison, Swan, Maxim und Andere construirten, bedient.
Hingegen ist nicht zu leugnen, daß das elektrische Licht auch
Nachtheile
mit sich bringt, von welchen die Gasbeleuchtung frei ist. Es wurde bereits weiter oben betont, daß die
Theilung
des elektrischen Lichtes auf Schwierigkeiten stößt, welche die Gasbeleuchtung nicht kennt. Das von einer Erzeugungsstelle gelieferte Gas kann in ganz beliebig vielen und an beliebigen Orten befindlichen Brennern verbrannt werden, ohne daß durch diese Vertheilung des Gases ein Verlust herbei- geführt würde. Der Verlust durch undichte Stellen kommt hier nicht in Betracht, da er nicht Folge der Theilung überhaupt, sondern Folge einer ungenügend her- gestellten Leitung ist, und ähnliche Verluste auch bei der Leitung elektrischer Ströme eintreten. Anders verhält es sich beim elektrischen Lichte; wird auch die Leitung noch so sorgfältig hergestellt, so bringt doch die Theilung selbst einen desto größeren Kraftverlust mit sich, je weiter man sie treibt. Gegenwärtig befindet sich die elek- trische Beleuchtung gegenüber der Gasbeleuchtung allerdings noch in einer viel ungünstigeren Lage; denn, während das Leuchtgas in großen Centralstationen erzeugt und von hier aus Tausenden von Consumenten zugeführt wird, ist die Aus- dehnung elektrischer Beleuchtungsanlagen meist noch eine sehr beschränkte; im Großen erzeugte Producte sind aber immer billiger als solche, die in geringer Menge erzeugt werden. Der Arbeitsverlust bei der Theilung des elektrischen Lichtes wird daher wesentlich an Bedeutung verlieren, sobald auch für die Erzeugung elektrischer Ströme große Centralstationen in’s Leben treten.
Es wurde gesagt, daß durch Anwendung der elektrischen Beleuchtung die Feuersgefahr wesentlich vermindert oder auch ganz ausgeschlossen werde. Dem ist allerdings noch hinzuzufügen: wenn die Anlage tadellos ausgeführt wird. Ist dies aber nicht der Fall, dann können allerdings Lampen (mit Voltabogen oder frei brennendem Glühlichte) und Leitungen Ursache eines Brandes werden. So lange die elektrischen Ströme durch hinreichend gute und genügend isolirte Leiter fließen, sind sie absolut ungefährlich; gehen sie aber durch solche von nicht ausreichender Leitungsfähigkeit, so können sie Glüherscheinungen bewirken, die unter Umständen Anlaß zu einem Brande werden. Dies kann eintreten, wenn z. B. ein kurzer Stromschluß dadurch entsteht, daß die Zu- und Ableitungen durch Metallstaub, dünne Drähte, mit Salzen imprägnirtes oder nasses Holz theilweise miteinander in leitende Verbindung gesetzt werden; dann erwärmen sich diese unzureichenden Leitungen und können sich bis zur Verbrennung erhitzen. In den Lampen mit Voltabogen kann durch ein übermäßiges Anwachsen des Stromes der Fall eintreten, daß der Strom nicht zwischen beiden Kohlen, sondern zwischen Metalltheilen über- geht und diese zum Schmelzen bringt. Abschmelzendes Metall und etwa abspringende glühende Kohlentheile können hier Feuersgefahr verursachen. Wenn trotzdem früher die geringe Feuersgefahr als ein Vortheil der elektrischen Beleuchtung angegeben
Fig. 524.
Dunkelkammer für photometrische Messungen.
wurde, so liegt der Grund darin, weil alle hier erwähnten Gefahren nicht durch
Urbanitzky
: Elektricität. 46
den
Betrieb selbst
, sondern durch die fehlerhafte
Herstellung der Anlage
herbeigeführt werden; weil ferner diese Gefahren nicht ständige sind, wie bei den leichtbeweglichen Gasflammen, sondern nur ausnahmsweise eintreten können; weil endlich eine tadellose
Herstellung
der Anlage viel leichter zu erreichen und zu controliren ist, als ein tadelloser
Betrieb
. Erstere ruht ja in den Händen von Fachmännern, während letzterer in der Regel den Händen untergeordneter Personen anvertraut werden muß.
Die Anwendung des elektrischen Lichtes kann auch durch die
physiologische, Wirkung der elektrischen Ströme
gefährlich werden. Dieser Fall tritt je
doch
nur dann ein, wenn man sich hochgespannter Ströme bedient. Es sind leider schon mehrere Fälle bekannt geworden, in welchen Personen durch Zufall oder Unvorsichtigkeit mit den Leitungsdrähten in Berührung kamen und hierdurch augen- blicklich getödtet wurden. Da derlei ernste Gefahren nur durch Anwendung hoch- gespannter Ströme hervorgerufen werden, sollte man von diesen nur im Nothfalle Anwendung machen und dann auf eine äußerst sorgfältige Isolirung der Leitungs- drähte und Klemmen strenge sehen.
Fassen wir nun alle Vor- und Nachtheile, welche sich für das elektrische Licht und jene, welche sich für die Gasbeleuchtung ergeben, zusammen, so gelangen wir zu folgender Parallele: Bei Erzeugung großer, mächtiger Lichter, der Herstellung möglichst großer Lichtintensität auf möglichst geringem Raume, ist das elektrische Licht dem Gaslichte nicht nur vorzuziehen, sondern überhaupt die einzig mögliche Art, den angestrebten Zweck zu erreichen. Soll die Beleuchtung durch viele, aber kleine Lichter erfolgen, so hat das Gaslicht gegenüber dem elektrischen Lichte den Vortheil, daß es leicht, beliebig und ohne Lichtverlust getheilt werden kann. Hingegen besitzt das elektrische Licht den Vorzug, die Gegenstände alle in ihren natürlichen Farben sehen zu lassen, während beim Gaslichte gewisse Farben gar nicht zu erkennen sind, andere aber geändert erscheinen. Wo es auf chemische Wirkung des Lichtes ankommt, ist das Gas ganz unverwendbar.
In geschlossenen Räumen wird durch das elektrische Licht die Luft kaum merkbar erwärmt und in ihrer Zusammensetzung nahezu nicht geändert (bei Anwendung geschlossener Lampen gar nicht); Zersetzungsproducte, welche der Gesund- heit schädlich sind, oder auf Gemälde, Decorationen, Metallverzierungen ꝛc. zerstörend einwirken, können nicht entstehen. Das Gaslicht erhöht die Temperatur oft zu einer unerträglichen Hitze, welche selbst ausgiebige Ventilationsanlagen nicht immer voll- ständig zu beseitigen vermögen. Außerdem entstehen bei der Gasbeleuchtung irrespirable und zum Theile auch giftige Gase in großer Menge; die Gasbeleuchtung ver- schlechtert daher die Luft nicht nur durch großen Sauerstoffverbrauch, sondern auch durch die Erzeugung dieser Gase (Kohlensäure, Kohlenoxyd, Schwefel- dioxyd ꝛc.).
Mit der Gasbeleuchtung ist die Gefahr der Explosion, Erstickung und auch die Feuergefährlichkeit verbunden. Bei der elektrischen Beleuchtung existiren die ersteren überhaupt nicht und die letztere in weitaus geringerem Grade; sie ist gar nicht vorhanden, wenn für eine tadellose Herstellung und hinreichende Controle gesorgt wird.
Man macht dem elektrischen Lichte auch den Vorwurf der Unsicherheit des Betriebes. Dieser Vorwurf kann aber heutzutage kaum mehr als begründet angesehen werden, wenigstens dann nicht, wenn bei der Herstellung der Anlage alle jene Vorsichten angewandt werden, deren Kenntniß man von einem Fachmanne fordern muß. Uebrigens ist ja auch die Gasbeleuchtung nicht so absolut verläßlich; wie oft springt ein Rohr, wie häufig erlöschen sämmtliche Flammen eines Locales in Folge fehlerhafter Function der Gasuhr, wie oft ist das Gas „eingefroren“! Ferner tadelt man am elektrischen Lichte das häufige Zucken und Wechseln der Lichtintensität. Von diesem Fehler sind jedoch auch die Gasflammen nicht frei- zusprechen. Man beobachte nur einmal in irgend einem Locale oder gar auf der Straße die einzelnen Flammen und man wird sie kaum eine Secunde ruhig brennen sehen. Selbst die mit Glascylinder versehenen Rundbrenner sind hiervon nicht ganz auszunehmen. Allerdings ist das Schwanken der Lichtintensität beim Gaslichte nicht so störend wie beim elektrischen Lichte, da die Schwankungen beim letzteren in Folge seiner bedeutend größeren Intensität innerhalb viel weiterer Grenzen erfolgen, als beim Gaslichte. Diesem Uebelstande kann aber durch Anwendung der Glühlicht- lampen oder solcher Bogenlampen, die derlei Schwankungen nicht zeigen, abgeholfen werden; daß es deren giebt, haben die Ausstellungen für Elektricität bewiesen.
Von hoher Wichtigkeit für den Vergleich beider Beleuchtungsarten ist die Erwägung der Installations- und Betriebskosten. Doch läßt sich darüber im Allgemeinen nicht viel sagen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Elektricität, wie bereits bemerkt, im „Kleinen“, wenn der Ausdruck hier gestattet ist, das Leuchtgas aber zur Versorgung ganzer Städte oder Stadttheile in der Fabrik erzeugt wird. Der Vergleich der Kosten wird deshalb auch unter sonst gleichen Umständen immer anders ausfallen, wenn die Größe der elektrischen Beleuchtungsanlage eine andere wird; er wird anders ausfallen, wenn Glühlichtlampen angewandt werden und anders, wenn Bogenlichter zur Benützung gelangen; anders, wenn zum Betriebe der Lichtmaschine ein Gasmotor oder eine Dampfmaschine aufgestellt wird, anders, wenn Wasserkraft zur Verfügung steht u. s. w. Bei beiden Beleuchtungs- arten nehmen die Kosten ab, wenn die Größe der Anlage zunimmt. Man kann sagen, daß in Bezug auf die Kosten die Anlage einer elektrischen Beleuchtung sich erst dann empfiehlt, wenn es sich mindestens um Aufstellung von etwa 15 bis 20 Bogenlampen handelt; bei Anwendung von 20 bis 25 Bogenlampen dürfte die elektrische Beleuchtung schon in der Mehrzahl der Fälle billiger zu stehen kommen als eine gleichwerthige Gasbeleuchtung. Diese Angaben können jedoch durch locale Verhältnisse oder andere Umstände sehr bedeutend sowohl zu Gunsten der einen als auch der andern Beleuchtungsart modificirt werden. Von wesent- lichstem Belange ist aber die Form, in welcher die Elektricität der Beleuchtung dienstbar gemacht wird. Es ist hierbei zu unterscheiden zwischen Einzellicht und Theilungslicht, Bogenlicht und Glühlicht und endlich ob gleichgerichtete oder Wechsel- ströme angewandt werden.
Das
Einzellicht
hat gegenüber dem
Theilungslichte
den Vorzug der billigeren Herstellung, eine Thatsache, die allerdings zu Gunsten des Einzellichtes entscheiden würde, wenn nicht noch andere Umstände in Betracht kämen, welche trotz des größeren Arbeitsauf- wandes doch zu Gunsten des getheilten Lichtes sprechen würden. Ganz abgesehen davon, daß viele Räumlichkeiten vermöge ihrer Bauart oder der darin befindlichen Objecte die Be- leuchtung von einem Punkte aus unmöglich machen, nimmt auch die Beleuchtungsintensität einer Fläche in viel größerem Maßstabe ab, als die Entfernung von der Lichtquelle zunimmt. Daraus folgt, daß bei der Beleuchtung eines bestimmten Raumes durch eine Licht- quelle die nächste Umgebung der letzteren allerdings sehr kräftig beleuchtet wird, die Grenzen des Raumes aber unter jener Helligkeit bleiben, welche man zu erreichen wünscht; überdies ist noch die Beleuchtung des ganzen Raumes eine sehr ungleichförmige. Auch muß bei An- wendung nur eines Lichtes, soll dessen Stärke entsprechend ausgenützt werden, die Aufhänge- höhe eine bedeutend größere sein, als jene für mehrere kleinere Lichter; diese Bedingung für
46*
das Einzellicht zu erfüllen, hindert aber häufig die Höhe des zu beleuchtenden Raumes. Es ist ferner eine bekannte Thatsache, daß die Theilungslichter ruhiger brennen als die Einzellichter; die Stromschwankungen machen sich im Lichtbogen eben weniger geltend, wenn im Stromkreise noch ein Widerstand eingeschaltet wird. Diesen bilden aber bei Theilungslichtern wechselweise die Lampen selbst. Der vortheilhafte Widerstand ist also wieder Voltabogen, während, um beim Einzellicht dasselbe Resultat zu erreichen, ein Widerstand eingeschaltet werden müßte, welcher zur Beleuchtung nichts beiträgt, also unütz Kraft verzehrt. Ein bedeutender Vortheil des getheilten Lichtes gegenüber dem Einzellichte liegt auch in der Ersparung an Leitungsmaterial. Diese Ersparung besteht nicht nur in der geringeren Anzahl von Drähten, sondern auch darin, daß der einzelne Draht bei Theilungslichtern schwächer sein kann als bei Einzellichtern. Dies kommt namentlich dann in Betracht, wenn Lichtmaschinen und Lampen sich in einiger Entfernung voneinander befinden. Hierbei darf aber nicht außer Acht gelassen werden, daß die Theilung des elektrischen Lichtes bei jeder Maschine für eine bestimmte Anzahl von Lampen begrenzt ist, wenn nicht eine unverhältnißmäßige Erhöhung der Betriebskosten eintreten soll.
Das Einzellicht wird aber mit Vortheil in Räumen angewendet werden können, welche eine mehr oder weniger kreisrunde oder quadratische Begrenzung haben und gleichzeitig eine hinlängliche Höhe besitzen. Dann kann man die Lampe hoch hängen, und weil in diesem Falle die Augen nicht geblendet werden, kann der Voltabogen frei, ohne matte Glasbedeckung brennen. Dies ist aber ein nicht unbedeutender Gewinn in Bezug auf Lichtintensität. Aehnliche Ver- hältnisse, die zu Gunsten des Einzellichtes sprechen, treten auch bei der Verwendung des elektrischen Lichtes unter freiem Himmel ein. Die Einzellichter zeichnen sich auch dadurch aus, daß sie keiner hochgespannten Ströme bedürfen und die Lampen eine einfachere Construction besitzen können.
Wägt man die Vor- und Nachtheile der
Wechselströme
und der
gleichgerichteten Ströme
gegenseitig ab, so muß man sich zu Gunsten der letzteren entscheiden. Zahlreiche Versuche haben mit ziemlicher Sicherheit festgestellt, daß unter sonst gleichen Umständen mit den Maschinen für gleichgerichtete Ströme von der zu ihrem Betriebe angewandten Kraft um 35 % mehr Nutzeffect im Lichtbogen erzielt wird als mit Wechselstrom-Maschinen. Hierzu kommt noch, daß bei höheren Spannungen die physiologische Wirkung der Wechselströme eine viel gefährlichere ist als jene der gleichgerichteten. Ferner brennen bei Anwendung von Wechsel- strömen beide Kohlen spitz ab und senden daher das Licht nach allen Richtungen ziemlich gleichförmig aus, während bei Benützung gleichgerichteter Ströme die bereits erwähnte Kraterbildung am positiven Pole eintritt. Letzteres hat zur Folge, daß die Strahlen mehr nach einer Richtung concentrirt werden, was bei praktischen Anwendungen in der Regel gefordert wird. In der Mehrzahl der Fälle handelt es sich eben darum, eine bestimmte Bodenfläche zu beleuchten und für diesen Zweck gehen dann die seitlich und nach oben gerichteten Strahlen zum großen Theile verloren. Um dies zu verhindern, müssen bei Anwendung von Wechselströmen eigene Reflectoren benützt werden. Das Wegfallen der Kraterbildung hat ferner den Nachtheil, daß der größte Theil der Leuchtkraft im Flammenbogen und nicht, wie bei Anwendung gleichgerichteter Ströme, in der kraterförmig ausgehöhlten Kohle sich befindet, wodurch bei Schwankungen der Stromstärke zu violettem Lichte und auch zu Farbenwechsel Veranlassung gegeben wird. Andererseits rühmt man den Wechselströmen nach, daß sie bei gewissen Lampen eine bessere Function des Regulirungsmechanismus bewirken, da in Folge der stets wechselnden Stromrichtung die Eisentheile der Lampe ohne remanenten Magne- tismus bleiben.
Betrachtet man das Glühlicht als ein weiter getriebenes Theilungslicht, so hat es die Vor- und Nachtheile des getheilten Bogenlichtes mit diesem gemeinsam. Daraus ergiebt sich auch, daß die Herstellung von Glühlicht im Vergleich zum Einzellicht einen noch größeren Arbeitsaufwand erfordert als die Erzeugung einer gleichwerthigen Beleuchtung durch Theilungs- lichter mit Voltabogen. Die geringe Lichtentwicklung durch das Glühlicht hat aber auch ihre Vortheile. Sie macht dasselbe zur Beleuchtung kleiner Räume geeignet, in welchen das kräftige, blendende Bogenlicht nicht anwendbar erscheint. Specielle Vortheile bieten die Glühlichtlampen (Glühlichtlampen ohne Verbrennen von Kohle). Ihre unbedeutende Größe, die Abwesenheit jedes Regulirungsmechanismus, das absolut ruhige, etwas röthliche oder doch wenigstens nie violette Licht macht sie vorzüglich geeignet zur Beleuchtung von Räumlichkeiten, die eine reiche architektonische Gliederung besitzen. Sie können in Folge dieser Eigenschaften ohne Schwierigkeit in Form von Lustern, Candelabern, Wandarmen, Ampeln und tragbaren Lampen in Verwendung kommen. (Dies zeigen die Figuren 430, 432, 439 und 518.) Die Lampen mit Voltabogen hingegen bieten durch ihre Größe und die Form ihrer Regulirungsvor- richtungen bedeutende Schwierigkeiten, wenn sie der architektonischen Gliederung eines Raumes harmonisch eingefügt werden sollen. Die in Rede stehenden Glühlichtlampen besitzen ferner den Vortheil einer ganz beliebigen Regulirungsfähigkeit ihrer Lichtstärke. Dieser Umstand und ihre absolute Feuerungefährlichkeit machen sie zur Beleuchtung von Theatern, speciell Bühnen, geeigneter als irgend ein anderes Beleuchtungsmittel.
Die Glühlichtlampen besitzen die Vorzüge der Gasbeleuchtung, ohne deren Uebelstände zu theilen; sie sind es auch, welche dem Gaslichte Concurrenz machen werden. Wo es sich um Herstellung großer Lichter handelt, ist die Ueberlegenheit des elektrischen Lichtes gegenüber dem Gaslichte heute bereits unzweifelhaft fest- gestellt. Die weitere Ausbreitung des elektrischen Lichtes wird jedoch das Leuchtgas keineswegs gänzlich verdrängen. Im Gegentheile, es wird vielleicht zu noch größerer Bedeutung gelangen als es gegenwärtig besitzt; aber die Form der Anwendung dürfte sich aller Wahrscheinlichkeit nach ändern. Die Benützung des Leuchtgases zur Beleuchtung ist eine keineswegs rationelle Ausbeutung der Kohle, da bei Verbrennung des Leuchtgases die Wärmeproduction der Lichtentwicklung weit über- legen ist. Dies zeigt die bedeutende Erhitzung der Luft in geschlossenen Räumen, welche durch Leuchtgas erhellt werden und vielleich noch deutlicher folgende Er- wägung: Größere Gasmaschinen liefern für den Verbrauch von je einem Kubik- meter Leuchtgas per Stunde eine Pferdekraft. Mit dieser kann unter Anwendung des elektrischen Bogenlichtes eine Gesammtlichtstärke von 1700 Normalkerzen erzeugt werden. Wird hingegen diese Gasmenge in gewöhnlichen Gasbrennern ver- brannt, so erhält man nur sieben Flammen zu zehn Kerzen Lichtstärke, also eine Gesammtlichtintensität von siebzig Kerzen. Es ist daher wohl möglich, daß das elektrische Licht das
Leuchtgas
nach und nach ganz verdrängt, aber das Gas wird damit nicht überflüssig werden, sondern vielmehr als
Heizg
as zu ausgedehnter Anwendung gelangen, umsomehr, als die Herstellung von Heizgas geringere Kosten verursacht als jene von Leuchtgas. Es würde dies die sanitären Verhältnisse unserer Wohnungen, namentlich in großen Städten, wesentlich verbessern, indem dadurch eine gesündere und rauchfreie Luft erhalten werden könnte.
Die
praktischen Anwendungen der elektrischen Beleuchtung
sind gegenwärtig bereits ebenso mannigfaltig als zahlreich. Es ist gewiß leichter, alle jene Fälle aufzuzählen, in welchen das elektrische Licht noch keine Anwendung gefunden hat, als jene, wo es thatsächlich im Gebrauch steht. Alle Arten von Werkstätten und Fabriken, Häfen und Bahnhöfe, Eisenbahnzüge und Schiffe, Theater und Concertsäle, Straßen und Plätze, Leuchtthürme, ganze Stadttheile sowie einzelne Privatwohnungen, Alles bedient sich bereits des elektrischen Lichtes. Wir finden es in photographischen Anstalten, in den Tiefen der Bergwerke, bei submarinen Arbeiten, bei der friedlichen Feldarbeit wie bei kriegerischen Operationen, ja selbst der Arzt bedient sich desselben zur Beleuchtung der inneren Leibeshöhlungen des Menschen. Es leuchtet in öffentlichen Aemtern, wie in Waarenhäusern und Geschäftslocalen, in den Speisesälen großer H
ô
tels, bei Tunnelbauten und nächt- lichen Bahnarbeiten, es muß sogar der Sonne helfen, Früchte zur Reife zu bringen. Bei dieser Fülle und Mannigfaltigkeit wird man es begreiflich finden, daß im Nachstehenden nur andeutungsweise auf einige der wichtigsten Anwendungen der elektrischen Beleuchtung hingewiesen werden kann.
Hierher ist
die elektrische Beleuchtung öffentlicher Locale
und in erster Linie jene von
Theatern
zu rechnen. Es ist gegenwärtig wohl kaum mehr nothwendig, auf die ganz ungewöhnlich großen Gefahren und Nachtheile hinzuweisen, welche die Gasbeleuchtung in Theatern herbeiführt.
Nach statistischen Ausweisen sind in den letzten
25
Jahren
290
Theaterbrände bekannt geworden; von diesen Theatern waren
28
Procent erst
5
Jahre eröffnet
, 15
Procent
6 bis 10
Jahre
, 18
Procent
11
bis
20
Jahre und
10 Procent 21
bis
30
Jahre. Das durchschnittliche Alter der abgebrannten Theater betrug
22 Jahre.
Bei diesen Bränden sollen
10.000
Menschen ihr Leben eingebüßt haben und der materielle Schaden beziffert sich auf
75,000.000
Gulden
. Was sogenannte feuersichere Constructionen oder Imprägnirungen zu leisten im Stande sind, haben wir an den zahlreichen Theaterbränden nach der entsetzlichen Katastrophe im Wiener Ringtheater erfahren. Alle die feuersicheren, sowie auch die imprägnirten sind bis auf die vier Mauern ausgebrannt. Aber wozu auch heute noch, bei dem gegen- wärtigen Stande der elektrischen Beleuchtung, so viele Hunderte von Flammen und Flämmchen an einem Orte, dem an Feuergefährlichkeit kein zweiter gleichkommt? Durch die Einführung der elektrischen Beleuchtung ist das Uebel bei der Wurzel gefaßt, denn nicht der
bereits eingetretene Brand
wird in seinen verderben- bringenden Wirkungen bekämpft, sondern das
Eintreten selbst
wird unmöglich gemacht. In richtiger Würdigung dieser Umstände wurde die elektrische Beleuchtung bereits in eilf Theatern eingeführt und es wäre nur zu wünschen, daß die leitenden Personen anderer Theater von der ihnen durch das elektrische Licht gebotenen Feuersicherheit für ihre Institute Gebrauch machen möchten, bevor sie durch die schauerliche Beredsamkeit feuriger Zungen sich belehren und überzeugen zu lassen gezwungen werden. Sie mögen sich vor Augen halten, daß gegenwärtig einem Theaterbrande zum Opfer fallende Menschenleben schwer zu verantworten sein werden. Ohne auf die mannigfachen Sicherheitsvorkehrungen hinzuweisen, welche die Anwendung der Elektricität überhaupt bietet, möge an dieser Stelle nur die wichtigste Maßregel, nämlich die Beseitigung jeder Art offener Flamme aus Theatern besonders hervorgehoben werden.
Das erste vollständig mit elektrischem Glühlichte beleuchtete größere Theater ist das Savoy Theater in London. Hierauf erhielt, dank der Energie
Winter- holler’s
, des Bürgermeisters der Stadt Brünn, das dort neuerbaute Stadt- Theater ausschließlich elektrische Beleuchtung. Elektrische Beleuchtungsanlagen wurden ferner installirt im Theater zu Havana auf Kuba, im Bijou-Theater zu Boston, im Th
éâ
tre du Parc in Brüssel, in den Residenz-Theatern zu Stuttgart und München, im Manzoni- und
de la Scala
-Theater zu Mailand und in den Theatern zu Manchester und Budapest. Sämmtliche Beleuchtungsanlagen functionirten seit ihrer Inbetriebsetzung ohne jedwede Störung.
Die Beleuchtungsanlage des
Brünner
Theaters wurde gemeinschaftlich von der
Société électrique
Edison
in Paris und der Commandit-Gesellschaft
Brückner, Roß \& Consorten
in Wien ausgeführt. Dieses im November 1882 eröffnete Theater bedeckt eine Grundfläche von etwa 2100 Quadratmeter, ist nur für Sitzplätze eingerichtet und kann 1200 Menschen fassen. Das Maschinenhaus ist etwa 300 Meter weit vom Theater entfernt; die Maschinenanlage zeigt Fig. 525 im Grundriß und Längenschnitt. Im Kesselhause sind drei Röhrendampfkessel
b
(System Dupuis) eingemauert, die eine Heizfläche von zusammen 168 Quadratmeter besitzen. Zum regelmäßigen Betriebe der Beleuchtungsanlage genügen jedoch zwei Kesseln, so daß also einer als Aushilfe dient. Sie sind auf sieben Atmosphären Betriebsspannung concessionirt und selbstverständlich mit allen Heiz- und Sicherheitsarmaturen ausgestattet. Ueber den Rosten der Kessel wurden eigens construirte Dampfgebläse angebracht, welche bei jeder Beschickung in Thätigkeit gesetzt werden und die Rauchverzehrung bewirken. Im Grundrisse ist die Speisevorrichtung mit
c
und der Vorwärmer, durch welchen der Abdampf der Dampfmaschine geleitet wird, mit
d
bezeichnet. Die Dampfmaschine
a
ist eine 110pferdige Hochdruck-Zwillingmaschine (System Collmann), die mit 105 Touren per Minute läuft und sich durch einen sehr ruhigen und regelmäßigen Gang auszeichnet. Das Schwung- rad (von 4 Meter Durchmesser) überträgt durch sieben je 40 Millimeter starke Hanfseile seine Kraft auf eine Vorlegewelle
e.
Die Dampfmaschine wird bei normalem Betriebe nicht auf ihre volle Kraft ausgenützt; es kann vielmehr bei einer Reparatur der einen Maschinenhälfte die andere die ganze Arbeitsleistung übernehmen. Die Seilscheibe der Vorlegewelle hat einen Durchmesser von 1·1 Meter und macht 300 Umdrehungen per Minute. Baumwollriemen
Fig. 525.
Maschinen-Anlage des Theaters in Brünn.
übertragen die Rotation auf vier Edison- und drei Gramme-Maschinen. Die vier Edison- Maschinen
A
(Seite 390) laufen mit 900 Umdrehungen per Minute und können bei voller Inanspruchnahme je 250 Edison-Lampen
à
16 Kerzen mit Strom versorgen. Von diesen 1000 Lampen sind aber höchstens 900 gleichzeitig in Thätigkeit, woraus sich ergiebt, daß die Maschinen bei normalem Betriebe nicht vollständig ausgenützt werden. Hierdurch ist aber für den Fall der Unbrauchbarkeit einer Maschine eine Reserve in der Art geschaffen, daß dann die übrigen drei Maschinen durch höhere Inanspruchnahme die ganze Leistung übernehmen. Von den Gramme’schen Maschinen wird eine
(B)
zum Betriebe der fünf Bogenlampen (System Gramme), die zweite
(C)
zur Erzeugung von Effectbeleuchtungen auf der Bühne und die dritte
(D)
zu einer Kraftübertragung benützt, indem sie unter Vermittlung einer auf dem Boden des Zu- schauerraumes aufgestellten Secundärmaschine einen Ventilator treibt. Sowohl die Arbeits- stromkreise als auch die im Nebenschlusse liegenden Elektromagnetwindungen der vier Edison- Maschinen sind untereinander parallel geschaltet. Zur Regulirung der elektromotorischen Kraft dient der Regulator
E,
der durch Drehen einer Kurbel die Einschaltung größerer oder geringerer Neusilberwiderstände in den Stromkreis der Elektromagnete gestattet.
Die Maschinenanlage des Stuttgarker Hoftheaters umfaßt gleichfalls vier Edison- Maschinen (Modell
K,
wie in Brünn), zu deren Betrieb zwei liegende Compound-Receiver- Dampfmaschinen dienen. Um beim Schadhaftwerden einer Dampfmaschine Betriebsstörungen hintanzuhalten, wurde eine ausrückbare Kupplung angebracht, welche die Ausschaltung jeder Maschine gestattet. Eine Dreicylinder-Maschine betreibt eine kleine Edison-Maschine, welche die Beleuchtung während der tagsüber abzuhaltenden Proben besorgt und
Abends zur Speisung der in allen Räumen des Hauses vertheilten Edisonlampen der Nothbeleuch- tung verwendet wird
.
Die
Leitung
, welche in Brünn die Ströme von den Maschinen zum Theater führt, wird durch Kabel besorgt, wie solche (auf Seite 584 u. f.) bereits beschrieben wurden. Diese Kabelleitung dient für alle vier Edison-Maschinen und mündet im Keller des Theaters aus, wo sie sich in zwei Hauptleitungen spaltet. Einer dieser Stromkreise enthält sämmtliche Lampen, welche keiner Regulirung ihrer Lichtstärke bedürfen, also die Lampen der Vorhalle, der Treppen- räume u. s. w.; es stehen hierzu 369 Lampen in Verwendung. In den zweiten Stromkreis sind die regulirbaren Lampen, d. h. jene der Bühne und des Zuschauerraumes, 1432 an der Zahl,
Fig. 526.
Schaltvorrichtung für Stromabzweigung.
eingeschaltet. Zur Beleuchtung während der Proben dienen vierzig Edison-Lampen
à
6 Kerzen, welche die früher erwähnte kleine Gramme’sche Maschine mit Strom versorgt. Zu ihrem Betriebe steht ein 6pferdiger Otto’scher Gasmotor in Verwendung, der im Kellerraume auf- gestellt ist. Die letzteren beleuchtende Gasflamme ist die einzige Gasflamme im ganzen Hause. Fig. 526 stellt die Schaltvorrichtung für die Verzweigung des durch das Kabel zugeführten Stromes dar; hierbei sind den Leitungen für die in ihrer Lichtstärke unregulirbaren Lampen Pfeile ohne Fahnen, dem Stromkreise der regulirbaren Lampen Pfeile mit Fahnen beigesetzt. Bei
Bs
befinden sich Sicherheitsdrähte aus Blei (siehe Seite 585). Innerhalb des Hauses sind die zur Leitung benützten Kupferdrähte mit unverbrennlich gemachter Baumwolle umsponnen; bei jeder Abzweigung oder doch mindestens in jeder sechs bis zehn Lampen umfassenden Lampengruppe ist ein Blei-Sicherheitsdraht eingefügt.
Den schwierigsten Theil der Theaterbeleuchtung bildet die
Beleuchtung der Bühne
, da man gegenwärtig in Bezug auf Beleuchtungseffecte sehr hohe Anforderungen an dieselbe stellt. Die Gesammtbeleuchtung muß sowohl plötzliche Uebergänge von der größten Helligkeit zur Dunkelheit als auch allmähliche Uebergänge gestatten; diese Anforderungen stellt man aber auch an jede einzelne Lampengruppe (die der einzelnen Coulissen, Soffitten u. s. w.), d. h. man fordert für jede der- selben eine selbstständige Regulirung. Hierzu kommen noch die verschiedenen Farben- wirkungen, die ebensowohl mit einer als auch mit mehreren Gruppen durchführbar sein sollen. Die Regulirung der Lichtstärke erfordert daher verhältnißmäßig com- plicirte Apparate. Diese wurden für die Theater in München und Stuttgart nach dem Muster jenes Regulators hergestellt, welcher auf der Versuchsbühne der Münchener elektrischen Ausstellung in Verwendung stand. Fig. 527 stellt denselben in perspectivischer Ansicht dar und Fig. 528 ist das Schema eines Elementes. Er besteht im Wesentlichen aus einer Reihe von Hebeln
M,
deren jeder in einer ver- ticalen Ebene über eine größere Anzahl von im Kreise angebrachten Contacten geführt werden kann. Der zu regulirende Stromkreis (z. B. die Lampen einer Soffitte) ist einerseits mit dem Hebel
M,
andererseits mit dem Contacte
x
verbunden. Nimmt daher der Hebel
M
eine derartige Lage ein, daß er mit
x
in Berührung steht, so ist gar kein Widerstand eingeschaltet und die Lampen brennen in voller Stärke. Bei der gezeichneten Lage des Hebels sind jedoch sämmtliche Widerstände zwischen
x
Fig. 527.
Bühnenlicht-Regulator.
und
A B
eingeschaltet; der bei
a
zufließende Strom kann nicht über
x
durch den Hebel
M
nach
b
abfließen, sondern muß vielmehr erst die Widerstände bis
A B
durchfließen. Da man in solcher Weise durch Drehen des Hebels
M
den Wider- stand nach Belieben verändern kann, hat man es hierdurch in seiner Macht, auch die Lichtstärke der Lampen des betreffenden Stromkreises beliebig zu ändern. Sollen mehrere oder alle Hebel gleichzeitig bewegt, d. h. mehrere oder alle Lampengruppen gleichzeitig regulirt werden, so zieht man die betreffenden Hebelgriffe heraus, wodurch sie mit einem horizontalen Rahmen in Verbindung kommen, der sie alle gleichzeitig dreht, sobald er durch ein Handrad (siehe Fig. 527) in Bewegung gesetzt wird. Die in München und Stuttgart in Verwendung stehenden Apparate sind noch mit einer Vorrichtung versehen, durch welche ein momentanes, helles Auf- leuchten der Lampen erzielt, d. h. die Blitzerscheinung nachgeahmt werden kann. Mit jeder Lampenserie correspondirt eine Handhabe
N
(Fig. 528), durch welche ein Contact zwischen der Feder
L
und dem Contactstücke
D
hergestellt werden kann. Hierdurch wird der Widerstand, welcher sich vorher in der betreffenden Lampenserie befand, einige Augenblicke ausgeschaltet und diese leuchten daher blitz- artig auf.
Besondere Vorsorge muß noch für den Fall getroffen werden, daß eine große Anzahl von Lampen gleichzeitig gelöscht wird, weil sonst die übrigbleibenden Lampen zu viel Strom erhalten könnten. Bei den nach Edison’s System ausgeführten Anlagen wird zu diesem Behufe der Maschinenwärter vorher durch ein Glockensignal auf- merksam gemacht und führt dann mit Hilfe eines Rheostaten (
E
in Fig. 525) Widerstand in den Stromkreis der Elektromagnete ein. In Stuttgart zeigt man
Fig. 528.
Bühnenlicht-Regulator.
die Schwächung des Stromes durch das Entzünden einer grünen, das Strom- verstärken durch jenes einer rothen Lampe von der Bühne aus dem Maschinen- wärter an.
Farbiges Licht
bringt Obermaschinenmeister
Lautenschläger
in München dadurch hervor, daß sämmtlichen Lampen der betreffenden Gruppe rothe oder grüne Gelatineschirme vorgeschoben werden; auch für die Theater in Stuttgart und Mailand wurde dieses Princip angenommen. Fig. 529 zeigt Lautenschläger’s Anordnung für eine Rampe. An dem Eisenrohre
T
ist der Reflector
R
befestigt, der mit seinem unteren horizontalen Theile die Glühlichtlampen trägt. Das Rohr ruht mit seinen Enden auf den kurzen Seitenwänden eines Holzkastens (oder einer Metall- röhre) auf, dessen Deckel
C C'
zur Hälfte nach der einen und zur Hälfte nach der anderen Seite zurückgeschlagen werden kann, je nachdem die Lampen nach der einen oder anderen Richtung hin leuchten sollen. Die Lampen mit dem Reflector können nämlich durch Drehen des Rohres
T
mit der Handhabe
M
beliebig gedreht und dann durch die Schraube
B
festgestellt werden. Die Kreisscheiben
P P
dienen zum Aufsetzen eines Gelatinecylinders
G G;
dieser ist in einem Drittel seines Umfanges offen, im Uebrigen aber in der gewünschten Weise aus farbigen Gelatinestreifen zusammengesetzt. Licht verschiedener Färbung wird dann in der Weise hervorgebracht,
Fig. 529.
Farbenrampe nach Lautenschläger.
daß man diesen Gelatinecylinder durch Drahtseile und Rollen in entsprechender Weise dreht. Obermaschineninspector
Brandt
in Berlin läßt hingegen die Lampen jeder Gruppe in drei getrennten Stromkreisen brennen, von welchen der eine weiße, der zweite grüne und der dritte rothe Lampen enthält. Dies gestattet allerdings eine bequeme Farbenregulirung von einer Centralstelle aus, was bei Lautenschläger durch die Drahseile erschwert wird, vertheuert aber die Anlage sehr erheblich, da eben die Bühne dreimal so viele Lampen erfordert.
Auch das Brünner Theater bringt die Farbeneffecte nach Brandt’s Methode hervor. Das Nationaltheater in
Budapest
erhielt durch die Firma
Ganz
\& Cie. seine Beleuchtungsanlage, bei welcher vier Wechselstrom-Maschinen (vergl. Seite 408) die nöthigen Ströme liefern. Die Farbeneffecte werden hierbei gleichfalls durch dreifache Stromkreise für jede Lampengruppe hervorgebracht, und zwar in der Weise, daß immer eine Serie von Lampen unbedeckt bleibt, die zweite durch rothe und die dritte durch grüne Glasplatten bedeckt wird, wie dies Fig. 530 erkennen läßt. Die Verwendung der Wechselstrom-Maschinen mit je zwölf voneinander unabhängigen (also im Ganzen 48) Strom- kreisen ermöglicht in diesem Theater die von den Installationen
Fig. 530.
Farbenrampe.
anderer Theater vollkommen verschiedene Art der Lichtstärkeregulirung ohne Einschaltung von Widerständen. Jede Lampengruppe wird nämlich dadurch in Thätigkeit gesetzt, daß ihr die Ströme einer bestimmten Anzahl von (den 48) Stromkreisen, deren jeder gewissermaßen eine selbstständige Stromquelle bildet, in paralleler Schaltung zugeführt werden. So werden z. B. die Lampen des Auditoriums durch neun solche Stromquellen gespeist und können daher in neun verschiedenen Helligkeitsgraden brennen, je nach der Zahl der durch die Stellung eines entsprechenden Umschalters eingeschalteten Stromquellen. Die Rampen und die Soffitten erhalten 21 Ströme, welche durch einen Commutator so gesammelt und ver- theilt werden, daß man beliebig jede einzelne Partie der Lichter oder alle insgesammt reguliren kann.
Zur Nachahmung von Naturerscheinungen oder für besondere Lichteffecte stehen gegenwärtig auf den größeren Bühnen eine Reihe von Apparaten in Ver-
Fig. 531.
Fig. 532.
Projections-Apparat für Sonnenaufgang. Personenbeleuchtung.
Fig. 533.
Apparat zur Darstellung des Regenbogens.
wendung, von welchen einige erwähnt werden sollen. So zeigt Fig. 531 jenen Apparat, welchen Duboscq zur Darstellung des Sonnenaufganges in der Oper „der Prophet“ angab. Der ganze Apparat besteht aus einem Regulator von Foucault- Duboscq, welcher mit einem parabolischen Hohlspiegel versehen ist. Letzterer bildet aus den vom Voltabogen ausgehenden Lichtstrahlen ein paralleles, cylindrisches Strahlenbüschel, welches, auf einem transparenten Schirme aufgefangen, eine hell beleuchtete Kreisscheibe erzeugen muß, die man durch Bewegen des Apparates gleichfalls bewegen kann. In der Oper bildet eben die den Himmel darstellende Leinwand diesen Schirm. Der gewöhnliche Apparat, der zur Beleuchtung einzelner Personen verwendet wird, ist in Fig. 532 abgebildet. Bei diesem ist die elektrische Lampe in einer Laterne aus Holz oder Metall eingeschlossen und sendet ihre Licht- strahlen nur nach einer Richtung, nämlich durch die Linsen aus; eine verstellbare Blendung vor der Linse gestattet, die Beleuchtung auf eine größere oder kleinere Fläche auszudehnen. Zur Beleuchtung größerer Flächen verwendet man auch eine dem in Fig. 531 dargestellten Apparate ganz ähnliche Vorrichtung. Die Nach- ahmung des Regenbogens wird durch die in Fig. 533 dargestellte Anordnung
Fig. 534.
Trouve’s leuchtende Juwelen.
erreicht. Das durch eine Linse in ein Bündel paralleler Strahlen gebrachte Licht des Voltabogens dringt durch eine die Form des Regenbogens nachahmende Spalte, gelangt neuerdings auf eine Sammellinse und tritt hierauf in ein ent- sprechend aufgestelltes Glasprisma ein, welches, die weißen Lichtstrahlen in ihre farbigen Bestandtheile zerlegend, den Regenbogen erzeugt. (Vergl. Seite 717.) Die Linse zwischen dem Spalt und dem Prisma hat einerseits den Zweck, die Licht- strahlen concentrirt dem Prisma zuzuführen und verstärkt andererseits die Krüm- mung des Regenbogens.
Die Erzielung vollkommen neuartiger Lichteffecte gestattet die Anwendung von Glüh- lämpchen kleiner und kleinster Dimensionen.
Trouv
é
umhüllt Glühlämpchen, deren Kohlenbügel einen sehr geringen Widerstand besitzen, mit mannigfachen durchbrochenen Metallfassungen und verschließt diese Oeffnungen mit verschiedenfarbigen facettirten Glasstücken (Fig. 534). Der obere Theil der Umhüllung ist, wie die Figur, welche eine Haarnadel in Ansicht und Schnitt darstellt, erkennen läßt, abhebbar und gestattet dadurch die Auswechslung eines schadhaft ge- wordenen Lämpchens durch ein neues. Die am unteren Ende austretenden Leitungsdrähte führen zu einer Batterie, bestehend aus Zink- und Kohlenstäben, welche in eine concentrirte Lösung von doppeltchromsaurem Kali tauchen. Diese Batterie ist in mehrfachen Hartgummikästchen hermetisch eingeschlossen, welche sammt ihrer Füllung für kleine Nadeln nur 300 Gramm wiegen und eine Lämpchen zu 2 bis 3 Volts beiläufig 30 Minuten speisen können. Das Batteriekästchen ist ein prismatisches Gefäß von quadratischer Grundfläche; die kurzen Kanten sind beiläufig 3½, die langen 5 bis 6 Centimeter lang. Im Ballet der neuen Oper
„La Farandole”
spielen auf den Köpfen der den Geistertanz ausführenden Tänzerinnen Irr- lichter. Diese werden durch den in Fig. 535 dargestellten Apparat hervorgebracht. Auf einem Metallreifen, den die Tänzerin auf ihrem Kopfe trägt, ist ein Glühlämpchen befestigt, welches mit einem kleinen sternförmigen Metallspiegel versehen ist. Auf diesem sind grüne geschliffene Glasstücke befestigt, als Nachahmung von Smaragden, die sammt dem Metallspiegel das Licht
Fig. 535.
Leuchtendes Diadem.
des Lämpchens reflectiren. Die zwei Elemente, welche zur Speisung des Glühlichtlämpchens dienen, sind in zwei am Gürtel befestigten Gefäßen
a
und
b
untergebracht. Von hier aus führen die Leitungsschnüre durch weiße Schleier verdeckt zu dem am Diadem befestigten Glüh- lämpchen; bei
c
ist ein kleiner Stromunterbrecher angebracht, welcher der Tänzerin gestattet, das Glühlicht in oder außer Thätigkeit zu setzen. Die Batterie besteht aus Chlorsilber-Elementen nach Scrivanow (vergl. Seite 500) und ist in den beiläufig 1½ Centimeter dicken, 4½ Centi- meter breiten und 6 Centimeter langen Gefässen
a
und
b
eingeschlossen.
Nicht minder wichtig als für Theater und überhaupt öffentliche Locale ist die
elektrische Beleuchtung für Fabriken, Werkstätten
und dergleichen; sie wird hier immer vortheilhaft zur Anwendung gelangen, wenn größere Räume durch eine größere Anzahl von Lichtern zu erhellen sind. Hierbei sprechen nicht nur die Kosten häufig zu Gunsten des elektrischen Lichtes, sondern auch noch andere Umstände. Die Beleuchtung durch Elektricität ist eine viel ausgiebigere und bessere und ermöglicht daher eine leichtere Ueberwachung der Arbeiter, während diese selbst besser arbeiten. Ferner machen sich die schlechten Folgen für die Augen des Arbeiters bei anhaltender Nachtarbeit weniger geltend, indem derselbe nicht genöthigt ist, sein Auge z. B. einmal der schwachen Beleuchtung seines Werkzeugkastens, ein nächstes- mal der hellen Beleuchtung seines Arbeitsplatzes zu accommodiren. Die auf die Arbeiter erschlaffend einwirkende Erhitzung des Arbeitsraumes und die Verschlech- terung der Luft durch die vielen Sauerstoff verzehrenden Flammen ist gänzlich ver- mieden. In hohem Grade gesundheitsschädlich wirkt die Gasbeleuchtung in Druckereien, lithographischen Anstalten und ähnlichen Localen, wo die heißen Flammen unmittel- bar über dem Kopfe des Arbeiters angebracht sind, dessen Auge austrocknen und noch überdies dadurch ganz abnorm in Anspruch nehmen, daß der in solchen Räumen nie zu vermeidende Luftzug die Flamme zum Flackern, also einem stän- digen Wechsel der Lichtintensität veranlaßt. Diese sehr bedeutenden sanitären Uebel- stände werden noch erhöht, wenn der Arbeiter mit verschiedenen Farben hantiren muß, wie dies nicht nur in den genannten Ateliers, sondern z. B. auch in Kattun- druckereien und dergleichen der Fall ist. Ganz abgesehen davon, daß gewisse Arbeiten bei Gasbeleuchtung nicht ausgeführt werden können, weil diese bestimmte Farben- nuancen nicht zu unterscheiden gestattet, wirkt das Flackern der Gasflammen störend für die Beobachtung des Druckes und erzeugt Augenleiden. Die Arbeiter sehen oft stundenlang nach vollendeter Arbeit noch immer das Zucken der Flammen vor sich — eine Folge der überreizten Nerven. Alle diese, namentlich vom humanitären Standpunkte aus sehr bedauerlichen Uebelstände werden beseitigt, durch Anwendung des elektrischen Glühlichtes.
Für eine andere Kategorie von Fabriken erweist sich die Einführung der elektrischen Beleuchtung deshalb sehr vortheilhaft, weil sie feuersicher hergestellt werden kann. Ist dies ein nicht zu unterschätzender Vortheil für alle Räume, in welchen überhaupt leicht brennbare Stoffe vorhanden sind, so gewährt dies die einzige Möglichkeit, bei künstlicher Beleuchtung zu arbeiten in jenen Räumen, in welchen explosive Stoffe bereitet werden, wie z. B. in Pulverfabriken.
Die Druckerei der Gebrüder Jaenecke
in Hannover wurde vor ungefähr fünf Monaten durch
Uppenborn
und
Gackenholz
mit einer elektrischen Beleuchtungsanlage versehen. In derartigen Etablissements haben namentlich die Setzer, welche über ihren Setzkasten gebeugt die Lampen mit der Stirne nahezu berühren, sehr von der Hitze der Flammen zu leiden. Dieser Umstand war es eben, welcher die Gebrüder Jaenecke zur Einführung der Beleuchtung mit Edison-Glühlichtlampen veranlaßte. Die Maschinenanlage umfaßt drei Schuckert’sche Flachring-Compound-Maschinen, welche wie überhaupt die ganze Anlage von der obengenanten Firma hergestellt wurden. Eine dieser Maschinen ist im Erdgeschosse aufgestellt, wird von einem Otto’schen Gasmotor betrieben und dient als Reserve. Sämmtliche Maschinen sind zu- einander parallel geschaltet und zur Vermeidung einer Umkehrung der Pole ihrer Elektro- magnete mit ihren negativen Bürsten durch kurze Drähte untereinander verbunden. (Siehe Seite 459: Gramme’sche Verbindungsweise parallel geschalteter Maschinen.) Die Stromstärke jeder Maschine kann durch Einschalten von Widerständen in den inducirenden Stromkreis regulirt werden. Der aus der Maschine kommende Strom passirt zunächst einen Unterbrecher mit vier Contacten; derselbe besteht aus einem Ebonitcylinder mit zwei Metallcontacten und je zwei Schleifbürsten auf jedem der letzteren. Der Unterbrechungsfunke wird dadurch in vier Funken zerlegt und somit die Abnützung des Unterbrechers möglichst verringert. Die Ströme der Maschinen gelangen hierauf in zwei Hauptleiter, von welchen aus die Leitungen in die zu beleuchtenden Räume ausgehen. Zur Sicherung gegen Feuersgefahr sind an entsprechenden Stellen Bleieinschaltungen angebracht Die Leitungen sind sämmtlich von einer doppelten Hülle unverbrennlich gemachter Baumwolle umgeben. Sie wurden an den Decken und an den
Fig. 536.
Maschinensaal der Druckerei Gebrüder Jaenecke in Hannover.
Wänden durch Holzleisten befestigt (siehe Seite 587), deren Rinnen je fünf Centimeter von- einander entfernt sind; zum Schutze der tiefer liegenden Leitungen dienen Holzverkleidungen.
Die elektrische Beleuchtung erstreckt sich auf die Maschinenräume, zwei Setzersäle und ein lithographisches Atelier. Hierzu dienen 125 Edisonlampen
à
8 Kerzen, 8
à
10 Kerzen und 4
à
16 Kerzen, und zwar in nachstehender Vertheilung:
Bei der in Rede stehenden Anlage forderte man, daß die Beleuchtungskörper einfach, bequem und billig seien sowie auch genügende Sicherheit darbieten. Drei Lampen (zu 8 Normalkerzen) dienen zur Beleuchtung des Mittelganges im Maschinensaale; diese Lampen sind einfach an senkrecht an der Saaldecke befestigten Gasleitungsröhren angeschraubt, welche im Innern die Leitungs- drähte führen und an ihren unteren Enden konische Schirme aus Weißblech tragen. Diese Aufhängung der Lampen konnte bei den Pressen nicht in Verwendung kommen, weil dort bald
Fig. 537.
Lampen im Setzersaale.
die eine, bald die andere Stelle gut beleuchtet sein soll, d. h. man verlangte bewegliche Lampen. Dieser Anforderung wurde in ebenso einfacher als zweckmäßiger Weise Rechnung getragen. Das vertical von der Decke herabhängende Gasrohr trägt nämlich an seinem unteren Ende eine in Form eines Trapezes gebogene Stange, in welche die Glühlichtlampe mit ihrem Reflector eingehängt ist. Fig. 536, welche eine allgemeine Ansicht des Maschinensaales giebt, läßt diese Aufhängung deutlich erkennen. Da nun der trapezförmige Lampenträger sich im Halbkreise um die Gasröhre drehen und die Lampe selbst auf der Basis des Trapezes sich verschieben läßt, kann man der Lampe innerhalb einer Kreisfläche jede beliebige Stellung geben. Die Verbindung der Lampe mit der aus der Gasröhre kommenden Stromleitung besorgt ein biegsames Kabel. Die großen Pressen sind mit einer derartigen Aufhängevorrichtung für zwei Lampen versehen. Ferner können beliebige Stellen des Maschinenraumes durch An- wendung von Setzlampen beleuchtet werden, wie dies gleichfalls Figur 536 (auf der linken Seite) erkennen läßt. An jeden der 11 Fensterpfeiler des Saales sind nämlich Leitungen zu Edison’schen Contactbüchsen geführt, die einer Hand- oder Setzlampe Strom zuführen, sobald der Contactstöpsel, in welchem die an der Lampe befestigte Leitungsschnur endet, in die Contact- büchse eingedreht wird. Jeder dieser Contactstöpsel enthält zur Sicherung gegen zu starken Strom einen Bleidraht.
Auch der Setzer verlangt von seiner Lampe eine gewisse Beweglichkeit; in den beiden Setzersälen erhielten daher die Lampen die in Fig. 537 dargestellte Anordnung. Die Träger
Urbanitzky
: Elektricität. 47
bestehen aus Holzsäulen, welche auf den Pulten befestigt sind; jede solche Säule trägt zwei auf Gelenkarmen aufgeschraubte und mit Schirmen versehene Lampen. Das Leitungskabel ist um diese Arme geschlungen. Die Correctoren haben bewegliche Lampen zu ihrer Verfügung, während die Einrichtung im lithographischen Atelier jener im Maschinensaale gleich ist.
Wenngleich die elektrische Beleuchtung noch nicht zu jener Ausbildung gelangt ist, daß man ebenso wie bei der Gasbeleuchtung von einer oder wenigen Anstalten aus die Beleuchtung ganzer Städte besorgt, so nimmt doch die Zahl der
Central- stationen für elektrische Beleuchtung
größerer Districte allmählich zu. Die erste große Centralstation wurde von
Edison
in
New-York
errichtet; hierauf folgte die Centralstation in
Mailand
. Gegenwärtig ist eine Centralstation in Boston in Ausführung begriffen, deren Herstellung die
Merchant’s Electric Light and Power Co
. übernommen hat, ferner beabsichtigt man in
Paris
und in
Berlin
solche Centralstationen zu errichten.
Die
Centralstation
in
Mailand
wurde von einem Comit
é
in’s Leben gerufen, welches sich aus den hervorragendsten Banken dieser Stadt bildete und
Giuseppe Colombo
und
Guzzi
als Sachverständige beizog; der Bericht, welchen diese beiden Männer über ihre Studienreisen nach Paris und England erstatteten, veranlaßte das Comit
é
zur Bewilligung ausreichender Mittel für die Errichtung einer Central-Versuchsstation im großen Maßstabe. Erst, wenn diese ihre Leistungsfähigkeit hinlänglich erprobt haben wird, soll eine Gesellschaft gegründet werden — gewiß ein Vorgang, der Nachahmung verdient!
Die Centralstation selbst wurde in der Straße Santa Radegonda errichtet, an Stelle des alten Theaters gleichen Namens. Diese Lage derselben ist außerordentlich günstig, da sich in der Galerie
Vittorio Emanuele
und in der Nähe derselben die schönsten Kaufläden, die größten Caf
é
s, Theater und Clubs befinden, welche größtentheils die elektrische Beleuchtung einführten. Das für die Station aufgeführte Gebäude bedeckt einen Flächenraum von 624 Quadratmeter und besteht aus drei Stockwerken, von welchen das unterste drei Meter unter dem Boden liegt. Dieser Raum dient zur Aufnahme der Edison’schen „Dampfdynamos“ (siehe S 390) Von diesen sind gegenwärtig vier aufgestellt und kann jede 1000 bis 1200 Edisonlampen
à
16 Kerzen mit Strom versorgen, wozu sie eines Kraftaufwandes von 120 bis 140 Pferdekräften bedarf. Die Armaturen haben einen Durchmesser von 0·75 Meter und drehen sich mit 350 Touren per Minute. Die Lager aus Weißmetall, in welchem die Stahlaxen laufen, werden durch ständig circulirendes Wasser kühl gehalten. Die Kühlung der Armaturen besorgen auf sie gerichtete Luftströme. Zwei der Lichtmaschinen werden von
Porter Allen-
, zwei von
Armington \& Sims
-Maschinen in Bewegung gesetzt. Die Wellen der Dampf- und Lichtmaschinen sind überall direct gekuppelt Sämmtliche Dampfdynamos sind, wie Fig. 538 zeigt, parallel nebeneinander gestellt. Der Dampf für die Motoren wird von
Babcock-
und
Wilcox
-Kesseln geliefert, welche fünf an der Zahl im Stockwerke oberhalb des Maschinen- raumes aufgestellt sind. Jeder dieser Kesseln kann für zwei Dampfdynamos Dampf liefern
Es sollen nämlich 10 Dampfdynamos aufgestellt werden.
und sind von gußeisernen Säulen, die auf starken Fundamenten ruhen, getragen. Die Speisung der Kessel besorgen
Körting
-Injectoren und eine Pumpe mit Riemenantrieb. Die zum Betriebe der letzteren dienende Maschine hat auch ein Centrifugalgebläse in Thätigkeit zu setzen und befindet sich in einem gewölbten Raume unterhalb des Hofes. Die Potentialdifferenz der Ströme wird auf 110 bis 120 Volts constant erhalten; bei Thätigkeit aller vier Maschinen resultirt ein Strom von beiläufig 1200 Amp
è
res. Die Stromregulirung wird in der bereits weiter oben beschriebenen Weise durch Ein- und Ausschalten von Widerständen, die im selben Raume wie die Dampfdynamos untergebracht sind, bewerkstelligt; daselbst ist auch ein Probir- apparat für 1500 Lampen aufgestellt. Die Maschinen sind zu einander parallel geschaltet und werden alle gemeinschaftlich regulirt, um stets eine für alle Maschinen gleichmäßige Regulirung zu erhalten. Von den zwei Leitern aus, welche die Bürsten der Maschinen verbinden, findet die Stromvertheilung in die Hauptleitungen statt. Die Leitungen sind in der bereits beschriebenen Weise unterirdisch geführt Eine Hauptconsumstelle bildet das Theater
de la Scala,
in welchem gewöhnlich 1600 Lampen in Thätigkeit sind, während bei den Aufführungen des „Don Carlos“ von Verdi sogar 2062 benützt wurden. Die Leitung zu diesem Theater ist ungefähr 400 Meter lang und deren Stärke so berechnet, daß der Spannungsverlust acht Volts nicht
Fig. 538.
Centralstation für elektrische Beleuchtung in Mailand.
überschreitet. Die Beleuchtungsanlage functionirt dort seit Ende December 1883 zur vollen Zufriedenheit.
47*
Von unzweifelhaft großer Bedeutung wird die elektrische Beleuchtung für
Berg-
und
Tunnelbauten
werden. Bei Tunnelbauten größerer Ausdehnung hat man u. A. mit zwei schwer zu überwindenden Hindernissen zu kämpfen. Diese sind die Verschlechterung der Luft durch die Verbrennungsgase der Grubenlichter und die hohe Temperatur im Erdinnern, welche überdies noch durch die Lampen gesteigert wird. Die Bohrarbeit selbst wird gewöhnlich durch pneumatisch betriebene Maschinen ausgeführt. Eine combinirte Anwendung der Elektricität zur Beleuchtung, zum Betriebe der Bohrmaschine, vielleicht auch zum Betriebe eines Ventilators und der Förderanlage wird sich in vielen Fällen vortheilhaft erweisen. Abgesehen von der besseren Beleuchtung, ist das Verunreinigen und Erhitzen der Luft durch die Gruben- lichter vermieden und an Stelle der großen Raum beanspruchenden pneumatischen Maschinen die kleine elektrische gesetzt. Auch würden die elektrischen Kraftmaschinen bei den verhältnißmäßig kurzen Leitungen eine höhere Arbeitsausbeute gestatten, da z. B. bei der Bohrung des St. Gotthard-Tunnels die pneumatisch betriebene Bohrmaschine an Ort nur 4 bis 8 Procent Nutzeffect gab. Die Vortheile einer elektrischen Beleuchtung bei Berg- und Tunnelbauten sind in vielen Fällen zu zahl- reich und augenscheinlich, um nicht zu einer vielseitigen Anwendung aufzufordern. Unsere wackeren Bergleute, die überhaupt stets eine offenes Auge für jeden Fort- schritt bewahrten, zögerten auch nicht damit, wie zahlreiche im ununterbrochenen Betriebe befindliche Installationen beweisen.
Das österreichische
Salzwerk zu Maros-Ujv
á
r
(in Ungarn) umfaßt eine Fläche von 24.000 Quadratmeter und besitzt ein Arbeitspersonale von 400 bis 500 Mann. Die Größe dieses Werkes veranlaßte bereits im Jahre 1880 eine Reihe von Versuchen zur Einführung der elektrischen Beleuchtung. Da diese ein befriedigendes Resultat ergaben, beschloß man die definitive Einführung des elek- trischen Lichtes und übertrug dem Vertreter der Firma
Siemens \& Halske, J. Neuhold
, die Ausführung der Anlage. Eine zehnpferdige Locomobile, im Maschinenhause des Werkes neben der Fördermaschine aufgestellt, betreibt die Siemens’sche Lichtmaschine, sowie auch die kleine Erregermaschine. Zur Dampf- zuführung dient eine für das Locomobil und die Fördermaschine gemeinschaftliche Dampfleitung. Der Antrieb der elektrischen Maschinen wird durch Riemen bewirkt und durch einen empfindlichen Regulator regulirt. Die Gesammt-Lichtintensität der fünfzehn Differentiallampen nach
Siemens
beträgt 4000 Normalkerzen. Da die volle Beleuchtung nur während der achtstündigen Arbeitsdauer nöthig ist, in der weiteren Zeit aber blos gefördert wird, hierzu aber sieben Lampen genügen, so ist die Einrichtung derart getroffen, daß die Hälfte der Lampen ausgeschaltet werden kann; die Locomobile arbeitet dann nur noch mit fünf Pferdekraft. Die Leitungsdrähte, Hin- wie auch Rückleitung, sind meistentheils isolirt (umsponnen); in trockenen Theilen der Grube werden jedoch auch nicht isolirte Drähte verwendet, diese aber auf Isolatoren in der Art wie Telegraphendrähte befestigt. Die Anord- nung der Leitung und die Vertheilung der Lampen ist folgende: Aus der Licht- maschine gehen zwei Leitungen. Die eine mit isolirten Drähten ist in Rinnen gelegt und befestigt und wird unter dem Sturzboden der Saline in die einzelnen Abbau- kammern geführt, senkt sich 5 bis 7 Meter oberhalb der Sohle und bedient in jeder Kammer je zwei auf Salzpyramiden ruhende Lampen, welche in je einem Viertel des Kammerraumes aufgestellt sind, also in vier Abbaukammern zusammen acht. Die zweite Leitung besteht aus einem einfachen Leitungsdrahte, welcher, auf Isolirglocken geleitet, in je einer Abbaukammer außer den oben genannten je eine und in der Förderstrecke außerdem noch drei Lampen bedient, zusammen also sieben. Da die Richtung der Förderstrecke auf die Länge der Kammer vertical ist, so wird, wenn die vorhin genannten acht Lampen ausgeschaltet werden, der gesammte Gruben- raum für die Förderungszwecke hinreichend beleuchtet. Mit der fortschreitenden Teufe werden auch die Lampen gesenkt, was seit zwei Jahren einmal vorgekommen ist. Die Differentiallampen erhalten Kohlenstäbe von 20 Centimeter Länge und 0·5 Centi- meter Dicke und erzeugen einen Lichtbogen von 3 bis 4 Millimeter. Während des Einsetzens neuer Kohlen (nach je vier Stunden) wird der Strom durch einfache Nebenlampen geleitet.
In der achtstündigen Arbeitsschicht werden 56 Stück Kohle consumirt, per Tag 84 und per Jahr 25.000. Rechnet man das Stück mit 15 Kreuzer ö. W., so macht dies im Jahre eine Ausgabe von 3750 Gulden. Die Bedienung der Lampen kostet jährlich 500 Gulden, Brennmaterial, Oel und andere zur Wartung der Maschinen nöthige Materialien 2000 Gulden. Die elektrischen Maschinen bedient der auch sonst nöthige Maschinenwärter, weshalb dadurch die elektrische Beleuchtung mit dieser Post nicht belastet wird. Die Gesammtkosten betragen also jährlich 6250 Gulden. Vergleicht man damit die Auslagen für die frühere Talg-, Oel- und Photogenbeleuchtung, so ergiebt sich, daß die elektrische Beleuchtung nicht viel mehr kostet; hingegen ist die Beleuchtung
besser
, der
Gesundheit
weniger schädlich, und dient auch im Falle geringer Ventilation zur
Erhaltung einer reinen Atmosphäre
, welche früher durch die Grubenlichter aufgezehrt, verun- reinigt und verraucht wurde.
Der Arbeiter leistet mehr, die Sicherheit ist größer und die Aufsicht leichter
.
Das Blenden der Lichter fällt außer Frage, da der Arbeiter der Sohle zu- gekehrt, die Lampen nicht sieht, weswegen auch die matten Schirme oder Glas- kugeln weggelassen sind. Das ungarische Ministerium hat die ganze Einrichtung um den Preis von 10.000 Gulden angekauft: die Maschinen arbeiten seit ungefähr drei Jahren ohne Anstand, und die elektrische Beleuchtung ist somit als vollkommen gelungen zu betrachten. Anfangs befürchtete man, daß der empfindliche, zwar in eine Metallkapsel gehüllte Mechanismus der Lampen durch den unvermeidlichen Salzstaub und durch die Wasserdämpfe leiden würde; die Praxis zeigte aber, daß man die Lampen halbjährig nur einmal zu reinigen braucht, welche Arbeit ein Maschinenschlosser verrichtet. Die Arbeiter gewöhnten sich an die elektrische Beleuchtung so sehr, daß sie in einem Falle, als sich die Locomobile in Reparatur befand, die Arbeit bei der alten Beleuchtung nur gezwungen aufnahmen.
Fig. 539 stellt einen Theil der elektrisch beleuchteten Grube dar und ist nach einer Photographie angefertigt, welche der Verfasser durch die Güte des Herrn Professors H.
Höfer
, des Redacteurs der „Oesterr. Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen“, erhielt; dieser Zeitschrift ist auch obiger Bericht entlehnt.
Eine zweite Beleuchtungsanlage, über welche die genannte Zeitschrift berichtet, ist die
Hütte Gradenberg
bei Köflach (Steiermark). Das Walzwerk erzeugt jährlich 50.000 bis 55000 Metercentner fertiges Stabeisen. Die Adjustirung desselben, d. h. das Geraderichten, Befeilen der Enden und Binden in Buschen besorgt eine Arbeiter-Kür von sechs Mann und zwei Jungen. Da der den Einschlägern zugewiesene Hüttenraum neben den Haupteingängen der Hütte gelegen ist, konnte wegen der dort herrschenden Zugluft keine der gewöhnlichen Lampenarten befriedigende Dienste leisten, sondern verursachte ständige Calamitäten mit den Lampengläsern. Es wurden schließlich Pechabfälle benützt, die jährlich 180 bis 200 fl. kosteten. Man führte daher im Herbste 1881 für den genannten Raum und eine kleine Reparatur- werkstätte die elektrische Beleuchtung ein. Die Ausführung der Anlage übernahm die Firma
Siemens \& Halske
. Die Anlage besteht aus einer Wechselstrom-Maschine mit ihrer Erreger- Maschine und vier Differentiallampen. Als Motor dient das oberschlächtige Wasserrad (von 6 Meter Durchmesser und 1½ Meter Radbreite), welches tagsüber den Antrieb einer großen Rohschienen- und Zaggelkaltscheere besorgt. Ein doppeltes Vorgelege und entsprechende Leer-
Fig. 539.
Elektrisch beleuchtete Grube im Salzwerke zu Maros-Ujv
á
r in Ungarn.
scheiben gestatten, die Kraft des Wasserrades auf die Lichtmaschinen oder auf die Werkmaschinen zu übertragen. Von den vier Lampen sind zwei in einem Abstande von 15 Meter, 5 Meter hoch, über dem Einschlägerraum angebracht, während die übrigen die Reparaturwerkstätte beleuchten. Die Lampen sind sämmtlich mit Weißblechschirmen versehen und können gleichzeitig alle oder auch nur zwei betrieben werden, ohne den Maschinengang zu verändern; dies wird bewirkt durch Einschalten von Ausgleichswiderständen in den Stromkreis der Erregermaschine. Die Lampenkohlen haben einen Durchmesser von 10 Millimeter, eine Länge von 200 Milli- meter und brenuen fünf Stunden; eine Glasseele im Innern der Kohlen compensirt den bläulich-violetten Ton des Lichtes. Die Anlage functionirte bereits zwei Winter ohne irgend welchen Anstand.
Ein Beispiel für die elektrische Beleuchtung eines Tagbaues bieten die
Kupferminen von Rio Tinto
(Provinz Huelva in Spanien), von welchen
„La lumière électrique“
die in Fig. 540 wiedergegebene perspectivische Ansicht brachte. Der Hügel, auf welchem sich die Kupferlager befinden, ist aus stark geneigten Bänken oder Abhängen zusammengesetzt. Die tiefste Ausweitung dieser Bänke beträgt 106 Meter. Die Beleuchtungsanlage wurde von dem Londoner Hause
Siemens
ausgeführt. Von den Maschinen, welche in dem am Horizonte links sichtbaren Maschinenhause aufgestellt sind, werden die Leitungen auf Holzpfosten fort- geführt, die in entsprechenden Entfernungen von einander so aufgestellt sind, daß sie die Arbeiter nicht hindern. Die Lampen sind größtentheils mit mächtigen Reflectoren versehen, durch welche das Licht concentrirt und den Abbauorten zugesandt wird. Einzelne Lampen brennen auch ohne Reflector und dienen zur Beleuchtung größerer Flächen, andere erhellen die Werkstätten oder werden je nach Bedarf in Thätigkeit gesetzt.
Einer umfangreichen Anwendung erfreut sich die elektrische Beleuchtung im Grubenbetriebe des
Mechernicher Bergwerks-Actien-Vereins
. Der Grubenbetrieb besteht hier zum Theile aus Tagbau, zum Theile aus unterirdischem Pfeiler- und Firstenbau. Mit der Ein- führung der elektrischen Beleuchtung daselbst wurde nicht nur eine Förderung der Arbeit, sondern auch eine Sicherung der Arbeiter bezweckt und erreicht. In dem zuerst beleuchteten Tagbaue werden nämlich täglich 400 bis 500 Sprengschüsse abgefeuert, während die Nacht fast nur zur Förderung des losgesprengten Gesteines benützt wird. Trotzdem nun den Berg- leuten strenge befohlen ist, vor Verlassen ihrer Arbeitsschicht das losgebrochene Gestein zur nächsten Förderbahn herabrollen zu machen, damit die Arbeiter der folgenden Schicht nicht vom herabfallenden Gestein getroffen werden können, wird diese Arbeit doch häufig unterlassen, weil eben der schlechten Beleuchtung wegen eine Controle durch das Aufsichtspersonale nicht möglich ist. Der in Rede stehende Tagbau, der östliche der Gesellschaft, besteht aus einer Weitung, die am oberen Rande eine Länge von 650 und eine Breite von 340 Meter hat, während ihre Tiefe 104 Meter beträgt. Der Sprengungen wegen konnte man die Lampen nicht direct vor Ort anbringen, sondern mußte die Abbaustellen vom oberen Rande aus durch Lampen mit Reflectoren beleuchten. Die Installation wurde von der Firma
Siemens \& Halske
ausgeführt und im December 1881 in Betrieb gesetzt. Die Anlage besteht aus zwei Lampen
à
3000 Normalkerzen, ausgerüstet mit ovalen Spiegeln; die Ströme liefern zwei Siemens’sche dynamoelektrische Maschinen, welche in einem von der Grube 500 Meter weit entfernten Gebäude aufgestellt sind und, wenn nöthig, durch eine dritte ersetzt werden können. Den Antrieb erhalten die Lichtmaschinen durch eine eigens hiefür bestimmte Dampfmaschine. Doch kann auch diese durch eine noch zu anderen Zwecken dienende Dampfmaschine ersetzt werden. Auch die Lampenstationen haben doppelte Apparate. Die absolute Sicherstellung der Function der Anlage ist durch den Umstand geboten, daß selbst eine kurze Unterbrechung der Beleuchtung für Bergleute und Pferde gefährlich werden kann.
Nach Angaben der Gesellschaft sind die mit dem elektrischen Lichte erzielten Resultate vollkommen zufriedenstellend und wurde auch finanziell ein günstiges Ergebniß erreicht. Die Betriebs- und Bedienungskosten nebst Zinsen und Amortisation, zu 15 % gerechnet, stellen sich per Stunde zu 1 Mark 85 Pfennig. Hierdurch wurden 89 Petroleumlampen und 12 bis 15 Oellaternen ersetzt, die mit Bedienung und Reparatur auf 2 Mark 39 Pfennig zu stehen kamen; somit ist durch die Einführung der elektrischen Beleuchtung eine Ersparung von 54 Pfennig per Stunde erzielt.
Diese günstigen Ergebnisse veranlaßten einen ausgedehnteren Gebrauch des elektrischen Lichtes, und zwar beim unter irdischen Betriebe. Diese Anlage besteht aus einer Wechselstrom Maschine sammt ihrer Erregermaschine und 10 Lampen
à
350 Normalkerzen. Die Licht- und Dampfmaschine ist, wie der Vertreter der Firma Siemens \& Halske, J.
Böddinghaus
, welcher die Anlagen installirte, berichtet, über Tag in dem Maschinenhause der Wasserhaltungs- maschine auf Virginia aufgestellt. Die Leitung geht von hier aus durch einen Wetterschacht bis zu einer Tiefe von 90 Meter auf die erste Sohle des Bergwerkes, führt eine Strecke über diese und geht dann durch ein Gesenk auf die zweite Sohle, von da aus auf die dritte und von dieser zurück zum Ventilationsschacht. In der Hauptleitung ist Bleikabel in An- wendung gekommen. Da des Sprengens wegen die Lampen zeitweise entfernt werden müssen, bestehen die Leitungen zwischen ihnen und dem Kabel aus beweglicher, mittelst Guttapercha
Fig. 540.
Elektrische Beleuchtung der Kupferminen von Rio-Tinto.
isolirter Kupferlitze. Die Gesammtleitung ist nahezu 3000 Meter lang. Eine weitere Anlage zu 10 Lampen, gleichfalls für den unterirdischen Betrieb, ist in Auftrag gegeben. Ferner dienen nenn Differentiallampen zur Beleuchtung der inneren und äußeren Räume einer Bleihütte.
Die Anwendung des elektrischen Lichtes im Eisenbahnwesen
hat sich in kürzester Zeit so vortheilhaft erwiesen, daß gegenwärtig schon beinahe alle größeren Bahnhöfe elektrische Beleuchtungsanlagen besitzen. Die Beleuchtungsanlage des neuen
Centralbahnhofes zu Straßburg
dürfte wohl die größte derartige Anlage bilden. Im Jahre 1880, als dieser Bahnhof noch im Baue begriffen war, ließ die Generaldirection der Reichseisenbahnen von Elsaß-Lothringen bereits Ver- suche mit Wechselstrom-Maschinen und Differentiallampen von Siemens im alten Bahnhofe anstellen. Diese Versuche erstreckten sich zunächst auf die Perrons und Rangirgeleise, wurden aber, nachdem hier günstige Resultate erzielt waren, auch auf die Wartesäle, Restauration, das Vestibül und die Güter- und Eilgutschuppen aus- gedehnt. Ferner wurde nach der Pariser Ausstellung im Jahre 1881 auch das Glühlicht (System Edison) in die Versuche einbezogen. Das Resultat, welches mit diesen Probeanlagen erzielt wurde, war ein ungemein günstiges und veranlaßte die Generaldirection, das elektrische Licht unter gänzlicher Verzichtleistung auf die Gas- beleuchtung im neuen Bahnhofe einzuführen.
Beim Entwerfen des Planes für die Beleuchtungsanlage ergab sich ein Bedarf von 60 Bogenlichtlampen für den Vorplatz, das Vestibül, die Hauptwartesäle mit Restauration, sämmtliche Perronhallen, Güter-, Zoll- und Eilgutschuppen und sämmtliche Geleise; ferner von 400 Glühlichtlampen für die übrigen Räume des Stationsgebäudes, die Tunnels, Perron-Wartesäle, Toiletten, Postanbau u. s. w. und von 800 Lampen für das neben dem Stationsgebäude errichtete Verwaltungs- gebäude. Die Installirung dieser Anlage wurde der „Elsässischen Elektricitäts- gesellschaft“ (
Ungerer \& Schulze
) übertragen. Die Maschinen, Lampen, Leitungen ꝛc. für das Bogenlicht lieferten
Siemens \& Halske
, für das Glühlicht die genannte Gesellschaft. Die Lieferung und Aufstellung der Dampfmaschinen und Kesseln über- nahm die Maschinenfabrik
Carlsruhe
in Carlsruhe. Die Eröffnung des neuen Bahnhofes erfolgte im August 1883. Die Lage der einzelnen Baulichkeiten und der Geleise, sowie auch die Vertheilung der Bogenlichtlampen ist aus der Plan- skizze Fig. 541 zu ersehen.
Die Maschinenanlage
ist in einem leichten Fachwerkbau, der durch eine Zwischen- wand in zwei Räume getheilt wurde, untergebracht. In der einen Abtheilung sind fünf Röhren- kessel (Locomotiv-Construction) aufgestellt, welche den Dampf für die Maschinen und auch für die Dampfheizung des Verwaltungsgebäudes liefern. Sie bedürfen zur Erzeugung einer Pferdekraft 1·7 Kilogramm Saarkohlen zweiter Sorte und erfordern zu ihrer Anheizung 40 Minuten. Ein für alle Kesseln gemeinschaftliches Dampfrohr führt in den zweiten Raum des Maschinenhauses, in welchem die Dampf- und Lichtmaschinen aufgestellt sind. Hier zweigen auch die Dampfleitungen für die einzelnen Maschinen und die Dampfleitung ab. Der Maschinenraum ist durch einen Mittelgang der Länge nach abermals in zwei Theile getheilt. Auf der einen Seite sind 14 Gleichstrom-Maschinen von Siemens, zum Betriebe der 60 Bogenlichter, aufgestellt, auf der anderen Seite stehen gegenwärtig drei Edison-Maschinen für je 250 Lampen
à
16 Normalkerzen und eine Maschine für 450 solcher Lampen. Auf jeder Seite stehen drei Compound-Maschinen
à
45 Pferdekraft bei 150 Touren in der Minute. Die zwei Schwungräder jeder dieser Maschinen haben Durchmesser von 2·2 Meter, dienen gleich- zeitig als Riemscheiben und übertragen ihre Kraft durch 200 Millimeter breite Lederriemen auf die entsprechenden Riemscheiben der Transmission; der Durchmesser dieser Scheiben beträgt 1·1 Meter, jener der Transmissionswellen 80 Milimeter. Das Ausrücken der Dampfmaschinen ist durch Leerscheiben auf der Transmission und durch eine entsprechende Breite der Dampf- maschinen-Riemscheiben ermöglicht; Schraubenkupplungen gestatten auch, jede Dampfmaschine
Fig. 541.
Planskizze des neuen Centralbahnhofes zu Straßburg.
mit dem zu ihr gehörigen Theile der Transmission allein laufen zu lassen. Den Strom für die 60 Bogenlichter liefern, wie bereits erwähnt, Siemens’sche Gleichstrom-Maschinen, und zwar je eine Maschine für fünf Lampen (zu neun Amp
è
res und ca. 45 Volts). Zwei solche Maschinen dienen als Reserve. Die Maschinen erhalten durch 90 Millimeter breite Lederriemen von der Transmission ihre Bewegung und sind zur Erhaltung der richtigen Riemenspannung auf Gleit- schienen beweglich montirt. Sämmtliche Maschinen sind durch unterirdische Leitungen mit einem Generalumschalter verbunden, von welchem aus die Leitungen zu den einzelnen Lampenkreisen gehen. Die Schaltung ist aus der in Fig. 542 für 5 Maschinen und 25 Lampen entworfenen Skizze zu entnehmen. Die positiven Schleifbürsten der Maschinen sind mit den Metallschienen 1 bis 5 des Generalumschalters +, die negativen Schleifbürsten mit den Metallschienen 1 bis 5 des Generalumschalters — verbunden. Die diese Metallschienen unter rechten Winkeln kreuzenden Metallschienen sind von den ersteren isolirt und stehen mit den entsprechenden Polen der Lampenkreise in Verbindung. Je zwei sich kreuzende Schienen können durch Einsetzen eines Metallstöpsels an ihrer Kreuzungsstelle leitend miteinander verbunden werden. Diese Anord- nung erlaubt die Verbindung jedes beliebigen Lampenkreises mit jeder beliebigen Maschine. Wollte man z. B. die Lampen des Stromkreises
B
durch die Maschine 4 mit Strom versehen, so hätte man im Generalumschalter + an der Kreuzungsstelle der Schienen
B
und 4 einen Stöpsel einzusetzen und dasselbe an derselben Stelle des Generalumschalters — auszuführen.
Die
Leitungen
sind sämmtlich unterirdisch geführt, aber verschieden für Bogenlicht und Glühlicht. Zu den Leitungen für ersteres, dessen einzelne Kreise bis zu 1900 Meter lang
Fig. 542.
Schaltungs-Schema.
sind, ist überall Siemens’sches Patentkabel verwendet worden. Dieses besteht aus einer Kupfer- ader (von 2·5 bis 4·1 Millimeter Dicke), welche zunächst mit einer getränkten Juteumspinnung umgeben ist, über die ein Bleirohr gezogen ist, welches eine asphaltirte Juteumspinnung besitzt, worauf eine Eisendrahtumspinnung zum Schutze gegen äußerliche Verletzung und schließlich abermals eine asphaltirte Juteumspinnung folgt. Die Länge sämmtlicher Kabel beträgt 13.000 Meter. Die zur Speisung der Glühlichtlampen dienenden Ströme gehen zunächst durch einen Handregulator zur Erhaltung constanter Klemmspannung und werden dann in den schon weiter oben beschriebenen Edison’schen Leitungen (mit Gesammtkupferquerschnitten von 66 bis 888 Quadratmillimeter) den Glühlichtlampen zugeführt.
Die
Lampen
für das Bogenlicht sind Siemens’sche Differentiallampen für gleich- gerichtete Ströme mit Kohlen von 11 Millimeter Durchmesser bei 380, beziehungsweise 200 Millimeter Länge; die Brenndauer derselben beträgt 10 bis 11 Stunden. Die Vertheilung der Bogenlichtlampen ist aus Fig. 541 zu ersehen. Für die Lampen des Vorplatzes sind Laternen in der durch Fig. 543 dargestellten Form in Verwendung; in den Stationsgebäuden und in den Perrons sind sogenannte Salongehänge (Fig. 544) mit ausbalancirten Flaschen- zügen zum bequemen Auf- und Ablassen angebracht, während in den Zoll- Güter- und Eil- guthallen einfache, gußeiserne (Fabriks-) Gehänge zur Anwendung gelangten. Die Lampen für Geleisebeleuchtung bestehen aus sechsseitigen Laternen und diese werden durch eigens construirte umlegbare Masten getragen Sämmtliche Laternen der Geleisebeleuchtung haben gewöhnliches Fensterglas, die Laternen des Vorplatzes Mattglas und die übrigen Lampen Alabasterglas- kugeln von 40 bis 50 Centimeter Durchmesser. Der Brennpunkt der Lampen auf dem Vor- platze befindet sich 5·5 Meter über dem Boden, im Vestibül 10 Meter (bei 20 Meter Raum- höhe), in den Wartsälen 6·5 Meter (bei 10 Meter Raumhöhe), in der Perronhalle im Mittel
Fig. 543.
Laterne für elek- trisches Bogenlicht.
Fig. 544.
Siemens-Lampe mit Aufhänge-Vorrichtung.
6·75 Meter, in den Seitenhallen 4 Meter, in den Güter- und Eilgut- hallen 5 Meter, in den Zollhallen 3·3 Meter und endlich bei der Geleise- beleuchtung 8·5 Meter (bei 100 Meter Entfernung der einzelnen Lampen voneinander) über dem Boden. Die Lampenträger für die Edison-Glüh- lichter lieferten
Schäfer \& Hausch- ner
, theilweise in sehr luxuriöser Ausstattung. Zum Theile besitzen einzelne derselben Ausschalter, zum Theile sind für ganze Lampengruppen an entsprechenden Stellen Ausschalter angeordnet. Sämmtliche Glühlicht- lampen sind für dieselbe Klemm- spannung construirt und geben theils 16, theils 10 Normalkerzen. Letztere dienen in Bureaux, Toiletten u. s. w., die Lampen zu 16 Kerzen für öffent- liche Raumbeleuchtung. Es läßt sich jetzt schon sagen, daß die für 800 Brennstunden garantirte Dauer der Lampen in Wirklichkeit eine bedeutend größere sein wird.
Der Betrieb der ganzen An- lage ist ein vollkommen regelmäßiger und der damit erzielte Effect ein sehr befriedigender. Die Reisenden wie auch die Beamten sprechen sich hierüber gleich lobend aus.
Die elektrische Beleuchtung von Bahnhöfen bildet jedoch nicht die einzige Anwendung, für welche sich das elektrische Licht im Eisenbahnwesen eignen würde; die Anwendungen können sich vielmehr auch auf das rollende Material erstrecken. Wir erinnern uns, eine Lampe kennen gelernt zu haben, welche als für Loco- motiv- und Schiffsbeleuchtung besonders geeignet bezeichnet wurde. Es ist dies die
Loco- motivlampe
von
Sedlaczek- Wikulill
(Seite 681). Diese Lampe wird mit einem Reflector versehen, in eine Laterne, die am Schornsteine der Locomotive befestigt ist, eingesetzt. Die Laterne ist vorne durch Glimmerplatten gegen den Luft- zug geschützt und ein hinter den Glimmerplatten angebrachtes Gitter, aus einigen Eisenstäben bestehend, verleiht ersteren hinreichende Festigkeit. Die Laterne kann vom Standpunkte des Locomotivführers aus seitlich gedreht werden, um beim Befahren von Curven auch diese zu beleuchten. Bei einer Lichtstärke von 4000 Normal- kerzen erhellt sie die Strecke ein bis zwei Kilometer weit, läßt Signale auf sehr bedeutende Entfernungen vollkommen scharf und deutlich erkennen, beeinflußt die Farben der Signallichter absolut nicht und brennt trotz der heftigen Stöße, die sie auf der Locomotive erleiden muß, vollkommen ruhig. Den Strom für die Lampe liefert eine
Schuckert’
sche Flachringmaschine, welche von einer Brotherhood’schen Dampfmaschine in Bewegung gesetzt wird; letztere bezieht ihren Dampf aus dem Kessel der Locomotive und ist mit der Lichtmaschine durch directe Kupplung ver- bunden. Die Lichtmaschine ist sammt der Dampfmaschine entweder hinter dem Schornsteine auf dem Dampfkessel der Locomotive oder auf dem Gestelle derselben montirt. Letztere Anordnung zeigt Fig. 545.
Fig. 545.
Locomotive mit Sedlaczek’s Lampe.
„Von großem Vortheile,“ schreibt Oberingenieur M.
Pollitzer
in seinem Berichte über die Wiener elektrische Ausstellung, „ist eine solche Beleuchtungseinrichtung für Tunnel- Untersuchungen und deren Reparatur, für Truppeneinwaggonirungen zur Nachtzeit, bei dringenden Nachtarbeiten auf und an der Bahn, bei Verkehrsstörungen und Hilfsfahrten ꝛc.; nebenbei ist dies die billigste elektrische Beleuchtungsart, welche bisher existirt, sie entbehrt die separate Dampferzeugung und deren gesetzlich vorgeschriebenen Maschinenwärter, weil hier der überschüssige Dampf der Locomotive und der Locomotivführer zur Verfügung stehen, ohne daß Letzterer von seiner eigentlichen Bestimmung abgelenkt werden würde, da sich seine Arbeit nur auf die Einsetzung der Kohlenstäbe und Füllung der Schmiervasen beschränkt.“
Schließlich hätten wir uns noch mit der Beleuchtung der Personenwagen durch Glühlicht zu beschäftigen. Wir wollen jedoch auf ein näheres Eingehen hierauf verzichten, da diesbezügliche Versuche zwar schon häufig und mannigfach angestellt wurden, aber noch kein befriedigendes Resultat ergeben haben. Die Schwierigkeit der Lösung dieses Problems liegt hauptsächlich darin, daß die Beleuchtung jedes Wagens unabhängig sein muß von der Beleuchtung der übrigen Wagen.
Die Anwendungen des elektrischen Lichtes im Seewesen
erstrecken sich bis nunzu auf Leuchtthürme, Schiffe mit elektrischer Innen- und Außenbeleuchtung, Häfen, Docks u. dgl. Was zunächst die
Leuchtthürme
anbelangt, so ist zu bemerken, daß die Anwendung solcher, beziehungsweise Leuchtfeuer, uralt ist; schon
Homer
erwähnt ihrer. In ältesten Zeiten wurde das Feuer durch Holz unter- halten, später durch Kohlen, dann benützte man Oel, auch Magnesium und Drum- mond’sches Kalklicht sowie auch Leuchtgas. Wie wir wissen, kann durch keine Methode so helles und glänzendes Licht erzeugt werden wie durch den Voltabogen. Es kann daher nicht wundernehmen, daß man bald versuchte, das elektrische Licht auch auf Leuchtthürmen anzuwenden. In der That wurden auch bereits im Jahre 1857 auf Anregung und unter der Leitung
Faraday’s
auf dem Leuchtthurme
Black- wall
mit einer Maschine von Holmes (erstes Modell) diesbezügliche Versuche durchgeführt; sie fanden ihre Fortsetzung im Jahre 1858 auf
South-Foreland
und im Jahre 1862 auf
Dungeneß
, wo das elektrische Licht 13 Jahre lang installirt blieb. Die Ergebnisse dieser Versuche waren, entsprechend dem damaligen Entwicklungsstande der elektrischen Maschinen und Lampen, keine sehr günstigen. Die Erfolge, welche die Alliance-Maschine errang, waren erst wieder im Stande, neuer- dings die Aufmerksamkeit auf das elektrische Licht zu lenken. Diese Maschine wurde unter Anderem auf dem Leuchthurme
la H
è
ve
im Hafen von Havre (1863) benützt und veranlaßte durch ihre befriedigenden Leistungen zu neuerlichen Studien und Ver- suchen; es folgte die Installirung des elektrischen Lichtes auf den Leuchtthürmen von Gris-Nez und Odessa im Jahre 1866, auf South-Foreland im Jahre 1872, auf Cap Lizard (mit Maschinen von Siemens) 1878 u. s. w.
Die Leuchtthürme unterscheiden sich voneinander nicht nur durch die Stärke ihres Leuchtfeuers, sondern auch durch die Art der Entfaltung ihrer Leuchtkraft. In Bezug auf die Stärke des Leuchtfeuers unterscheidet man Leuchtthürme erster, zweiter, dritter u. s. w. Ordnung und benützt z. B. Leuchtthürme erster Ordnung, also mit größtem Leuchtfeuer, an besonders wichtigen Küstenpunkten oder Inseln. Andererseits verlangt man von einem Leuchtthurme in einem Falle, daß er sein Licht nach allen Richtungen im Kreise herum ausstrahlt, in anderen Fällen, daß er nur drei Viertel, zwei Drittel u. s. w. des Horizontes beleuchtet. Hiernach unterscheidet man Leuchtthürme mit ganzem, Zweidrittel-Horizont u. s. w. Dem Schiffer genügt es aber in vielen Fällen nicht, überhaupt Licht zu sehen, er muß auch die einzelnen Leuchtthürme, die in verhältnißmäßig geringer Entfernung von- einander stehen, unterscheiden können. Dies bewirkt man durch die Art, in welcher die Strahlen nach bestimmten Richtungen gesandt werden. So unterscheidet man in der deutschen Marine folgende Leuchtfeuer:
festes Feuer
, weiß oder gefärbt, aber ununterbrochen und von gleichbleibender Intensität;
festes Feuer mit Blinken
, d. h. ein festes Feuer, welches in festgesetzten Zwischenräumen weiße oder rothe Blitze giebt und vor und nach diesen auf kurze Zeit unsichtbar wird;
Wechselfeuer
, ein abwechselnd rothes und weißes Feuer ohne Verdunklung;
Dreh- feuer
, steigt allmählich zur höchsten Intensität und nimmt ebenso wieder ab, und zwar in regelmäßigen Zeiträumen; das
Blinkfeuer
giebt 1 bis 5 Blinken in der Minute; das
Funkelfeuer
zeigt deren mehr;
unterbrochenes Feuer
dauert einige Zeit an, verschwindet dann plötzlich und wird nach einer bestimmten Zeit ebenso plötzlich wieder sichtbar. Wichtig ist auch die
Tragweite
eines Leuchtthurmes, d. h. die Entfernung, in welcher sein Leuchtfeuer vom Meere aus sichtbar ist. Die Tragweite hängt ab von der Intensität des Feuers, der Höhe desselben über dem Meeresspiegel und von der Durchsichtigkeit der Atmosphäre. Die Tragweite wird sehr bedeutend verringert durch Nebel; dieser vermindert die Tragweite einer Licht- quelle umso mehr, je reicher letztere an violetten im Verhältnisse zu den rothen Strahlen ist. Da nun das elektrische Licht reicher an violetten Strahlen ist als das Licht der Oellampen, so wird auch ersteres verhältnißmäßig stärker geschwächt. Vom praktischen Standpunkte aus spricht dies aber für Seeleuchten nicht zu Ungunsten des elektrischen Lichtes, da dessen dem Oellichte bedeutend überlegene
Gesammt
- Intensität auch unter allen Umständen ersterem eine erheblich überlegene Trag- weite sichert.
Wir erwähnten oben der verschiedenen Arten der Lichtentsendung und wollen nun die hierzu angewandten Mittel kennen lernen. In früherer Zeit bediente man sich hierzu der Hohlspiegel, welche den concentrirten Lichtstrahl in die gewünschte Richtung sandten. Man ging jedoch bald hiervon ab, da die Erfahrung zeigte, daß solche Metallspiegel unter dem Einflusse der Atmosphäre in verhältnißmäßig kurzer Zeit erblinden. An Stelle dieser katoptri- schen Apparate sind daher gegenwärtig aus- schließlich dioptrische Beleuchtungsapparate in Verwendung, d. h. Apparate, die aus Glas- linsen und Prismen zusammengesetzt sind, und zwar in der Weise, wie es der berühmte Physiker
Fresnel
zuerst lehrte. Der Fresnel’sche Apparat, dessen Größe von der Lichtstärke der dazu gehörigen Lampe und von seiner speciellen Bestimmung abhängt, besteht aus einer Anzahl kreisförmig angeordneter Glaslinsen und Pris- men (Gürtellinsen und Prismenringen). Diese umgeben die Lampe nach allen Seiten und werden in ihrer gegenseitigen Lage zueinander durch Metallfassungen festgehalten. Derartige Apparate wurden früher fast ausschließlich von der Firma
Sautter-Lemonnier \& Cie
. verfertigt, während neuerer Zeit auch die Firma E.
Kraft \& Sohn
in Wien sich damit beschäftigt. Die letztgenannte Firma hat bereits für mehrere österreichische Seeleuchten die Apparate, welche von der Pariser Construction etwas abweichen, geliefert.
Fig. 546 stellt den optischen Apparat dar, welcher von der Pariser Firma für den
Leuchtthurm auf der Insel Razza
(Bai von Rio Janeiro) geliefert wurde. Das Leucht- feuer dieses Thurmes ist ein Blinkfeuer, be- stehend aus zweimal Weiß und einmal Roth mit 15 Secunden Intervallen. Unterhalb der Laterne, welche einen Durchmesser von 3·5 Meter besitzt, befindet sich der Motor, der das Drehen des Leuchtfeuers zu bewerkstelligen hat. Er
Fig. 546.
Optischer Apparat des Leuchtthurmes.
überträgt seine Bewegung durch das Rohr
p p
und entsprechend angebrachte Zahnräder. Durch den Hebel bei
A
kann der optische Apparat, wenn nöthig, ausgerückt, also in seiner Drehung gehemmt werden. Die Schrauben
G
dienen zur Centrirung des Apparates. Da das Licht eines Leuchtthurmes absolut nicht versagen darf, sind dementsprechend sowohl bei den elektrischen und Dampfmaschinen, als auch bei den Lampen entsprechende Vorsichtsmaßregeln getroffen. Sollte die elektrische Lampe versagen, so kann sie in einfacher und rascher Weise durch eine Reservelampe ersetzt werden. Das Lampenplateau ist nämlich um eine verticale Axe derart drehbar, daß, wie die Figur deutlich zeigt, durch eine Drehung um diese Axe die linksseitige Lampe an Stelle der unbrauchbar gewordenen gebracht werden kann. Um allen Eventualitäten vorzubeugen, ist überdies noch eine Oellampe auf einem seitlichen Träger angebracht, der ebenfalls durch eine einfache Drehung die Lampe an die richtige Stelle zu bringen gestattet. (Die Oellampe ist in die Figur punktirt eingezeichnet.)
Den elektrischen Strom für das Leuchtfeuer liefern zwei Gramme’sche Gleichstrom- Maschinen, von welchen jedoch eine zum normalen Betriebe genügt und die zweite nur als Reserve dient. Als Motoren werden zwei zehnpferdige Dampfmaschinen von Chaligny benützt. Auf den französischen Seeleuchten standen früher und stehen theilweise heute noch Alliance- Maschinen in Verwendung, während man gegenwärtig magnetelektrische Maschinen von
M
é
ritens
vorzieht. Man glaubte früher überhaupt nur Wechselstrom-Maschinen vortheilhaft benützen zu können, wegen der Anwendung der optischen Apparate, für welche man die Gleich- stromlichter wegen ihrer der Haupsache nach mehr einseitigen Lichtstrahlung als ungeeignet erachtete; der Leuchthurm auf der Insel Razza widerlegte jedoch diese Ansicht. Die Regulatoren, welche in Frankreich zur Anwendung gelangen, sind
Serrin
’sche Lampen (großes Modell).
Die
Leuchtthürme von la H
è
ve
stehen auf einem hohen Felsen des Caps gleichen Namens und besitzen daher selbst eine verhältnißmäßig geringe Höhe, während der Leuchtthurm von Planier (acht Seemeilen vom Hafen von Marseille) 60 Meter hoch ist. Die beiden erst- genannten Leuchtthürme sind vierseitige Thürme, welche beiläufig 60 Meter voneinander ent- fernt stehen. Zwischen ihnen befindet sich ein Gebäude, welches den Maschinenraum und die Wohnungen für die Wächter enthält Im Maschinenraume stehen vier Alliance-Maschinen, von welchen je zwei für das Leuchtfeuer eines Thurmes bestimmt sind. Zum normalen Betriebe genügt jedoch je eine Maschine, indeß die zweiten als Reserve dienen. Ein einfacher Umschalter gestattet, den Strom der einen oder anderen oder auch beider Maschinen der Lampe eines Thurmes zuzuführen. Die gleichzeitige Benützung beider Maschinen erfolgt, wenn große Stürme die Erhöhung der Leuchtkraft nothwendig machen. Jeder Leuchtthurm ist, übrigens wie sich herausgestellt hat, mit unnöthiger Vorsicht, mit vier Lampen versehen. Der optische Apparat besteht nämlich aus zwei unmittelbar übereinander befindlichen Etagen und für jede derselben stehen zwei Lampen zur Verfügung. In jeder Etage laufen unter einem spitzen Winkel zwei Geleise zusammen, auf welchen die Lampen eingeführt werden können. Man kann also entweder die eine Lampe einer Etage durch die zweite Lampe derselben Etage in kürzester Zeit ersetzen oder auch die Lampe einer Etage durch die Lampe der anderen Etage. Fig. 547 soll den Anblick dieser Leuchtthürme bei Nacht wiedergeben.
Einer allgemeinen Anwendung geht das
elektrische Licht auf Schiffen
entgegen; abgesehen davon, daß sämmtliche Kriegsmarinen mit elektrischen Beleuch- tungsanlagen bereits ausgerüstet sind, besitzen gegenwärtig auch schon viele Schiffe der Handels- und Verkehrsflotten derartige Einrichtungen. Die Anwendung des elektrischen Lichtes kann in zweifacher Weise erfolgen, nämlich als Innenbords- Beleuchtung oder als kräftiges Außenlicht. Letzteres erhellt die Fahrbahn, ermöglicht dadurch die Einfahrt in schlecht markirte oder weniger bekannte Häfen auch bei Nacht, erleichtert die Arbeiten über Deck, was namentlich bei einer etwaigen Stran- dung in der Nacht viele Menschenleben retten kann und verhindert vermöge seiner bedeu- tenden Leuchtkraft Zusammenstöße von Schiffen. S.
Trott
, Capitän des Dampf- schiffes „Faraday“, erzählt in einem im Jahre 1876 in der „
Times
“ erschienenen Berichte ein bezüglich des letzterwähnten Umstandes interessantes Erlebniß. Trott commandirte einst das genannte mit einem starken elektrischen Lichte versehene Schiff auf einer Reise von New-York nach London, als er in der Nähe der St. George Bank (an der amerikanischen Küste) am 18. Juli 1876 um 10 Uhr 30 Minuten Nachmittags während eines dichten Nebels plötzlich den Ton einer Glocke vernahm, die nahe vor dem Schiffe wüthend geläutet wurde. „Wir hielten sofort unsere Maschinen an,“ berichtet Trott, „und ich befahl, annehmend, es sei ein Fischer, der vor Anker liege, das Ruder Backbord zu legen. Im selben Momente fiel unser starkes Licht auf die Segel eines großen Schiffes, welches unseren Bug südwärts kreuzte. Es war nur durch diese zweite Warnung, durch die wir die Richtung, in der das Schiff steuerte. bestimmt sahen und dadurch, daß wir schleunigst Mittel
Fig. 547.
Leuchtthürme von La H
è
ve
ergriffen, um unseren Curs zu ändern, indem wir unser Ruder Steuerbord legten, unsere Steuerbordmaschine voll Dampf vorwärts und die Backbordmaschine voll Dampf rückwärts setzten, möglich, daß wir bei nur einigen Fuß klar an dem Schiffe vor-
Urbanitzky
: Elektricität. 48
beikamen. … Zweifellos würde der Verlust an Menschenleben groß gewesen sein, da das Schiff voller Passagiere war; das Geschrei der Weiber und Kinder werde ich sobald nicht vergessen.“
Daß bei Nebelwetter die gegenwärtig vorgeschriebene Signalisirung der Schiffe vollkommen unzulänglich ist, zeigt
Wächter
(in „Die Anwendungen der Elektricität für militärische Zwecke“) in nachstehender Weise. Gegenwärtig sind vor- geschrieben: ein helles weißes Licht an dem Fockmaste in einer Höhe von 6 Metern, welches bei dunkler Nacht und klarer Luft auf 5 Seemeilen sichtbar sein muß; ein grünes Licht an der Steuerbordseite (rechts) und ein rothes Licht an der Backbord- seite (links), welch letztere beiden auf zwei Seemeilen (2 × 1609 Meter) weit sichtbar sein sollen, klare Luft vorausgesetzt. Die großen Dampfer fahren aber mit einer Geschwindigkeit von 12 Knoten per Stunde (5·3 Meter per Secunde). Es sind daher von dem Momente des Erblickens zweier sich mit gleicher Geschwindigkeit begegnender Schiffe bis zum Momente des Zusammentreffens nur 5 Minuten Zeit zum Ausweichen gegeben. Bei Nebel dagegen, wo die Sichtbarkeit der Lampen unter Umständen kaum auf 100 Meter reicht, wären bei gleicher Fahrgeschwindig- keit nur 10 Secunden Zeit zum Ausweichen gegeben, eine viel zu kurze Spanne Zeit, um einem Unglücksfalle vorzubeugen.
Hier kann das elektrische Licht Abhilfe schaffen, da es bei hinlänglicher Stärke auf viel größere Entfernungen hin sichtbar ist. Hierbei darf aber nicht übersehen werden, daß ein kräftiges Licht hauptsächlich bei Nebel wirken muß. Vergleicht man das elektrische Licht mit dem Oellichte, so zeigt sich letzteres bezüglich seines Reich- thumes an rothen Strahlen dem ersteren bedeutend überlegen. Nun wissen wir aber, daß der Nebel vorzugsweise nur rothe Strahlen durchdringen läßt — er- scheint ja selbst die Sonne durch Nebel gesehen roth — folglich muß das elektrische Licht bedeutend heller sein, als das Oellicht, wenn es bei Nacht ebenso weit sichtbar sein soll. Vielfache Versuche haben gelehrt, daß bei Nebel erst ein drei- bis fünf- mal helleres elektrisches Licht als Oellicht mit letzterem gleichweit sichtbar ist. Gegen den Vorschlag, nur das Toplicht durch ein elektrisches Licht von etwa 4000 Nor- malkerzen zu ersetzen, wurden verschiedene Einwendungen erhoben. Die Schiffsleute sollen durch das intensive Toplicht so geblendet werden, daß sie die lichtschwachen Positionslaternen nicht mehr unterscheiden können, was zur Vermeidung von Zu- sammenstößen gerade das Wichtigste ist, weil hierdurch die Bewegungsrichtung des Schiffes erkannt wird. Aus größerer Entfernung kann ein derartiges Toplicht mit dem Lichte eines Leuchtthurmes oder Schiffes verwechselt werden. Wenn von mehreren in Sicht befindlichen Schiffen einzelne elektrisches, andere Oellicht haben, täusche die verschiedene Helligkeit über die Entfernungen. Der letztangeführte Einwand wird wohl im selben Momente hinfällig, als der Gebrauch elektrischer Signallichter ein allgemeiner geworden ist. Die Gefahr einer Verwechslung mit Leuchtfeuern ist leicht dadurch zu verhindern, daß man an Orten, wo eine derartige Verwechs- lung überhaupt möglich ist, keine „festen Feuer“ (vergl. Seite 750) anwendet. Das durch das Blenden erschwerte Erkennen der Positionslaternen kann in ver- schiedener Weise behoben werden. Entweder verwendet man auch für die Positions- laternen elektrisches Licht von entsprechender Lichtstärke oder man beleuchtet gleich- zeitig die eigenen Maste und Bramssegel, wodurch auch die Bewegung des Schiffes kenntlich gemacht werden kann. Dies läßt sich durch geeignete Einrichtung der Projectionslaterne unschwer erreichen. Die elektrische Beleuchtung gewinnt noch sehr an Bedeutung an Bord der
Kriegsschiffe
. Die große Tragweite des elektrischen Lichtes ermöglicht die Beleuchtung jedes beliebigen Ortes aus großer Entfernung
Fig. 548.
Anwendung des elektrischen Lichtes auf Kriegsschiffen.
und dadurch bei Nacht die Beobachtung feindlicher Positionen, die Ueberwachung
48*
des Ufers, erleichtert eine etwaige Landung, gestattet auch bei Nacht feindliche Stellungen zu beschießen und ermöglicht das Austauschen von Signalen auf die größten Entfernungen. Die wichtigste Mission des elektrischen Lichtes wird aber in einem nächsten Kriege wahrscheinlich darin bestehen, die Angriffe der Torpedo- boote abzuwehren.
Die Torpedoboote, welchen jetzt von allen seefahrenden Nationen die größte Aufmerk- samkeit gewidmet wird, sind Fahrzeuge von 30 bis 40 Meter Länge bei circa 2 Meter Breite und einem Tiefgange von weniger als 1 Meter. Ihre Fahrgeschwindigkeit erreicht bis zu 28 Seemeilen pro Stunde. Im Vordertheile des Bootes sind zwei Lancirrohre angebracht, durch welche auf pneumatischem Wege der Fischtorpedo hinausgeschleudert wird. Dieser (z. B. der Whitehead-Offensiv-Fischtorpedo) ist 4·5 Meter lang bei einem größten Durchmesser von 0·356 Meter, der in seinen Abtheilungen alle Apparate für die Fortbewegung, Steuerung, Entladung und Sicherung der Absender eingeschlossen trägt. Er läuft mit einer Geschwindigkeit von 22 Seemeilen und genügt, um mit seiner Ladung von 25 Kilogramm Schießbaumwolle das stärkste Panzerschiff zu zerstören. Bedenkt man nun noch, daß diese kleinen, meist ohne Takelage, mit niedrigem Schornsteine und ohne Rauchentwicklung fahrenden Boote äußerst schwer zu sehen sind, so ist die außergewöhnliche Gefährlichkeit dieser kleinen, hurtigen Feinde leicht einzusehen. Man mußte daher auf Mittel denken, derartige Gefahren abzuwenden. Die anfänglich aufgetauchte Idee, die Schlachtschiffe durch starke Netze, die von einem Spieren- Apparate derart getragen werden, daß sie das Schiff auf eine Entfernung von beiläufig 8 bis 10 Meter umgeben, zu schützen, wird mehr und mehr aufgegeben, da hierdurch die Manövrir- fähigkeit beeinträchtigt wird und eine durch irgend einen Umstand herbeigeführte Unordnung des Netzes zu einer Verwicklung desselben mit der Schraube führen könnte. Nun kann aber ein Torpedo-Angriff nur dann gelingen, wenn es dem Torpedoboote gelingt,
unbemerkt
auf die nothwendige Entfernung an das Schiff heranzukommen; wird es vor der Lancirung des Torpedos bemerkt, so dürfte es wohl in den meisten Fällen verloren sein, da man einerseits bei den kleinen, schnellfahrenden Torpedobooten auf eine Panzerung verzichten muß, andererseits aber die großen Kriegsschiffe gegenwärtig mit Revolvergeschützen ausgerüstet sind, die sich ebenso durch ihre hohe Treffsicherheit als auch durch ihre außerordentliche Feuergeschwindigkeit auszeichnen. Bemerkt also ein Schiff die Annäherung eines Torpedobootes und gelangt dieses in den Feuerbereich des ersteren, so dürfte das Torpedoboot wohl in der Regel in der kürzesten Zeit in den Grund gebohrt werden. Die erste Bedingung einer erfolgreichen Abwehr besteht also in der Sichtbarmachung des Torpebootes; dies kann aber nur ein kräftiges elektrisches Licht vermitteln, welches, mit einem entsprechenden Beleuchtungsapparate ausgestattet, die Wasserfläche im großen Umkreise erhellt. Die Unentbehrlichkeit dieses Vertheidigungsmittels wurde auch bald erkannt und gegenwärtig sind daher auch die österreichische, deutsche, fran- zösische, englische, russische, dänische, spanische und italienische Kriegsmarine mehr oder minder vollständig mit elektrischen Beleuchtungsanlagen ausgerüstet.
Der Installirung der Beleuchtungsanlagen auf Kriegsschiffen gingen vielfältige Probebeleuchtungen mit den verschiedensten Lampen und Maschinen bei den einzelnen Marinen voraus. Die am häufigsten verwendete Lichtmaschine ist die Gramme’sche Gleichstrom-Maschine, nur die deutsche Marine hat Siemens-Maschinen und unlängst erhielt das chinesische Panzerschiff „Ting-Yuen“ eine Schuckert’sche Maschine. In der Regel dienen schnelllaufende Dampfmaschinen, deren Wellen mit den Wellen der Lichtmaschinen direct gekuppelt sind, als Motoren und zwar vorwiegend die Maschinen von Brotherhood, Dolgoroucki und Abraham. Diese Motoren beziehen ihren Dampf aus dem Kessel der Schiffsmaschinen oder besser aus einem eigenen Dampfkessel, weil dann auch das elektrische Licht benützt werden kann, wenn etwa die Schiffskessel nicht in Thätigkeit sind. Was die Lampen anbelangt, so hat man sich ziemlich allgemein für die Anwendung von Handregulatoren entschieden. Es hat dies darin seinen Grund, weil der Mechanismus vieler Lampen entweder bei großen Schwankungen des Schiffes nicht verläßlich ist, oder auch nicht in jeder beliebigen Stellung functioniren kann und weil diese immer mit Projectionsapparaten ausgerüsteten Lichter ohnehin stets einer Bedienung brauchen, um den Lichtstrahl bei den Bewegungen des Schiffes immer in die gewünschte Richtung zu dirigiren; auch ermöglicht der Handregulator viel leichter die Vergrößerung oder Verkleinerung des Lichtbogens je nach Bedarf. Für Signallichter hingegen ist der Handregulator nicht anwendbar, hier würde die Lampe von Sedlaczek-Wikulill sehr gute Dienste leisten.
Die meisten Kriegsmarinen benützen Handlampen von
Sautter, Lemonnier \& Cie
. und Projectoren von
Mangin
. Diese sind in den Figuren 549 und 550 abgebildet. Die
Fig. 549.
Fig. 550.
Handregulator und Projector von Mangin.
Handlampe ist auf einer unter 30 Grad gegen den Horizont geneigten Platte des Metall- gehäuses
g g
angebracht. Diese Stellung ist durch die ungleichmäßige Lichtausstrahlung des durch gleichgerichtete Ströme erzeugten Voltabogens bedingt. Um die Lampe in Thätigkeit zu setzen, bringt man den oberen Kohlenträger
k
durch die Gelenke
m
und
n
in die gewünschte Stellung zur unteren Kohle, verbindet +
p
und —
p
(in der Figur gedeckt) mit den Leitungs- drähten und führt durch Drehen der Doppelschraube
A A
durch das Regulirrad
B
die beiden Kohlen bis zur Berührung gegeneinander. Hierauf dreht man
B
in entgegengesetzter Richtung und bildet dadurch den Voltabogen Die beiden Kohlen müssen sich durch Drehen von
B
stets in entgegengesetzten Richtungen bewegen, weil die Schrauben
A A
mit einander entgegen- gesetzten Gewinden versehen sind. Um den Brennpunkt in constanter Höhe zu erhalten, müssen sich die Gewindehöhen beider Schrauben dem ungleichförmigen Abbrennen der Kohlen ent- sprechend wie 1 : 2 verhalten. Sollte der Brennpunkt dennoch verschoben werden, so kann man durch die Schraube
C
neuerdings die Centrirung bewirken. Das Drehen der Schrauben- muttern
D D'
verhindert die sie durchsetzende Führungsstange
Z Z
.
Mangin
’s Projector besteht aus dieser Handlampe, welche in die gußeiserne, gut ventilirte Trommel eingesetzt wird. Die vom Voltabogen ausgehenden Lichtstrahlen werden durch den Hohlspiegel
A
concentrirt und durch die an der Vorderseite bei
G
angebrachten Glasplatten oder Streuungslinsen hinausgesandt. Der Hohlspiegel
A
ist aus Glas und an seiner convexen Seite versilbert. Der ganze Apparat läßt sich durch Vermittlung zweier Axen in jede beliebige Stellung bringen und durch Anziehen entsprechender Hebel darin fixiren. Befindet sich der Voltabogen
Fig. 551.
Projector von Schuckert.
genau im Brennpunkte des Spie- gels, so sendet der Projector ein fast vollkommen paralleles Licht- büschel aus, verschiebt man jedoch die Lampe in der einen oder andern Richtung, so erzeugt der Projector ein gestreutes oder mehr centrirtes Licht. Durch Anbringen der Streuungslinse erhält man ein Lichtbüschel, bei welchem die Streuung nur nach der Breite bewirkt ist. Diese Lichtentfaltung verlangt man sehr häufig, so z. B. zur Beleuchtung einer Küste, Absuchen des Horizontes, über- haupt zur Beleuchtung ausge- dehnter Objecte. Die Wirkung eines derartigen Projectors zeigt Fig. 548.
Die bei der österreichischen Marine benützten
Mangin
’schen Projectoren sind noch mit einem kleinen Hilfsapparate, dem von Marine-Ingenieur M.
Burstyn
angegebenen
Auxiliar-Pro- jector
, ausgerüstet, welcher er- laubt, unabhängig vom Haupt- strahle und zur Richtung desselben beliebig geneigt, Lichtbüschel aus- zusenden. Dieser Auxiliar-Pro- jector besteht der Hauptsache nach aus einem Metallrohre, welches am Mangin’schen Projector seitlich angebracht ist und in welchem sich ein nach allen Richtungen hin beweglicher Planspiegel befindet. Dieser reflectirt dann den Licht- strahl nach einer beliebigen Richtung und ermöglicht hierdurch die gleichzeitige Beleuchtung eines vom Hauptstrahle seitlich gelegenen Objectes.
Denselben Zwecken wie Mangin’s Projector dienen auch die mit Linsenapparaten aus- gerüsteten Projectoren, wie solche von
Sautter, Lemonnier \& Cie., Siemens
und
Schuckert
hergestellt werden. Ein derartiger, von Schuckert für das chinesische Panzerschiff „Ting-Yuen“ gelieferter Projector ist in Fig. 551 in seiner rückwärtigen Ansicht bei ab- genommener Thüre abgebildet. Die Handlampe ist, wie die Figur zeigt, in ganz ähnlicher Weise construirt wie die vorbeschriebene. Die beiden Gleitstangen sind oben und unten isolirt, ebenso ist das untere Gleitstück von der Schraubenspindel isolirt. Der Strom gelangt durch die Metallmasse des Projectors in die Spindel und das obere Gleitstück, geht durch die obere und hierauf durch die untere Kohle und wird dann durch das untere Gleitstück in die rechts- seitige Führungsstange geleitet, welche mit einem (in der Figur sichtbaren) biegsamen Kabel in Verbindung steht; dieses tritt in der Nähe des rechten Drehzapfens des Projectors aus diesem heraus und geht durch den gußeisernen Arm bis zur Klemmschraube hinab. Durch Schlittenführung und Mikrometerschrauben kann die Lampe behufs Centrirung des Lichtbogens nach oben und unten, vorwärts und rückwärts bewegt werden. Die ganze Laterne kann um eine horizontale Axe gedreht und grob eingestellt werden, wenn man den rechts sichtbaren Handgriff lüftet, sie kann fein eingestellt werden durch das gleichfalls rechts befindliche Handrad, wenn man den Handgriff anzieht. Eine gleiche Einrichtung gestattet die Bewegung der Laterne um eine verticale Axe. Die nach rückwärts gehenden Lichtstrahlen werden durch einen an den Führungsstangen der Lampe befestigten (in der Figur weggelassenen) Spiegel auf die Linsen geworfen. Die Stellung der Kohlen beim Einsetzen der Stäbe kann durch entsprechend an- gebrachte Schaulöcher beobachtet werden, während zur Beobachtung des Lichtbogens eine kleine
Camera obscura
mit Prisma dient. (In der Figur links sichtbar.) Vor den Fresnel’schen Linsen kann auch ein Dispersionsglas eingesetzt werden, welches das Strahlenbüschel in hori- zontaler Richtung ausbreitet.
Bei der Anwendung des elektrischen Lichtes zur
Innenbordbeleuchtung
gewinnen die Vortheile desselben, die Luft nicht zu verderben und die Feuersgefahr ganz oder doch zum größten Theile auszuschließen, noch weitaus größere Bedeutung als bei anderweitigen Anwendungen. Derartige Beleuchtungsanlagen sind daher auch schon längere Zeit auf zahlreichen (namentlich englischen und amerikanischen) Schiffen in ständigem Gebrauche. Nachstehend einige Beispiele: Das Packetboot „City of Richmond“ auf der Inman-Linie wird seit 1881 mit Swan-Lampen elektrisch beleuchtet, die „Servia“ der Cunard-Compagnie mit Lampen von Swan und Siemens, durch eine Siemens-Dynamomaschine gespeist, welche durch einen dreicylindrigen Motor von Brotherhood getrieben wird; der Dampfer „Chateau- L
é
oville“ im Dienste zwischen Bordeaux und New-York, Eigenthum einer fran- zösischen Gesellschaft, wird mit Swan-Lampen beleuchtet; der Dampfer „Arabic“ von der White-Star-Linie mit Swan-Lampen; die „City of Worchester“ der Linie Norwich hat 270 Edison-Lampen; der Dampfer „Daphne“ vom Oesterreichisch- Ungarischen Lloyd hat seit 1881 elektrisches Licht; das Packet-Dampfboot „Antonio Lopez“ der Transatlantischen Gesellschaft in Barcelona, in England jüngst gebaut, hat Swan Lampen, wovon 62 in den Salons und auf den Gängen des Bootes sich befinden; das große Packetboot „Austral“ der Orient-Compagnie hat Siemens- Lampen; alle Salons, der Maschinenraum, die Bureaux und Gänge sind damit beleuchtet. Fünf Bogenlichter von Siemens befinden sich im Maschinenraum und vier auf der Brücke, 170 Swan-Lampen brennen in den übrigen Schiffsräumen. Den Strom liefern zwei Siemens-Wechselstrom-Maschinen. Die Bogenlampen haben 3600 Normalkerzen Lichtstärke, die Swan-Lampen 3400, zusammen also 7000 Normalkerzen. Die Yacht „Namouna“, das größte und schönste Dampfschiff von Amerika, das eigens für den Director des „New-York Herald“, Herrn J. Gordon Bennet, erbaut wurde, ist mit 120 Edison-
B
-Lampen von je 8 Normalkerzen Lichtstärke versehen. Die Lichtmaschine wird durch einen eigenen Motor betrieben, welcher den Dampf aus den Schiffsdampfkesseln erhält. Die Lampen sind auf die Cabinen, die Salons und den Maschinenraum vertheilt. Der große zwischen New- York und Liverpool verkehrende Dampfer „Arizona“ wird durch 300 Swan- Lampen beleuchtet, für welche zwei Siemens-Gleichstrom-Maschinen den Strom liefern.
Zum Antriebe der letzteren dienen Shark’s Caledonian-Maschinen, welche, wie die Fig. 552 zeigt, ihre Kraft durch Seile auf die Lichtmaschine übertragen. Letztere sind auf runden Gleitstangen, durch Schrauben leicht verschiebbar montirt, damit die Seilspannung stets richtig erhalten werden kann.
Das Packetboot „Normandie“ wurde durch das Londoner Haus
Siemens
mit einer elektrischen Beleuchtungsanlage versehen. Dieselbe umfaßt 16 Differen- tiallampen, welche zur Außenbeleuchtung, im Maschinen-, Kessel- und Waaren-
Fig. 552.
Maschinen zur Schiffsbeleuchtung auf dem Dampfer „Arizona“.
raume verwendet werden, und aus 390 Swan-Lampen zur Beleuchtung der Cabinen, Gänge und Salons. Die Ströme liefern zwei Gleichstrom- und eine Wechselstrom- Maschine, eventuell eine Secundär-Batterie von 50 Faure-Elementen. Jede der beiden Gleichstrom-Maschinen kann 300 Swan-Lampen versorgen, so daß also in der Regel nur eine Maschine zu laufen braucht, indessen die andere die Reserve bildet. Die Wechselstrom-Maschine speist 90 Swan-Lampen und die 16 Bogenlampen, von welchen 12 gleichzeitig betrieben werden können. Die Lichtmaschinen werden durch eigene voneinander unabhängige Dampfmaschinen betrieben. Die Secundärelemente dienen für eine Nothbeleuchtung bei Unfällen oder wenn eine Reparatur nothwendig werden sollte und können durch die eine oder die andere Gleichstrom-Maschine geladen werden.
Es bedarf wohl keiner besonderen Erwähnung, daß das elektrische Licht auch der Fluß-Schifffahrt gute Dienste zu leisten vermag, sei es als Außenlicht oder Innenbordbeleuchtung. Ein Beispiel für die Anwendung des ersteren bietet
Menier’s
Yacht, welche dank der hellen Uferbeleuchtung durch einen mit elektrischem Lichte versehenen Projector des Nachts leicht und gefahrlos die Krümmungen der
Marne
und
Seine
zwischen Paris und der großen Chocolaterie in Noisiel befahren kann. Innenbordbeleuchtung durch Glühlichter besitzen einzelne auf der Donau verkehrende Schiffe.
Die Anwendungen des elektrischen Lichtes sind mit den oben angeführten Beispielen keineswegs erschöpft; das elektrische Licht dient in ebenso vortheilhafter Weise zur Beleuchtung der Häfen, Docks, zu unterseeischen Arbeiten u. s. w.
Eine ausgedehnte Beleuchtungsanlage besitzt z. B. der
Hafen von Havre
, in welchen die Schiffe nur zur Zeit der Fluth einlaufen können. Fällt nun von den zweimaligen Fluthen eine in die Nacht, so konnte es geschehen, daß ein Schiff, welches eben nach der Tagesfluth ankommt, nahezu 23 Stunden bis zum Eintreten der nächsten Tagesfluth mit dem Einlaufen in den Hafen warten mußte, da die Dunkelheit während der Nacht dasselbe nicht gestattete. Aus diesem Grunde suchten daher die Schiffer häufig lieber den Hafen von Cher- bourg auf. Um dies zu vermeiden, entschloß man sich, den Hafen in seinen wichtigsten Theilen bei jedem nächtlichen Eintritte der Fluth elektrisch zu beleuchten. Seit 1881 ist diese Beleuch- tungsanlage thatsächlich ausgeführt und fungirt seitdem immer eine Stunde vor Eintritt der Fluth und eine Stunde darnach. Sie umfaßt gegenwärtig 24 Lampen, die in sechs Strom- kreisen untergebracht sind. Zwei Dampfmaschinen
à
35 Pferdekraft setzen vier sich selbst er- regende Wechselstrom-Maschinen von
Gramme
(Type 2) in Bewegung; eine Gramme’sche Maschine arbeitet gewöhnlich im offenen Stromkreise und dient als Reserve. Von jeder Licht- maschine gehen zwei Stromkreise aus, die sämmtlich eine und dieselbe Anordnung haben. Fig. 553 ist das Schema eines solchen Kreises.
M
bedeutet die Lichtmaschine mit ihren beiden Stromkreisen
C
und
C'
,
R
den in den Stromkreis der Elektromagnete eingeschalteten Widerstandskasten zum gleichzeitigen Reguliren der elektrischen Ströme in den beiden Strom- kreisen. Die Leitung
C
führt dann zu den Stöpseln
P P'
des Generalumschalters für sämmt- liche Stromkreise, wodurch die Möglichkeit geboten wird, beim Untauglichwerden einer Maschine sofort die Reservemaschine einzuschalten. Die von
E
auslaufende Leitung muß zunächst den Widerstandsrahmen
S
passiren, welcher den Zweck hat, die Stromstärken der beiden Kreise
einer
Maschine gleich zu machen; dies ist nothwendig, da bei der ungleichen Länge der beiden Stromkreise jeder derselben eine andere elektromotorische Kraft erfordert. Der Leiter
L
führt dann zum Stromwechsler
H
mit zwei Contacten, von welchem aus die Leitung
L″
und die punktirt gezeichnete Leitung zu den Lampen
F F F
geht. (Der Einfachheit halber sind nur drei statt sechs Lampen gezeichnet.) Die Rückleitung des Stromes erfolgt durch die Leitung
L';
in diese ist ein Elektromagnet
A
eingeschaltet, welcher bei normaler Function der Anlage den Anker
D
angezogen hält. Wird jedoch der Strom in der Lampenleitung durch irgend eine Ursache, z. B. das Erlöschen einer Lampe, unterbrochen, so fällt der Anker
D
ab und schließt bei
K
einen Contact, mit dessen Hilfe eine kleine Batterie das Klingelwerk
T
zum Tönen bringt.
Jede Lampe enthält vier
Jablochkoffkerzen
mit Kohlen zu 6 Millimeter; nur die beiden ersten Lampen schließen zwei Träger zu je zwei Kerzen in sich und besitzen deshalb auch zwei Rückleitungsdrähte. Im Fuße jedes Candelabers befindet sich ein Commutator
O O'
zu sechs Platten, welchen der elektrische Strom passiren muß. Diese anscheinend complicirte Einrichtung hat einen doppelten Zweck: erstens kann man durch sie bei normaler Function der Anlage vom Maschinenhause aus in jedem beliebigen Momente den Strom unter Be- nützung des Stromwechslers
H
in die Kerzen 1 oder 2 schicken; zweitens können, wenn dieser Wechsel vorgenommen ist, durch Umstöpselung in den Commutatoren
O O'
die Kerzen 3 für eine etwa durch einen Unfall nothwendig gewordene abermalige Umstellung des Strom- wechslers
H
mit der Leitung in Verbindung gesetzt werden.
Bei Beginn der Beleuchtung geht der Strom durch die Leitung
L
, den Strom- wechsler
H
, die Leitung
L″
, und da im Commutator
O O'
durch Stöpselung
keine
Ver- bindung hergestellt ist, in die Kerze 1 der ersten Lampe, von dieser in die Kerze 1 der zweiten Lampe u. s. w. und fließt durch
L'
,
A
,
P'
zur Maschine zurück. Sind die Kerzen 1 aus- gebrannt oder aus einer anderen Ursache erloschen, so ist der Strom in den Leitungen
L L'
unterbrochen und die Alarmglocke
T
ertönt; jedoch genügt die einfache Drehung des Hebels am Stromwechsler
H
auf den zweiten Contact, um sofort die Kerzen 2 an Stelle der Kerzen 1 zum Brennen zu bringen. Der Strom schlägt dann folgenden Weg ein: von
L
über
H
durch die punktirt gezeichnete Leitung in die Kerze 2 der ersten Lampe, von dieser in die Kerze 2 der zweiten Lampe u. s. w. und kehrt aus der letzten Lampe durch Leitung
L
zur Maschine zurück. Nun geht ein Mann von Candelaber zu Candelaber und verbindet durch Stöpselung die beiden obersten Metallstücke der Commutatoren
O O'
und bereitet so die Ein- leitung des Stromes in die Kerzen 3 vor; denn, sollten die Kerzen 2 erlöschen, so genügt abermals die Drehung des Hebels am Stromwechsler
H
(in die erste Stellung) durch den von der Alarmglocke aufmerksam gemachten Maschinenwärter, um sofort die Kerzen 3 zu ent-
Fig. 553.
Einfacher Stromkreis der Beleuchtungsanlage in Havre.
zünden. Der Strom nimmt dann folgenden Weg: durch
L
,
L″
in das linksseitige oberste Metallstück des ersten Commutators
O O'
, durch den Stöpsel desselben in das rechtsseitige Metallstück, von diesem zur Kerze 3 der ersten Lampe, dann durch die beiden oberen Metall- stücke des Commutators des nächsten Candelabers und dessen Kerze 3 u. s. w. und endlich durch die Leitung
L'
zur Maschine zurück.
Nach diesen Beispielen wird man leicht den Weg des Stromes für die Kerzen 4 finden können. Man hat also die Möglichkeit, alle vier Kerzen in einer Nacht brennen zu lassen. Tritt keine Störung ein, so bedarf man jedoch nur zwei derselben, da die Beleuchtung blos drei Stunden dauert. Um eine Lampe aus dem Stromkreise auszuschalten, verbindet man das obere linksseitige Metallstück und das untere rechtsseitige mit den ihnen gegenüberliegenden Mittelstücken des Commutators durch Schraubenbolzen.
Wie der eine hier geschilderte Stromkreis, so sind auch alle übrigen angeordnet. Sämmtliche Leitungen gehen zum Generalumschalter
E
, der, wie auch die mit Ordnungs- nummern versehenen Elektromagnete
A
und Stromwechsler
H
, alle nebeneinander im Maschinen- hause angebracht sind. Fig. 554 gestattet, sich eine Idee über den durch diese Anlage erzielten Gesammteffect zu machen.
Die elektrischen Beleuchtungsanlagen auf Straßen und öffentlichen Plätzen
haben in Europa gegenwärtig noch keine große Verbreitung gefunden, indeß sie sich in Amerika immer weiter ausbreiten. „Es sind gerade in diesem Jahre (1884) viel mehr Deutsche, als es sonst der Fall ist, in Amerika und auch tiefer
Fig. 554.
Ansicht des elektrisch beleuchteten Hafens von Havre.
im Innern desselben gewesen und alle berichten, daß die elektrische Beleuchtung, und zwar vornehmlich die durch Bogenlicht, dort bereits eine kolossale Verbreitung gewonnen hat, und daß nicht nur New-York, sondern auch kleine angehende Städte und diese dann ausschließlich und in Menge mit elektrischem Bogenlichte beleuchtet sind. Diese Augenzeugen berichten ferner ebenso einstimmig, daß das elektrische Licht daselbst lange nicht die Gleichmäßigkeit und Betriebssicherheit besitze wie das bei uns gebräuchliche, und beispielsweise das in der Leipzigerstraße (Berlin). Wenn man ferner bedenkt, daß elektrische Straßenbeleuchtungen auf dem europäischen Continente früher entstanden sind als in Amerika und daß speciell in Berlin die heute allein herrschende Erzeugungsweise des elektrischen Bogenlichtes durch die Differentiallampe zuerst und früher zur Durchbildung gelangt ist als in Amerika, so drängt sich Einem unwillkürlich die Ueberzeugung auf, daß die verhältnißmäßig geringere Verbreitung des elektrischen Lichtes bei uns an anderen Ursachen liegen muß als wie an dem erzielten Grade seiner Vollkommenheit in technischer Hinsicht.“
Vor und während jeder Ausstellung wurden in den betreffenden Städten die großartigsten Pläne gemacht. Die Isar sollte ganz München und noch etliche Dörfer darüber durch gütige Vermittlung der Elektricität mit Licht und Kraft ver- sorgen, und in Wien — nun, warum flösse denn gerade hier die große, blaue Donau vorbei? Es genügt, eine Batterie Maschinen an ihrem Ufer aufzustellen und etwa die Allgemeine österreichische Transportgesellschaft zu ersuchen, gegen ein mäßiges Pauschale den
P. T.
Consumenten die mit Elektricität gefüllten Büchsen in’s Haus zu stellen. „Wohin aber solche Uebertreibungen führen, kann man heut- zutage wohl am besten erkennen an den unmittelbaren Wirkungen derjenigen Ver- anstaltungen, bei denen sie am häufigsten geübt werden, ich meine die internationalen elektrotechnischen Ausstellungen, an welchen die Geschichte unserer Zeit ja bereits sehr reich ist. Untersucht man die Spuren, welche eine internationale elektrische Ausstellung und das mit einer solchen verbundene, höchst unerfreuliche Sichbreit- machen des Laienthums und des Dilettantismus hinterlassen, so möchte man aller- dings zu dem Schlusse kommen, daß kein Gras mehr wächst auf einem durch eine internationale elektrische Ausstellung ausgetretenen Boden.“
Die Stellen unter Anführungszeichen sind einem Vortrage entlehnt, welchen Fr. v.
Hefner-Alteneck
gehalten hat und dem es zu wünschen wäre, daß er auch anderwärts als in Fachkreisen bekannt würde („Elektrotechnische Zeitschrift“,
V.
Jahrg. 1884).
Der erste größere und auch zeitlich andauernde Versuch einer Beleuchtung öffentlicher Straßen und Plätze wurde vom Jahre 1877 an auf dem Opernplatze und der
Avenue de l’opéra
in Paris angestellt. Wenngleich diesem Versuche als Ausgangspunkt für die Straßenbeleuchtung unleugbar eine gewisse Bedeutung zukommt, so konnte man hiervon auf die Dauer doch nicht befriedigt werden, da die hierbei benützten Jablochkoffkerzen ein zu unsicheres und durch den häufigen Farbenwechsel unangenehmes Licht gaben. Im Jahre 1879 veranstalteten
Sie- mens \& Halske
eine Probebeleuchtung in der Kaisergallerie (Berlin); diese ist deshalb bemerkenswerth, weil hier zum erstenmale getheiltes Bogenlicht (unter An- wendung der Differentiallampe) zur Verwendung kam. Die Differentiallampe er- möglichte, wie wir wissen, durch ihr Regulirungsprincip und die automatische Ausschaltevorrichtung, die Lampen eines Stromkreises voneinander vollkommen unab- hängig zu machen. Die bei dieser Probebeleuchtung erzielten Resultate waren zufriedenstellend.
Ohne auf die hierauf folgenden Probebeleuchtungen näher einzugehen, wollen wir unsere Aufmerksamkeit einer Beleuchtungsanlage zuwenden, welche gegenwärtig das zweite Jahr in vollkommen befriedigender Weise functionirt. Es ist dies die
Beleuchtung in der Leipzigerstraße in Berlin
. Diese Anlage umfaßt vier dynamoelektrische Maschinen (von Siemens \& Halske), deren jede 12 Differentiallampen mit Strom versehen kann. Zum Antriebe dienten im ersten Probejahre vier Otto-Langen’sche Gasmotoren
à
12 Pferdekraft; diese betreiben ganz unabhängig voneinander je eine Lichtmaschine. Eine der Lichtmaschinen und der dazugehörige Gasmotor stehen immer außer Betrieb und dienen nur als Reserve. Ein Generalumschalter erlaubt jedes beliebige Maschinensystem mit jedem beliebigen Lampen- kreise in Verbindung zu setzen. Die ganze Maschinenanlage ist in einem Fachwerkbaue am Durchbruche der Wilhelmstraße (an der projectirten Verlängerung der Zimmerstraße) unter- gebracht. Die Leitungen bestehen aus drei voneinander unabhängigen Stromkreisen und sind sämmtlich unterirdisch geführt. Ihre Längen betragen 1974, 1887 und 1480 Meter. Die Ent- fernung von dem Maschinenhause bis zu der ihm am nächsten gelegenen Laterne beträgt 350 Meter. Auf eine Rückleitung der Ströme durch die Erde oder durch eine gemeinsame nicht isolirte Leitung wurde der hohen Spannung der Ströme wegen verzichtet. Das Kabel für die Leitungen besteht aus einer Kupferader von 3·4 Millimeter Durchmesser, welche mit einer imprägnirten Juteumspinnung, hierauf mit einer Bleiumpressung und schließlich mit getheerter Jute versehen ist; zum Schutze gegen gewaltsame Verletzungen wurde das Kabel mit Backsteinen belegt.
Die Vertheilung der Lampen ist aus der Planskizze Fig. 555 zu ersehen. Zur Aufstellung der Lampen wurden Candelaber benützt von der in Fig. 543 dargestellten Form. Die Cande-
Fig. 555.
Planskizze der Beleuchtungsanlage in der Leipzigerstraße.
laber der Leipzigerstraße stehen in jeder der beiden Reihen meist 7·5 Meter voneinander entfernt und haben, bis zur Laternenmitte gemessen, eine Höhe von 5·5 Meter. 25 Laternen beleuchten ein 820 Meter langes und 22 Meter breites Stück der Leipzigerstraße, 11 Laternen erhellen den Potsdamerplatz. Die Kohlenstäbe haben einen Durchmesser von 11 Millimeter und eine Brenndauer von 9 Stunden, was genügt, da die Beleuchtung nur bis Mitternacht zu fungiren hat. Die Leuchtkraft jeder Lampe, gemessen mit Beibehaltung des matten Laternen- glases und unter einem Winkel von 30 Graden zur Horizontalen, beträgt 880 Normalkerzen. Die Stadt Berlin hatte für das erste Versuchsjahr 26.040 Mark an die Firma Siemens \& Halske zu zahlen. Die Selbstkosten betrugen im ersten Jahre (vom 20. September 1882 bis 20. September 1883) für Betriebskraft 13.906·41 Mark, für Reparaturen 540·41 Mark, für Bedienung 3836·34 Mark und diverse andere Auslagen (Miethe, Feuerversicherung ꝛc.) 781 Mark. Für Lampenkohlen, zum Ausgangspreise gerechnet, wurden 5472·85 Mark gezahlt. Die Gesammtausgaben betrugen also 24.537·01 Mark. Hierzu muß aber bemerkt werden, daß die ganze Anlage, wie dies ja in der Natur provisorischer Anlagen überhaupt liegt, durchaus nicht ökonomisch zu nennen ist. Schon der Ersatz der Gasmotoren, die übrigens gute Dienste geleistet haben, durch ein circa 36pferdiges Locomobil, der für das zweite Probejahr bewerk- stelligt wurde, dürfte eine Summe von 8000 bis 9000 Mark ersparen lassen.
Die technischen Ergebnisse des ersten Probejahres waren vollkommen zufriedenstellende. Lampen und Maschinen zeigten sich wenig abgenützt, ja selbst die Commutatoren der Maschinen bedurften keiner Nacharbeitung oder Abdrehung. Auch die Construction des Leitungskabels hat sich bewährt. Hingegen zeigte sich der Schutz des Kabels durch Backsteinbelegung gegen gewalt- same Verletzung als unzulänglich. Dem kann jedoch durch besseren Schutz oder durch Tiefer- legung des Kabels abgeholfen werden. (Das Kabel wurde bei dieser Anlage 0·5 Meter tief gelegt.)
Dammbrüche, Erdabrutschungen, Bergstürze, der Niedergang einer Lawine, der Einsturz einer Brücke u. s. w. veranlassen häufig unaufschiebbare Arbeiten. Von möglichst raschem, energischem Eingreifen hängt hierbei nicht selten das Leben vieler Menschen, die Abwehr großer Verluste ab; es muß auch bei Nacht gearbeitet werden. Soll dies möglich sein, so muß man für eine hinreichend helle und schnell zu beschaffende Beleuchtung sorgen. Die hier gestellte Aufgabe besteht also darin,
transportable Beleuchtungsanlagen
herzustellen. Derartige fahrbare
Fig. 556.
Beleuchtungswagen von Sautter, Lemonnier \& Cie.
Beleuchtungseinrichtungen können auch bei militärischen Operationen wichtige Dienste leisten, z. B. für Artillerie-Angriffe bei Belagerungen, zur Recognoscirung des Vorterrains, zum Signalgeben, zur Beleuchtung schwieriger Passagen bei nächtlichen Märschen, zur Herstellung zerstörter Communicationen, für die Pionniertruppen zum Brückenschlag, zur Beleuchtung der Schlachtfelder nach der Schlacht behufs Auf- suchung der Verwundeten und Abschreckung der Leichenräuber u. s. w. Die mannig- fachen Anwendungen, deren eine fahrbare elektrische Beleuchtungseinrichtung nament- lich im Kriegswesen fähig ist, werden wohl in kürzester Zeit zur allgemeinen Einführung desselben veranlassen. Die französische und die deutsche Armee sind bereits im Besitze solcher Beleuchtungswagen. Namentlich hatte die französische Armee bereits zur Zeit der Pariser Ausstellung (1881) drei Typen derselben ein- geführt und soll gegenwärtig 40 Apparate größter Gattung, d. h. für eine Licht- stärke von 30.000 Normalkerzen für den Festungsdienst und die Küstenvertheidigung, 12 Apparate mittlerer Größe (für 19.200 Normalkerzen) und 8 Apparate von möglichst leichter Transportfähigkeit (für 12.000 Normalkerzen) besitzen.
Eine fahrbare Beleuchtungseinrichtung, wie sie
Sautter, Lemonnier \& Cie
. bauen, ist in Fig. 556 dargestellt. Auf dem vierrädrigen Wagengestelle befindet sich ein
Field
’scher Dampfkessel, eine achtpferdige Dampfmaschine von
Brotherhood
und eine
Gramme
’sche Gleichstrom-Maschine für 12.000 Normalkerzen. Neben der Gramme’schen Maschine ist ein
Mangin
’scher Projector, die Kabelrolle und ein Werkzeugkasten angebracht. Der Projector ist jedoch nicht mit dem Wagengestelle fest verbunden, sondern kann in einer kleineren oder größeren Entfernung (bis zu 1000 Meter) separat aufgestellt werden. Die deutsche Armee bedient sich
Siemens
’scher Maschinen, welche von Dampfmaschinen nach
Dol- goroucki
betrieben werden und mit Siemens- schen Projectoren combinirt sind.
Verschieden von den vorerwähnten Beleuchtungswagen ist jener von
Schuckert
und
Mesthaler \& Cie
. Bei diesem ist auf einem vierrädrigen Gestelle eine von der letztgenannten Firma gebaute Dampf- maschine angebracht, die einer Schuckert- schen Flachringmaschine zum directen An- triebe dient. Die Lampe (System Piete \& K
ř
i
ž
ik) hingegen befindet sich auf einem separaten Wägelchen in einem eigenartigen Gestelle befestigt. Dieses bildet nämlich eine vierseitige Pyramide, deren Seitenflächen aus scheerenförmig gekreuzten Eisenstäben bestehen. Letztere sind an ihren Kreuzungs- stellen und an ihren Enden, welche die vier Seitenkanten der Pyramide bilden, drehbar miteinander verbunden. Jede Seitenfläche bildet also eine Art venezianischer Blumen- scheere, die zusammengeschoben ist, wenn der Wagen transportirt werden soll (Fig. 557), und geöffnet wird, wenn die Lampe in Thätigkeit zu treten hat (Fig. 558). Das Heben der Lampe, also Oeffnen der Scheere, wird einfach mit Hilfe eines Zahnradgetriebes und einer Schraube bewirkt. Beim Gebrauche hängt die Lampe an Seilen, welche über am oberen Ende des Gestelles angebrachte Rollen laufen, während des Transportes
Fig. 557.
Beleuchtungswagen von Schuckert.
ruht sie in einer in der Mitte des Wagens angebrachten cylindrischen Fassung. Das Heben der Lampe (bis beiläufig 10 Meter) erfordert nicht mehr Zeit als fünf Minuten. Bei einem gelegentlich der Münchener Ausstellung ausgeführten Versuche war der ganze Beleuchtungs- apparat bereits 20 Minuten nach der Ankunft desselben auf dem Versuchsplatze in voller Thätigkeit.
Es kommen aber auch Fälle häufig vor, wo man keines so großen, kräftigen Lichtes bedarf, sondern nur eines Lichtes von ganz geringer Leuchtkraft, wobei aber an das Licht die Anforderung gestellt wird, daß es in einem kleinen vollkommen luftdicht abgeschlossenen Raume leuchten kann. Solche Lichter können z. B. sehr gute Dienste leisten in Räumen, welche explosible oder auch nur leicht entzündliche Stoffe enthalten, wie etwa Magazine für Sprengstoffe, Spiritus, Aether u. s. w. Solcher Lichter bedarf man in Kohlengruben, zu den Minenrettungsapparaten u. dgl. Auch die Heilkunde hat sich des elektrischen Lichtes, welches eben obiger Bedingung zu entsprechen im Stande ist, bemächtigt, um mit seiner Hilfe unzugängliche Körper- höhlen zu beleuchten und durch directes Sehen zu untersuchen.
Fig. 558.
Beleuchtungswagen von Schuckert.
Zu den ältesten tragbaren elektrischen Lampen, wenn man diesen Apparat überhaupt so nennen darf, zählt wohl die von
Dumas
und
Benoit
angegebene Lampe, welche in Fig. 559 dar- gestellt ist. Sie besteht aus einer
Geißler
’schen Röhre, welche in Spiralform gebogen und zum Schutze gegen Verletzung in einem starkwandigen Glascylinder ein- geschlossen ist. Diese Röhre wird durch einen Inductionsstrom zum Leuchten gebracht, welchen ein in der Ledertasche befindlicher, durch zwei gleichfalls daselbst unter- gebrachte Elemente erregter In- ductionsapparat liefert. (Vergl. Seite 301 und 310.) Für Räume, welche explodirbare Gase enthalten, ist dieser Apparat jedoch nicht an- zuempfehlen, sondern kann hier sogar gefährlich werden, da in Folge der hohen Spannung der Inductionsströme auch bei Be- obachtung der sorgfältigsten Iso- lirung doch durch irgend einen Zufall ein Funke entstehen kann, der dann das Knallgas zur Ex- plosion brächte
Die bis nunzu construirten transportablen Beleuchtungs- apparate, bestehend aus einem Glühlichtlämpchen, welches von Accumulatoren, die man in ein kleines Kästchen einsetzt, den Strom erhält, können nur als Spielerei betrachtet werden und für die oben angegebenen Zwecke keine Verwendung finden.
Durch eine sehr compen- diöse Anordnung zeichnet sich die tragbare Lampe von
Puluj
aus, die in Fig. 560 dargestellt ist Sie besteht aus einem kleinen Holz- oder Ebonitkasten von 20 Centimeter Breite und 25 Centi- meter Höhe, in welchem 6 Daniell- Elemente mit möglichster Raum- ausnützung angebracht sind. Um den inneren Widerstand der Elemente zu vermindern, wurden die Thonzellen durch Leinwand- säcke ersetzt. Die Zinke können, wenn die Lampe nicht benützt wird, aus der Schwefelsäure herausgehoben und an einer unterhalb des Tragbügels befestigten Eisenstange aufgehängt werden. An der Vorderwand des Kastens ist in einer einfachen Metallfassung eine Glühlicht- lampe eingesetzt, welche zum Schutze gegen Verletzung von einem starken Glascylinder umhüllt wird. Zur Concentrirung des Lichtes kann hinter der Lampe ein kleiner Metallreflector angebracht werden. Die Lampe entwickelt eine Leuchtkraft von 6 bis 7 Normalkerzen und hat beim kleinsten Batteriemodelle eine Brenndauer von 6 bis 7 Stunden; dieses Modell wiegt im gefüllten Zustande 7 Kilogramm. Puluj’s Lampe ist für viele der oben angedeuteten Zwecke jedenfalls zu empfehlen, eignet sich jedoch speciell für Minenrettungsapparate nicht, weil einerseits ein zufälliges Umwerfen des Kastens wegen des Ausfließens der Batterie- flüssigkeiten der Thätigkeit der Lampe sofort ein Ziel setzt und andererseits das Füllen und Instandsetzen der Batterie wegen ihrer gedrängten Anordnung nicht nur verhältnißmäßig viel Zeit, sondern auch eine geübte Hand erfordert.
Für diese Zwecke und auch für Taucher dürfte sich die von F.
Wächter
angegebene Anordnung am besten eignen und auch am verläßlichsten sein. Die Minen-Rettungsapparate haben den Zweck, den Eintritt in Minen zu ermöglichen kurz nach stattgehabter Explosion, sei es, um etwa durch die Explosionsgase betäubte Arbeiter herauszuholen, sei es wegen der Wiederherstellung eingestürzter Theile. Da hierbei die Minengänge mit unathembaren Gasen gefüllt sind, muß der in die Minengänge Eintretende mit einem Athmungsapparate und mit einer Lampe versehen sein, welche in diesen Räumen brennen kann. Bis vor kurzer Zeit wurden Petroleumlampen, ausgerüstet mit einem Luftreservoir, welches der Mineur mittragen mußte, verwendet. Dies brachte verschiedene Uebelstände mit sich. Das Luftreservoir erfordert zu seiner
Fig. 559.
Tragbare Lampe von Dumas.
Fig. 560.
Tragbare Lampe von Puluj.
Füllung auf etwa 25 Atmosphären Druck eine beiläufig halbstündige Arbeit von vier Mann und dann brennt die Lampe, wenn sie geschickt behandelt wird, circa eine halbe Stunde. Bei ungeschickter Behandlung kann leicht ein Verlöschen der Lampe eintreten. Dies zu vermeiden, versuchte man die Speisung der Lampe durch denselben Luftzuführungsschlauch, durch welchen die außerhalb des Minenganges aufgestellte Luftpumpe die zum Athmen nothwendige Luft herbeischafft. Bei dieser Art der Luftführung erhält jedoch entweder der Mineur zu viel Luft in seine Lungen oder die Lampe zu wenig, und überdies zuckt dann die Flamme bei jedem Athemzuge, was eine schlechte Beleuchtung bewirkt.
Diese Erwägungen veranlaßten Wächter zur Construction des in Fig. 561 abgebildeten, von ihm in nachstehender Weise beschriebenen Apparates: „Der zur rechten Seite des Soldaten befindliche Cylinder mit Handhabe stellt den Blasebalg dar, durch welchen die zum Athmen erforderliche Luft zugepumpt wird. Von dem Blasebalg führt ein dicker Kautschukschlauch, dessen Länge bis zu 100 Meter und darüber genommen werden kann, zu dem Leibriemen des Mineurs, von wo ein dünnerer Schlauch über den Rücken des Mannes bis zum Mundverschlusse geleitet ist. Die kleine elektrische Lampe hält der Soldat in seiner rechten Hand. Die Lampe ist in einen starkwandigen Glascylinder mit Metallfassung eingeschlossen und kann mittelst eines Häkchens auch an den Leibriemen des Mineurs oder eventuell in ein Knopfloch eingehängt werden. Da das Gewicht der Lampe nur 300 Gramm beträgt, so wird der Mineur oder
Urbanitzky
: Elektricität. 49
Taucher hierdurch in keiner Weise belästigt und hat beide Hände zur Arbeit frei. Eine kurze, einerseits an dem Leibriemen, andererseits an dem Gehäuse der Lampe befestigte Seidenschnur mit doppelter Metallader ermöglicht die freie Bewegung der Lampe. Die Zuführung des elektrischen Stromes geschieht durch zwei isolirte Kupferdrähte, welche innerhalb der äußeren Leinwandumhüllung des Athmungsschlauches geführt sind. Um dem Mineur zu ermöglichen, Signale nach außen zu geben, womit er anzeigen kann, ob er bei dem jeweiligen Tempo des Luftpumpens nicht zu viel oder zu wenig Luft zum Athmen erhält (was ich für sehr wichtig erachte) ist ferner an dem Gürtel des Mannes ein Taster angebracht. Sobald auf denselben gedrückt wird, ertönt ein elektrisches Läutewerk
L
, welches an den Kasten
B
der galvanischen Batterie (oder an der kleinen Handmaschine), welche sich, wie aus der Figur zu ersehen, neben der Luftpumpe befindet, angebracht ist. Ebenso giebt dies Läutewerk automatisch ein sehr ener- gisches Allarmsignal, wenn durch irgend welchen Zufall die Lampe des Mineurs erlöschen oder zerbrechen sollte, und es kann die Glocke nicht früher zur Ruhe gebracht werden, bevor die entstandene Störung nicht vollkommen behoben ist.“
Fig. 561.
Wächter’s Minen-Rettungsapparat.
Als Stromquelle zieht
Wächter
, und zwar mit vollem Rechte, eine kleine Handmaschine (z. B. Gramme’sche Ma- schine Seite 368, Fig. 239) jeder Batterie vor. Die Maschine ist stets dienstbereit und bedarf zu ihrer Activirung gar keiner Zeit; auch kann nicht leicht ein Versagen eintreten. Eine Batterie muß hingegen erst gefüllt werden und dann kann in der Eile leicht eine falsche Schaltung unterlaufen oder ein Contactfehler sich in kurzer Zeit geltend machen. Allerdings kostet eine für die gedachten Zwecke ausreichende Batterie beiläufig nur 20 Gulden, indeß eine entsprechende Handmaschine vielleicht 250 Gulden und mehr kosten kann. Uebrigens meinen wir, daß in solchen Fällen, wo es sich um Menschenleben handelt, der Kostenpunkt keine Rolle zu spielen hat, umso weniger als einerseits die in Betracht kommen- den Summen keine bedeutenden sind, andererseits alljährlich viele Millionen für Kanonen, Gewehre und dergleichen weniger menschenfreundliche Dinge aus- gegeben werden.
Wir möchten an dieser Stelle auch die Aufmerksamkeit der Feuerwehren, der Leiter oder Besitzer großer Kunstinstitute oder Vergnügungsetablissements, wie Theater, Concertsäle u. s. w., auf Wächter’s Minen-Rettungsapparat lenken. Der Schlauch könnte hierbei zu seinem Schutze mit einem Asbestgewebe umhüllt werden. Die nassen Schwämme vor dem Munde eines in ein raucherfülltes Locale eintretenden Feuerwehrmannes sind denn doch in vielen Fällen ein ganz unzuläng- liches und etwas gar zu primitives Mittel!
Die Heilkunde verdankt dem Gebrauche künstlicher Beleuchtung für solche Körperstellen oder Höhlungen, welche nicht direct gesehen werden können, wesent- liche Fortschritte. Wir erinnern an den Kehlkopfspiegel, welchen bereits 1840
Liston
benützte,
Czermak
1858 einführte, an den Augenspiegel, mit welchem
Helmholtz
zuerst einen Einblick in den Bau des lebendigen Auges erhielt, u. s. w. Als Lichtquelle für die Beobachtung mit derartigen Instrumenten dient das Tages- licht oder eine entsprechend aufgestellte Lampe, deren Lichtstrahlen etwa noch durch einen Hohlspiegel concentrirt werden. Eine zweite Art, den zu untersuchenden Körper- theil sichtbar zu machen, besteht darin, daß man an Stelle des reflectirten Lichtes die Lichtquelle selbst einführt; diese Art der Beleuchtung ermöglicht nur das elek- trische Licht. Sie ist in der Chirurgie schon so lange im Gebrauche als die Galvano-
Fig. 562.
Ohren- und Nasenspiegel.
kaustik, d. h. die Methode, mit Hilfe eines durch den galvanischen Strom zur Gluth erhitzten Platindrahtes zu operiren, welche Methode besonders von
Middel- dorpf
ausgebildet wurde.
Der ersten Methode, nämlich des reflectirten Lichtes, bedient sich gegenwärtig u. A. auch
Hedinger
in Stuttgart, und zwar vorwiegend zur Beleuchtung des Ohres oder der
Fig. 563.
Frontal-Photophor.
Nase. Das hierzu von ihm verwendete einfache Apparatchen ist in Fig. 562 abgebildet. Es besteht aus einem kleinen Hohlspiegel aus Metall, vor welchem eine feine Platinspirale ausgespannt ist; die Enden derselben sind mit zwei von- einander isolirten Leitungsdrähten verbunden, durch welche der Strom einer großplattigen Batterie geleitet werden kann. Wird letzterer geschlossen, so geräth der Platindraht in Gluth und sendet durch den Hohlspiegel sein Licht auf die zu beleuch- tende Stelle. Die Beobachtung derselben ermöglicht die Durch- bohrung des Spiegels in seinem optischen Mittelpunkte. In jüngster Zeit wurde für stärkere Beleuchtung von verschiedenen Seiten ein Apparat vor- geschlagen, der die Namen
Traumatoskop
(R. v. Mosetig-Moorhof),
Frontal-Photophor
(Helst, Dujardin-Beaumetz) und dergleichen erhielt; dieser in Fig. 563 abgebildete Apparat besteht aus einer Glühlichtlampe, die in einen kurzen Cylinder, der vorne durch eine Linse und rückwärts durch einen Hohlspiegel verschlossen ist, eingesetzt wird. Dieser kleine Beleuch- tungsapparat kann durch einen Riemen am Kopfe des Beobachtenden oder auch auf einem eigenen Träger befestigt werden. Der ganze Apparat, wie er z. B. von Iirasko in Wien
49*
verfertigt wird, wiegt 300 bis 400 Gramm und die Lampe besitzt eine Leuchtkraft von 12 Normalkerzen.
Soll die Lichtquelle in die zu untersuchende Körperhöhle, z. B. den Magen selbst ein- geführt werden, so würde die Anwendung eines frei glühenden Platindrahtes nicht oder nur kurze Zeit möglich sein, weil der Platindraht nicht nur Licht giebt, sondern auch Wärme aus- strahlt. Um die schädlichen Wirkungen der letzteren zu vermeiden, sah man sich daher ver- anlaßt, den glühenden Platindraht in eine Röhre einzuschließen und diese mit einem zweiten Gefäße zu umgeben, durch welches Wasser circulirt; das Wasser besorgt alsdann die Ableitung der Wärme und hält den Beleuchtungsapparat kühl. Es ist
Leiter
in Wien nach mehr- jährigem Bemühen gelungen, eine Reihe von Instrumenten herzustellen, welche zwar den ver- schiedenen Zwecken entsprechend verschiedene Formen erhalten haben, aber alle nach dem eben angegebenen Principe construirt sind. An der Metallfassung
k k
(Fig. 564) ist einerseits der Trichter 1, andererseits der mit den drei Canälen
a
,
b
und
f
versehene Silberstab befestigt;
Fig. 564.
Leiter’s Elektro-Endoskope.
die Röhre
a
steht mit dem Wasserleitungsrohre
d
und die Röhre
b
mit dem Ableitungs- rohre
e
in Verbindung und bei
c
communiciren die beiden Röhren
a
und
b
untereinander. Die Richtung des durchfließenden Wassers zeigen die Pfeile an. In den Raum
f
des Be- leuchtungsstabes tritt bei
i
, durch Hartgummi von der Fassung isolirt, ein Silberdraht
g
ein, der bei
h
in einer kleinen Hülse endigt. Der Silberdraht ist von den Wänden des ihn ver- schließenden Stabes durch ein übergeschobenes, feines Glasröhrchen isolirt.
Die Hülse
h
dient, wie das getrennt gezeichnete Stück
A
(Fig. 564) erkennen läßt, zur Befestigung des einen Endes der Platinschlinge durch einen in die Hülse eingesteckten Keil. Das zweite Ende der Platinschlinge wird in derselben Weise befestigt, doch ist die zweite Hülse von dem Silberstabe nicht isolirt, steht also auch mit der Metallfassung
k k
des Instru- mentes in leitender Verbindung. Fig. 564
D
stellt den Querschnitt des Beleuchtungsstabes
C
vor und
G
zeigt das zum Gebrauche adjustirte Instrument; über den Beleuchtungsstab
b b
ist die Beobachtungsröhre
a a
(bei
H
getrennt gezeichnet) geschoben und der Wasserlauf durch die an
i
und
h
angesetzten Kautschukschläuche hergestellt. Die Zuleitung des galvanischen Stromes wird durch die mit den Batterieschnüren verbundene scheerenartige Doppelklemme
e e
(die bei
m n
, Fig. 564
C
, das Instrument faßt) durch einen leichten Druck nach Belieben hergestellt oder unterbrochen. Der Beleuchtungsstab nimmt, wie der Querschnitt
B
erkennen läßt, nur einen sehr geringen Theil der Beobachtungsröhre ein, so daß man also durch den Trichter und die Röhre ungehindert durchblicken kann. Damit hierbei der glühende Platindraht nicht stört, ist der Beleuchtungs- stab an seinem unteren Ende ab- geschrägt, wodurch ein Abbiegen des Platinbügels ermöglicht wird. Hierdurch ist der Platindraht beim geraden Durchsehen gedeckt. Fig. 564
F
und
E
stellen ver- schiedene Formen der Beobach- tungsröhren vor. Das
Gastro- skop
, dessen Einführung in den Magen Fig. 565 darstellt, ist, entsprechend den anatomischen Verhältnissen, mit einer Biegung versehen. Der Einblick durch dieses gebogene Rohr in den Magen wird durch zwei Prismen ermöglicht, die in der Nähe des Platindrahtes und in der Biegung des Rohres befestigt sind und eine zweimalige Reflexion be- wirken. Der Anschluß der Wasser- leitung und der Leitung für den Strom ist in derselben Weise bewerkstelligt, wie vorbeschrieben. Außerdem besitzt aber das Gastro- skop noch einen feinen Canal, durch welchen mit Hilfe von Kautschuk- ballons (wie aus der Figur ersichtlich) Luft in den Magen eingeführt werden kann; der Magen muß zur Untersuchung eben aufgeblasen werden.
Wir schließen hiermit den Abschnitt über elektrisches Licht, nicht weil wir alle seine Anwendungen bereits kennen gelernt haben, sondern weil wir sonst den Rahmen vor- liegenden Werkes zu sehr überschreiten müßten. Wir weisen schließlich nur noch hin auf die Anwendung des elektrischen Lichtes in der Photographie nicht blos zur Beleuchtung der photogra-
Fig. 565.
Einführung des Gastroskopes in den Magen.
phisch aufzunehmenden Objecte, sondern auch zur Erzeugung aller Arten von Lichtbildern, d. h. im Reproductionsverfahren. So haben z. B. die photographischen Ateliers von
Woodburg
und
Saxon \& Cie
. die elektrische Beleuchtung eingeführt, wodurch sie in den Stand gesetzt sind, absolut unabhängig von der Witterung die Herstellung der schärfsten photographischen Abdrücke innerhalb 24 Stunden nach erfolgter Aufnahme garantiren zu können. Wir weisen hin auf die Anwendungen des elektrischen Lichtes in der Landwirthschaft, auf die Pflanzenzucht bei elektrischer Beleuchtung, die Anwendung der letzteren in der Astronomie (zur Beleuchtung der Fadenkreuze), in der Mikroskopie zum Beleuchten und Durchleuchten der Prä- parate u. s. w.
2. Elektrochemie, Metallurgie und Galvanoplastik.
Von diesen drei Industriezweigen, welche fast ausnahmslos auf der praktischen Verwerthung der chemischen Wirkungen des elektrischen Stromes beruhen, bildet die Galvanoplastik den ältesten und daher auch einen verhältnißmäßig hoch ent- wickelten Zweig. Die Vervollkommnungen der elektrischen Maschinen bewirken zwar eine stets zunehmende Anwendung dieser an Stelle der früher benützten Batterien, brachten aber keine Abänderungen der galvanoplastischen Methoden mit sich. Anders verhält es sich aber mit der Elektrochemie und Metallurgie. In diesen Zweigen konnte der elektrische Strom keine ausgedehnte Verwendung finden, so lange Batterien zur Erzeugung desselben benützt werden, da sich die Erzeugungskosten im Vergleiche zu dem Werthe des gewonnenen Productes viel zu hoch stellten. Die Elektrochemie und die Elektrometallurgie wurden überhaupt erst möglich, nachdem durch die elek- trischen Maschinen billige und ausgiebige Elektricitätsquellen geschaffen waren. Allerdings befinden sich diese beiden Zweige der Elektrotechnik, eben ihrer Neuheit wegen, noch im Stadium der Kindheit, aber man kann doch gegenwärtig schon mit voller Sicherheit behaupten, daß die Elektricität dazu bestimmt ist, eine ein- greifende Umgestaltung der chemischen Großindustrie und der Reinmetallgewinnung herbeizuführen.
Schon im Jahre 1789 wies
Päts van Trostwyck
nach, daß die Elek- tricität Wasser zu zersetzen im Stande ist. Er ließ Golddrähte in bestimmter Ent- fernung voneinander in Wasser tauchen, verband einen derselben mit der äußeren, den anderen mit der inneren Belegung einer Kleist’schen (Leydener) Flasche und führte dann den Entladungsschlag durch das Wasser herbei. Die sich hierbei entwickelnden Gasblasen wurden aufgesammelt und als Knallgas erkannt.
Wollaston
verband (1801) feine Golddrähte, die bis auf ihre Spitzen in dünne Glasröhrchen eingeschmolzen oder mit Siegellack umhüllt waren, einerseits mit dem Reibzeuge, andererseits mit dem positiven Conductor einer Elektrisirmaschine. Tauchten die Spitzen in Wasser, so wurde aus diesem beim Drehen der Maschine Knallgas entwickelt; tauchten an Stelle der Wollaston’schen Spitzen Silberdrähte in eine Kupfervitriollösung, so zeigte sich jener Draht, welcher mit dem Reibzeuge in Ver- bindung gestanden war, nach einer größeren Anzahl von Umdrehungen der Maschine mit Kupfer überzogen (siehe Seite 153). Auch
Faraday
untersuchte die Zersetzungs- wirkung, welche durch die Elektricität auf das Wasser ausgeübt wird. Es gelang aber erst
Armstrong
(1843), mit Hilfe der Dampfelektrisirmaschine (Seite 102) nachzuweisen, daß die Elektricität das Wasser in seine beiden Bestandtheile, Wasser- stoff und Sauerstoff, zerlegt, indem bei dem Durchgange des Stromes dieser Maschine durch Wasser an der Kathode doppelt so viel Gas auftrat als an der Anode und das an der Kathode auftretende Gas stets Wasserstoff, jenes an der Anode stets Sauerstoff war.
Obzwar diese Versuche vom wissenschaftlichen Standpunkte aus des Interesses keineswegs entbehren, knüpfte sich an diese doch keinerlei praktischer Erfolg. Dieser blieb der chemischen Wirkung des
galvanischen
Stromes vorbehalten; warum gerade dieser oder der ihm in seinem Verhalten ähnliche unserer modernen elek- trischen Maschinen für chemische Wirkungen geeignet ist, wurde bereits erörtert. (vergl. Seite 110). Die Versuche, welche
Carlisle
im Jahre 1800, die Zer- setzung des Wassers durch den galvanischen Strom betreffend, ausführte, wurden bereits mitgetheilt
Dr.
Asch
zu Oxford beobachtete 1795, daß beim Eintauchen von Silber- und Zinkplatten letztere sich Oxydirt, und zwar durch Aufnahme von Sauerstoff aus dem Wasser.
Humboldt
wiederholte diesen Versuch und sah, während die Oxydation des Zinkes vor sich ging, an Silber Gasblasen aufsteigen, in welchen er Wasserstoff erkannte.
(Seite 241). Auch wurde
Davy’s
Arbeiten gedacht, welche im Jahre 1807 zur Zerlegung der Alkalien führten (Seite 36 und 244). Von jenen Männern, welche sich elektrochemischen Studien widmeten, dürfen auch
Bunsen
und
Matthießen
nicht unerwähnt bleiben.
Faraday
danken wir überdies noch die auch gegenwärtig übliche Nomenclatur (Seite 242). Im Jahre 1805 zeigte
Brugnatelli
, Professor an der Universität zu Pavia, daß man silberne Münzen unter Vermittlung des Stromes einer Voltasäule mit einer festhaftenden Gold- schichte überziehen könne. Er bediente sich hierzu einer ammoniakalischen Goldchlorid- lösung, in welche er die zu vergoldenden Silbermünzen einhängte und durch einen Silberdraht mit dem negativen Pole der Voltasäule verband, indeß der positive Pol direct mit dem Vergoldungsbade in leitende Verbindung gesetzt wurde. Diese Methode der galvanischen Vergoldung blieb bis 1836 unbeachtet, in welchem Jahre
de la Rive
in Genf seine Versuche begann. Zur Erfindung der eigentlichen Galvano- plastik gelangten fast gleichzeitig
Jacobi
in Dorpat und
Spencer
in Liverpool. Jacobi beobachtete im Februar 1837 bei Experimenten mit einer galvanischen Batterie die Abscheidung von zusammenhängenden, leicht ablösbaren Kupferschichten aus einer Kupfervitriollösung an den negativen Elektroden. Da ihm sofort die Genauigkeit auffiel, mit welcher dieser Kupferniederschlag die Formen der Elektrode nachgebildet hatte, so dachte er auch allsogleich auf Verwerthung dieses Experimentes zur Herstellung von Copien auf galvanischem Wege und führte für dieses neue Verfahren die „Galvanoplastik“ ein. Im Jahre 1838 konnte Jacobi der Peters- burger Akademie bereits Kupferplatten vorlegen, welche vollkommen gelungene Abdrücke tief gravirter Zeichnungen auf anderen Platten darstellten. Kaiser
Nico- laus
gewährte dem Erfinder (1840) die nöthigen Mittel, um das Verfahren aus- zubilden und einer allgemeinen Anwendung fähig zu machen.
Das für die Erfindung gewöhnlich angegebene Datum Juni 1839 gründet sich auf einen Brief, welchen Jacobi um diese Zeit an Faraday richtete und in welchem er seine Methode ziemlich ausführlich auseinandersetzte.
Spencer hatte im Jahre 1840 gleichfalls schon gute Resultate erzielt. Die günstigen Ergebnisse, zu welchen Jacobi und Spencer gelangt waren, lenkten auch neuerdings wieder die Aufmerksamkeit auf die älteren Versuche, bei welchen Gegenstände mit anhaftenden metallischen Ueberzügen versehen wurden.
De la Rive
gelang es auch in der That zuerst (1840), die galvanische Versilberung und Vergoldung in die Praxis einzu- führen.
Boettger
stellte im Jahre 1846 galvanische Eisenniederschläge her und
Jacquin
erfand 1859 das Verstählen der Kupferstichplatten. In neuerer Zeit wurde die Eisengalvanoplastik namentlich von
Klein
in Petersburg zu einer hohen Stufe der Vervollkommnung gebracht. Bei der Wiener elektrischen Ausstellung (1883) erregten besonders die von der Fabrik der kaiserl. russischen Staatspapiere aus- gestellten, zum Theil mit Eisen bedeckten Basreliefs allgemeine Bewunderung. Vom Jahre 1844 an datirt sich eigentlich die Ausbildung der Galvanoplastik zu einem eigenen Industriezweige und gegenwärtig haben es namentlich
Christofle
in Paris und
Elkington
und
Mason
in Birmingham zu einer bedeutenden Höhe künst- lerischer Vollendung ihrer Arbeiten gebracht.
Die nun zu besprechenden praktischen Anwendungen des elektrischen Stromes beruhen fast alle auf der chemischen Wirkung desselben. Die Galvanoplastik, als ein sehr ausgebildeter und bereits gegenwärtig hochwichtiger Industriezweig, erfordert für seine Besprechung naturgemäß einen eigenen Abschnitt. Die übrigen hierher gehörigen Anwendungen der Elektricität lassen sich am besten in die beiden Gruppen Elektrochemie und Elektrometallurgie scheiden, entsprechend den schon längst üblichen Bezeichnungen „chemische Technologie und Metallurgie“.
Elektrochemie.
Ein großer Theil jener Farbstoffe, deren sich heute die Industrie bedient, wird durch verschiedene Umwandlungsprocesse aus dem Steinkohlentheer gewonnen; es sind dies die mannigfachen, prächtig schillernden Anilinfarbstoffe. Ihre Herstel- lung erfolgt großentheils entweder durch Reduction (d. h. Sauerstoffwegnahme) oder durch Oxydation (d. h. Sauerstoffzufuhr) gewisser Substanzen. Zu diesen bisher nach chemischen Methoden bewirkten Reactionen verwendet
Goppelsroeder
in Basel die Elektricität und erfand hierdurch die
elektrische Färberei
. Diese Anwendung der Elektricität zu versuchen, wurde Goppelsroeder durch das kräftige Oxydationsvermögen des Ozons und des Wasserstoffsuperoxydes veranlaßt, welche Stoffe bekanntlich (siehe Seite 243) bei der Elektrolyse des mit Schwefelsäure angesäuerten Wassers entstehen. Die betreffenden organischen Stoffe wurden in Wasser vertheilt und die beiden Elektroden, um eine Vermischung der verschiedenen durch die Elektrolyse des Wassers erzeugten Producte zu vermeiden, durch poröse Zellen voneinander getrennt. So wurden Anilinschwarz, Blau, Violett, künstliches Alizarin u. s. w. dargestellt. Seidenstoffe, welche mit auf diesem Wege hergestellten Farben gefärbt waren, sah man bereits auf den elektrischen Ausstellungen zu Paris und München in vielfältigen Mustern.
Im weiteren Verlaufe seiner Versuche gelangte Goppelsroeder 1. zur gleich- zeitigen Bildung und Fixation von Farbstoffen auf verschiedenen Fasern, 2. zur Zerstörung der auf den Zeugen fixirten Farbstoffe und zu der dadurch hervor- gerufenen Production von weißen Zeichnungen auf einfarbigem Grunde; 3. eben- falls zur Zerstörung der auf den Zeugen fixirten Farbstoffe, aber zu der dadurch bewerkstelligten gleichzeitigen Herstellung von Zeichnungen in neuen Färbungen auf einfärbigem Grunde, 4. zur Verhinderung der Oxydation der Farben während ihres Aufdruckes und 5. zur Herstellung der unter dem Namen „Küpen“ bekannten Lösungen der reducirten oder hydrogenirten Farbstoffe
Körper hydrogeniren heißt, ihnen derart Wasserstoff zuführen, daß dieser an der Zusammensetzung des Körpers Antheil nimmt.
(Indigoküpe, Anilin- schwarzküpe u. s. w.).
Zur gleichzeitigen Bildung und Fixirung von Anilin-Schwarz auf Zeugen oder Papieren verfährt man in nachstehender Weise. Das Zeug wird mit der wässerigen Lösung eines Anilin- salzes (des Chlorhydrates) getränkt und auf eine Metallplatte gelegt, welche auf einer isoliren- den Unterlage, z. B. einer Kautschuk- oder Glasplatte, aufruht. Diese Metallplatte muß für die nachfolgenden Reactionen unangreifbar sein und wird mit dem einen Pole einer Batterie oder einer elektrischen Maschine in Verbindung gesetzt. Auf das nasse Zeug kommt die mit dem zweiten Pole verbundene Metallplatte, welche die zu reproducirende erhabene Zeichnung oder Schrift trägt. Geht hierauf, bei entsprechendem Drucke der letzterwähnten Metallplatte auf das Zeug, der Strom durch, so entsteht eine schwarze Copie. Der Strom braucht höchstens eine Minute lang einzuwirken; die Zeitdauer hängt ab von der Leitungsfähigkeit der Anilin- salzlösung, der Säure, dem Verdickungsmittel, der Temperatur, Stromstärke u. s. w. Ver- bindet man den zweiten Pol der Batterie mit einem Stifte aus Kohle oder unangreifbarem Metall, statt mit einer Druckplatte, so kann man mit diesem Stifte auf dem durchtränkten Zeuge schreiben, und zwar beinahe ebenso schnell wie auf gewöhnliche Art. Die hierbei ent- stehende Schrift oder Zeichnung ist auf der Faser vollkommen fixirt. Um das Fließen der Schrift zu vermeiden, setzt man der Anilinsalzlösung Verdickungsmittel, wie Tragantgummi, Fischleim u. dgl. zu. Dieses Verfahren kann in Bleichereien, Färbereien und Druckereien zum Zeichnen der Stücke Verwendung finden, weil diese Zeichnung den hierauf folgenden Operationen Widerstand leistet.
Umgekehrt kann auch ein Wegätzen oder Rongiren der Farben in ähnlicher Weise bewirkt werden. Man taucht zu diesem Behufe das z. B. mit Türkischroth oder Indigoblau gefärbte Zeug in eine Lösung von Chloraluminium, Kochsalz oder Salpeter und verfährt sonst in der gleichen Weise. Läßt man hierauf den Strom durchgehen, so entwickelt sich am positiven Pole bei Anwendung der beiden ersten Salze Chlor, bei Benützung von Salpeter Salpetersäure. Sowohl Chlor als Salpetersäure verwandeln die Farbe in weiße Oxydations- producte und erzeugen in dieser Weise die gewünschten Zeichnungen weiß auf gefärbtem Grunde. Diese weißen Zeichnungen können in einer anderen Farbe als die des Grundes erhalten werden, wenn man solche Salze wählt, aus welchen durch die Elektrolyse Basen gebildet werden, die als sogenannte Beizen, beim darauf folgenden Eintauchen des Zeuges in ein Färbebad, neue Färbungen auf den geätzten Stellen hervorrufen.
Gleichzeitige Wegätzung der Grundfarbe und Färbung der geätzten Stellen gelang Goppelsroeder z. B. auf türkischroth oder indigoblau gefärbtem Zeuge durch Imprägnirung desselben mit salzsaurem Anilin.
Hierbei ätzt der Strom die ursprüngliche Farbe weg und schlägt auf denselben Stellen Anilinschwarz nieder, so daß man auf diese Weise schwarze Zeichnungen, Schriftzüge, Stempel- abdrücke u. dgl. auf rothem oder blauem Grunde hervorrufen kann. Bekanntlich werden auch verschiedene schwere und edle Metalle in der Druckerei verwendet; auch diese können elektrolytisch auf der Faser niedergeschlagen und fixirt werden. Zu dem Ende wird das Zeug mit der genügend verdickten Lösung des betreffenden Metallsalzes getränkt und hierauf der Einwirkung der negativen Elektrode ausgesetzt. Auch die Verhinderung der Oxydation einer Farbe während des Aufdruckes kann durch Einwirkung der negativen Elektrode erreicht werden. Es werden nämlich in der Färberei eine Reihe von Mischungen benützt, welche sich sehr leicht und rasch oxydiren und dadurch der Druckerei Schwierigkeiten bereiten. Man verhindert deren Oxydation, indem man in den Farbtrog der Druckwalze die negative Elektrode einsenkt, die positive Elektrode in ein kleines Gefäß mit irgend einer leitenden Flüssigkeit taucht und dieses Gefäß mit dem Farbtroge durch eine einfache Röhre, eine poröse Thonplatte oder durch Per- gamentpapier verbindet. Der an der negativen Elektrode sich entwickelnde Wasserstoff ver- hindert dann die Oxydation des Gemisches im Farbtroge.
Die Elektrolyse kann ferner auch zur Bereitung der Küpen des Indigoblau, Anilin- schwarz u. s. w. benützt werden, indem man den an der negativen Elektrode sich entwickelnden Wasserstoff an Stelle der sonst üblichen Reductionsmittel (Eisenvitriol, Zink, Glukose u. dgl.) wirken läßt. So giebt Goppelsroeder für die Darstellung einer basischen Indigoküpe nach- stehendes Verfahren an. Fein gepulverter Indigo wird mit einer concentrirten Lösung von Aetzkali gemischt und dieses Gemisch sowohl in eine Thonzelle als auch in ein größeres Kupfergefäß gebracht; hierauf wird die Thonzelle in das Kupfergefäß eingesetzt, letzteres mit dem negativen Pole einer Batterie oder elektrischen Maschine verbunden und der positive Pol mit einem Platinbleche in Verbindung gesetzt, welches in die Thonzelle eingesenkt wurde. Der an dem den negativen Pol bildenden Kupfergefäße sich unter starker Schaumbildung ent- wickelnde Wasserstoff verwandelt das Indigoblau in Indigoweiß, welches sich in der alkalischen Flüssigkeit auflöst. Diese Umwandlung geht schon bei der gewöhnlichen Temperatur vor sich und ist so einfach durchzuführen, daß ihrer Anwendung im Großen kein Hinderniß entgegen- steht. Baumwolle läßt sich in der so erhaltenen Küpe ebenso schön indigoblau färben wie unter Anwendung der sonst üblichen Küpen. Wie derartige gefärbte Zeuge Zeichnungen auf elek- trischem Wege erhalten können, wurde bereits erwähnt.
Für
Bleichzwecke
wurde die chemische Wirkung des elektrischen Stromes von
Naudin
und später von W. A.
Tichomiroff
und A. P.
Lidoff
benützt. In der Papier- und Textil- industrie spielt das Chlor als
Bleichmitttel
eine wichtige Rolle. Da sich jedoch das Chlor weder als Gas, noch in seiner wässerigen Lösung zum Transporte eignet, so verwendet man eine Sauerstoffverbindung des Chlors, nämlich die unterchlorige Säure in Form ihrer Salze zu oben genanntem Zwecke. Es sind dies hauptsächlich die unterchlorigsauren Salze von Calcium (Hauptbestandtheil des Chlorkalkes), Natrium und Kalium. Die beiden letzterwähnten Bleichsalze stellt man durch Einleiten von Chlorgas in die Lösungen der ätzenden oder kohlen- sauren Alkalien dar und erhält das hierzu erforderliche Chlor, z. B. durch Behandlung von Kochsalz und Braunstein mit Schwefelsäure oder des Braunsteines mit Salzsäure. Tichomiroff und Lidoff erzeugen nun das unterchlorigsaure Salz mit Hilfe des elektrischen Stromes direct aus den in der Natur vorkommenden Chloriden, z. B. aus dem Kochsalze. Leitet man nämlich durch die Kochsalz- (Chlornatrium-) Lösung den elektrischen Strom, so zerlegt dieser das Chlornatrium in seine beiden Bestandtheile Chlor und Natrium; letzteres setzt sich im Augen- blicke seines Entstehens mit dem Wasser um und bildet Aetznatron. Auf dieses wirkt nun das
Fig. 566.
Elektrische Bleiche.
gleichfalls durch die Elektrolyse in Freiheit gesetzte Chlor ein und bildet unterchlorigsaures Natron. Die Menge des durch den elektrischen Strom gebildeten Bleichsalzes hängt nicht nur von der Intensität des Stromes, sondern auch von der Concentration, der Temperatur, der chemischen Beschaffenheit der Lösung u. dgl. ab. Da die meisten Metalle durch Chlor angegriffen werden, wendet man als Elektroden am zweckmäßigsten Kohlenplatten an.
Von den hier in Betracht kommenden Salzen eignet sich zur elektrolytischen Darstellung einer Bleichflüssigkeit am besten das Chlorkalium. Einfluß übt auch die Entfernung der Elektroden voneinander und selbstverständlich auch die Zeitdauer der Stromeinwirkung. Das Bleichen selbst wird in der sonst üblichen Weise durchgeführt. Man befreit zunächst die zu bleichenden Gewebe von Fett, Harz u. dgl. und taucht sie dann entsprechend lange Zeit in die Bleichflüssigkeit ein. Da hierbei stets Salzsäure (Chlorwasserstoffsäure) entsteht und auch Chlor in den Zeugen zurückbleibt, müssen diese nach dem Herausnehmen aus der Bleichsalz- lösung unter Zusatz von Soda oder Pottasche oder noch besser von Antichlor (Natriumbisulfid, Natriumhyposulfit u. s. w.) sorgfältig ausgewaschen werden. Tichomiroff und Lidoff glauben die oben angegebene Darstellung von Bleichflüssigkeiten in der Weise vortheilhaft zur Anwendung bringen zu können, daß sie die natürlichen Rückstände von Salzseen, Salzsoolen oder Meer- wasser der Einwirkung elektrischer Ströme aussetzen, welche elektrische, durch Wasserkraft getriebene Maschinen liefern.
Naudin
und
Bidet
wollen die elektrische Bleiche dadurch industriell verwerthbar machen, daß sie einen continuirlichen Betrieb ermöglichen. Zu diesem Behufe leiten sie durch die Kufe
M
(Fig. 566), welche mit Kochsalzlösung beschickt wird, den Strom einer Maschine
D.
Die beiden Elektroden
E
sind nicht weit voneinander getrennt, damit die durch die Elektrolyse in Freiheit gesetzten Stoffe aufeinander einwirken können. Das an der negativen Elektrode aus- geschiedene Natrium geht also in Aetznatron über und dieses wird durch das an der positiven Elektrode ausgeschiedene Chlor zum Theile in unterchlorigsaures Natron verwandelt. Dieses Bleichsalz dient alsdann im Gefäße
N
zum Bleichen der dort eingesetzten Zeuge. Hierbei wird das unterchlorigsaure Salz zerstört und es entstehen neuerdings Chlornatrium, Salz- säure u. dgl. Diese zum Bleichen unbrauchbar gewordene Flüssigkeit schafft die Pumpe
P
durch das Rohr
B
neuerdings in die Kufe
M
zurück, in welcher sie durch den elektrischen Strom abermals zersetzt wird. Von den Nebenprocessen abgesehen, ist es also immer dasselbe Chlor, mit welchem durch den elektrischen Strom das Bleichsalz gebildet wird, welches dann die bleichende (d. h. oxydirende) Wirkung ausübt, in die ursprünglichen Chlorverbindungen zurückverwandelt wird und neuerdings unter Einwirkung des elektrischen Stromes Bleichsalz bildet. Da dieser continuirliche Proceß gestattet, die beim Bleichen entstehenden, hierzu bei der bisherigen Bleichmethode nicht mehr verwendbaren Chlorverbindungen gewissermaßen zu regeneriren, d. h. in wieder wirksame Chlorverbindungen überzuführen, so kann er unter Umständen praktisch durchführbar erscheinen.
Eine andere Anwendung der Elektrolyse, die sich auch schon in einem beiläufig dreijährigen Großbetriebe praktisch bewährt hat, besteht in der
Rectisication des Alkohols;
sie wurde von
Naudin
erdacht und in der Fabrik
Boulet’s
in
Bapaume-l
è
s-Rouen
eingeführt. Zur Gewinnung von Alkohol benützt man unter Anderm die Abfälle der Rübenzuckerfabrication, als: Zuckerschaum und Melassen, bei niedrigem Zuckerpreise auch den Rübensaft selbst, ferner Kartoffel, Gerste, Weizen u. s. w. Nun treten aber bei der weingeistigen Gährung nicht nur der gewöhnliche Alkohol (Aethylalkohol), sondern auch größere oder geringere Mengen anderer (sogenannter homologer) Alkohole auf, die dem Weingeiste häufig einen unangenehmen Geschmack und Geruch ertheilen und mit dem Namen
Fuselöl
bezeichnet werden. Für viele Anwendungen des Spiritus ist dessen Fuselgehalt nachtheilig und muß daher beseitigt werden. Die bisher angewandten Methoden zur Entfuselung bestehen entweder in einer Oxydation der Fuselöle oder einer Ueber- führung in minder unangenehm riechende Stoffe oder endlich in einer gänzlichen Entfernung derselben z. B. durch gut ausgeglühte Kohle. Die verschiedenen Reini- gungsmethoden sind jedoch mit bedeutenden Verlusten verbunden und erhöhen dadurch den Erzeugungspreis. Naudin ist es nun (nach Berichten in der Zeitschrift
„La lumière électrique“
) gelungen, die Entfuselung des Alkohols durch Anwen- dung der Elektricität in viel ökonomischerer Weise zu erreichen. Naudin sieht nämlich in gewissen unvollständigen Alkoholen, den sogenannten Aldehyden, d. h. Verbin- dungen, die erst durch weitere Wasserstoffaufnahme in Alkohole übergehen, die Ursachen des üblen Geruches und Geschmackes. Die Ueberführung dieser Aldehyde in Alkohole kann durch Wasserstoff im Enstehungszustande (
status nascendi
)
Die Erfahrung lehrte nämlich, daß sich zwei Körper viel leichter verbinden, wenn einer derselben oder auch beide eben aus einer Verbindung abgeschieden werden, also aus dieser entstehen.
bewirkt werden.
Sonach zerfällt die Reinigungsmethode Naudin’s in folgende Operationen: 1. Behandlung des
Lutters
(erstes Destillationsproduct der gegohrenen Flüssigkeit) durch eine Zink-Kupfersäule, d. h. Hydrogenirung. 2. Ansäuern (durch ein Tausend- theil Schwefelsäure) und Elektrolysiren des Lutters in einer Reihe von Voltametern. 3. Neutralisation der Säure durch Zink oder Eisen. 4. Rectification nach einer der gewöhnlichen Methoden.
Die Hydrogenirung des Lutters wird in dem Gefäße
P
(Fig. 567) aus Holz oder Metall vorgenommen. In diesem Gefäße sind wellenförmig gebogene Zinkplatten
b b' b″
… übereinander angebracht und durch zwischengesetzte flache Zinke
a a' a″
… voneinander getrennt.
Um das Ablösen der Wasserstoffblasen während der Reaction zu erleichtern, sind die Platten durchlöchert und gegen den Boden der Kufe leicht geneigt. Bei einem Fassungsraume der letzteren von 150 Hektoliter können 105 Reihen von Zinkplatten eingesetzt werden, welche eine hydrogenirende Fläche von 1800 Qua-
Fig. 567.
Hydrogenirungskufe.
dratmeter (oder 12 Quadratmeter pro Hektoliter) geben. Die Zinkplatten müssen sorgfältig gereinigt sein, was man dadurch erreicht, daß man sie zu- nächst mit einer schwachen Aetznatron- lösung abspült, um das Fett zu ent- fernen, welches ihnen noch vom Walzen her anhaftet, dann mit einer Salzsäure- lösung und endlich mit reinem Wasser abwäscht. Die Zink-Kupfer-Batterie (nach Gladstone \& Tribe) wird dann in der Weise erhalten, daß man auf den gereinigten Zinkplatten Kupfer im pulverförmigen Zustande niederschlägt. Zu diesem Behufe wird durch die Pumpe
O
eine Kupfervitriollösung in die Kufe
P
gepumpt, so daß diese ganz damit gefüllt ist. Man läßt die Zinkplatten 24 Stunden mit der Kupfervitriollösung in Berührung und ersetzt dann die Lösung durch eine neue; diese Operation wird mehrmals wieder- holt. Dann ist die Säule dienstbereit und bleibt es 18 Monate oder zwei Jahre ohne eine Erneuerung zu erfor- dern, wenn für ihre Instandhaltung in entsprechender, weiter unten anzugebender Weise gesorgt wird.
Das zu reinigende Lutter wird durch das Rohr
E
in die Kufe eingeführt und verbleibt darin 6 bis 48 Stunden, je nach dem Grade seiner Verunreinigung und der Höhe der Temperatur. Diesbezüglich ist zu bemerken, daß die Säule unter + 5 Grad nicht functionirt, oberhalb + 35 Grad aber eine stürmische Reaction erfolgt, welche auch den Kupferbeschlag zerstört. Bei normalem Gange tritt eine ständige Entwicklung von Wasserstoff und Sauerstoff durch Zerlegung des Wassers ein. Der Wasserstoff hydrogenirt die Aldehyde und bewirkt so die Entfuselung des Lutters, während der Sauerstoff durch Bildung von Zinkoxyd unschädlich gemacht wird. Um die Reaction zu einer in der ganzen Kufe gleichförmigen zu machen, saugt die Pumpe
O
stets Flüssigkeit durch das Rohr
F
aus der Kufe heraus und führt die Flüssigkeit durch das Rohr
D
wieder zurück, in dieser Weise einen ununterbrochenen Kreislauf bewirkend. Ist die Operation beendet, so wird das gereinigte Lutter durch das Rohr
H
in das Reservoir
R
abgelassen. Das Rohr
N
dient dazu, um den jeweiligen Stand der Flüssigkeit in der Kufe anzuzeigen.
Im Verlaufe des Processes wird also Zinkoxyd gebildet, welches sich in Form eines weißen Pulvers auf den Platten niederschlägt und dann, wenn der Niederschlag stark genug geworden ist, die Reaction hindert. Um dies zu vermeiden, giebt man alle acht Tage einige Tausendtheile Salzsäure zum Lutter in der Kufe (5 Kilogramm Säure auf 150 Hektoliter Lutter) und läßt hierauf Lutter mit Kupfervitriol (5 Kilogramm auf 150 Hektoliter Lutter) einfließen. Dies sind die früher erwähnten Bedingungen, unter welchen die Säule die oben angegebene Zeit brauchbar bleibt. In dem Deckel der Kufe ist noch ein Rohr eingesetzt (in der Figur nicht gezeichnet), durch welches der unverbrauchte Wasserstoff entweichen kann. Damit aber die durch diesen mit- gerissenen Alkoholdämpfe nicht ver- loren gehen, mündet dieses Rohr in eine Kühlschlange.
In den meisten Fällen genügt der vorgeschilderte Reinigungsproceß, um das Lutter zu entfuseln, und kann dieses dann direct den Rectifi- catoren zugeführt werden. Ist dies nicht der Fall, so läßt man das Lutter eine Reihe von Voltametern passiren, in welchen es der Ein- wirkung eines kräftigen elektrischen Stromes ausgesetzt wird. Die Volta- meter bestehen aus cylindrischen Glasgefäßen
A A'
, Fig. 568, von 125 Millimeter Durchmesser und 600 Millimeter Höhe mit oben umgebogenem Rande. Sie sind durch einen Ebonitdeckel, durch welchen die beiden Rohre
B C, B' C'
und die Elektroden +
E — E
eingeführt sind, luftdicht verschlossen.
Fig. 568.
Naudin’s Voltameter.
Durch diese Rohre wird die Circulation des Lutters in der durch die Pfeile angegebenen Weise bewirkt. Als Elektroden dienen gegenwärtig Kupferbleche an Stelle des früher benützten Platins. Jene kleinen Oeffnungen im Deckel, durch welche die stromzuleitenden Drähte eintreten, sind durch Korkstöpseln verschlossen, welche die Rolle von Sicherheitsventilen spielen, für den Fall, als sich eine der Lutterzulaufröhren verstopfen sollte.
Die Gesammtanordnung der Apparate ist aus Fig. 569 zu ersehen; es ist dies eine Skizze der Installation vor dem Brande der Fabrik im December 1881. Das Lutter fließt aus dem Reservoir
A
in die Batteriebottiche
B
, wo die erste Hydrogenirung vorgenommen wird (die Zinkplatten waren hierbei vertical angeordnet).
P
1
ist jene Pumpe, welche den Kreislauf des Lutters durch die Bottiche bewirkt. Das hydrogenirte Lutter wird dann in die Bottiche
C
abgelassen und von hier durch die Pumpe
P
in die Bottiche
D
gebracht, wo es durch ein Tausend- theil Schwefelsäure angesäuert wird. Von hier geht die Flüssigkeit in die Voltameter
F
, muß aber vorher eine kleine Kufe
E
passiren, die zur Regulirung des Zuflusses durch einen automatisch wirkenden Hahn dient. Die aus den Voltametern abfließende Flüssigkeit gelangt dann in die Kufen
G
, wo sie mit Zink zusammentrifft, welches die Säure absättigt. Von hier aus wird das nunmehr vollkommen entfuselte Lutter den in der Figur nicht mehr gezeichneten Rectificatoren zugeführt.
H
ist ein Reservoir für die Kupfersulfatlösung und
K
ein Rohr für die Wasserdampfleitung zum Erwärmen der Flüssigkeiten. Den elektrischen Strom für die Voltameter liefert gegenwärtig eine Siemens-Maschine, deren Magnete in Nebenschluß geschaltet sind. Die Stromintensität wird durch Drahtwiderstände regulirt. Ein Commutator gestattet die beliebige Einschaltung der Voltameter in den Stromkreis. Die Maschine erfordert eine Betriebskraft von 4 Pferdekräften.
Fig. 569.
Alkoholreinigung durch Elektricität.
Bezüglich der mit der elektrolytischen Reinigung erzielten Oekonomie giebt Naudin in dem früher genannten Journale ausführliche Daten unter der Annahme, daß Mais, ein auch nach den alten Processen vortheilhaft zu verarbeitendes Roh- materiale, zur Alkoholgewinnung verwendet wird, und gelangt dabei zu dem Resultate, daß der Hektoliter nach den älteren Methoden gereinigten Alkohols auf 11·77 Francs, des nach der elektrolytischen Methode entfuselten auf 9·28 Francs zu stehen kommt. Abgesehen von diesem gewiß sehr günstigen Ergebnisse muß noch bemerkt werden, daß aus gewissen Rohmaterialien gewonnener Alkohol nach den alten Methoden überhaupt gar nicht vollständig entfuselt werden kann.
Nicht ganz mit Stillschweigen möchten wir im vorliegenden Werke die
elektrosytische Anasyle
übergehen. Die Leichtigkeit, mit welcher durch den galvanischen Strom viele Metalle aus ihren Lösungen ausgefällt werden können, veranlaßte schon vor geraumer Zeit zur Auf- nahme dieser Methode in die quantitative Analyse. Zunächst war es das Kupfer, welches
Gibbs
und
Luckow
durch elektrolytische Ausscheidung quantitativ zu bestimmen suchten. Hierzu veranlaßte namentlich die ausgedehnte industrielle Verwerthung dieses Metalles, die sehr häufig ganze Reihen von Kupfergehaltbestimmungen in möglichst kurzer Zeit verlangt (z. B. in galvanoplastischen und Metallscheide-Anstalten, in Hüttenwerken u. s. w.). Die elektro- lytische Bestimmung des Kupfergehaltes zeichnet sich gegenüber anderen Methoden dadurch aus, daß sie trotz ihrer Genauigkeit bedeutend weniger Arbeit erfordert. An Stelle des Fällens durch chemische Mittel, des Auswaschens und Trocknens von Niederschlägen, Ueber- führens derselben in andere wägbare Verbindungen u. dergl. hat man bei der elektrolytischen Bestimmung die zu untersuchende Flüssigkeit nur in ein zweckmäßig angeordnetes Volta- meter zu bringen und dessen Klemm- schrauben mit den Poldrähten einer Batterie oder Maschine zu verbinden. Voltameter und Elektricitätsquellen stehen in solchen Etablissements, wo regelmäßig viele Kupferbestimmungen zu machen sind, stets dienstbereit zur Verfügung. Die Ausfällung des Kupfers besorgt dann der Strom und der betreffende Chemiker kann die hierdurch ersparte Zeit anderweitig benützen. Das Vortheilhafte dieses Verfahrens veranlaßte auch bald dessen Einführung in allen größeren Etablissements, wie z. B. bei der Mansfeld’schen Ober-Berg- und Hüttendirection, der Gold- und Silberscheide-Anstalt in Frankfurt a. M., bei Christophle, Oeschger und Mesdach u. s. w.
Was die Durchführung der elektrolytischen Kupferbestimmung selbst betrifft, bedient man sich in den verschiedenen Laboratorien allerdings verschiedener Apparate, doch beruhen alle darauf, daß der elektrische Strom aus Kupferlösungen das Kupfer an der negativen Elektrode abscheidet. Die Beschreibung eines dieser Volta- meter wird daher genügen. Christophle bedienen sich zur Bestimmung des Kupfergehaltes ihrer Bäder (für Galvanoplastik) des in Fig. 570 dar- gestellten Apparates. Dieser besteht aus der Platinschale
A
, welche auf dem metallischen Dreifuß
B
ruht, der mit dem negativen Pole der Elektricitätsquelle in Verbindung steht. Die positive Elektrode wird durch die Platinspirale
C
gebildet.
Fig. 570.
Zur elektrolytischen Analyse.
Um Verluste durch Verspritzen der Flüssigkeit in Folge der Gasentwicklung zu vermeiden, wird über die Schale ein Glastrichter
D
gestülpt. Als Elektricitätsquelle dienen zwei hinter- einander geschaltete galvanische Elemente oder eine kleine Gramme’sche Maschine oder eine Clamond’sche Thermosäule. Ebenso bequem als zweckmäßig ist für diese Zwecke
Hauck’s
Thermosäule (siehe Seite 556).
Die elektrolytische Analyse ist jedoch nicht nur auf die Bestimmung des Kupfers beschränkt, sondern kann ebenso vortheilhaft zur Bestimmung von Nickel, Kobalt, Silber, Quecksilber und anderer Metalle dienen, ja sogar auch zur Trennung mehrerer Metalle in einer Lösung Verwendung finden. So werden z. B. Kobalt und Nickel aus einer sauren Lösung durch den elektrischen Strom nicht gefällt; man kann daher diese von Kupfer trennen, indem man den Strom zunächst auf die saure Lösung wirken läßt und dadurch das Kupfer abscheidet. Ist die Abscheidung vollendet, so wird die vom Kupfer getrennte Lösung durch Zusatz von Ammoniak alkalisch gemacht und dann neuerdings der Stromwirkung ausgesetzt. Aus dieser alkalischen Lösung wird dann sowohl Nickel als auch Kobalt im metallischen Zustande abgeschieden.
Elektrometallurgie.
Obwohl auch noch im ersten Stadium der Entwicklung begriffen, hat die Elektrometallurgie doch schon große und vielfältige Verbreitung gewonnen. Die Elektricität, beziehungsweise der durch sie erregte Magnetismus, dient bereits an vielen Orten zur Aufbereitung der Erze, zur Reinmetallgewinnung und auch zur Metallscheidung. Die zahlreichen Anwendungen der Elektricität in der Metallurgie gestatten uns nicht mehr ausführlich hierüber zu berichten; einige wenige Beispiele mögen daher genügen, die Aufmerksamkeit auf einen Zweig der Elektrotechnik zu lenken, der ohne Zweifel dazu bestimmt ist, einer der wichtigsten zu werden. Ob dies in früherer oder späterer Zeit erfolgen wird, hängt von der Ausbildung der bisher noch sehr stiefmütterlich behandelten Elektrochemie ab. Hier bietet sich ein ebenso großes als schönes und dankbares Feld zur Bearbeitung dar; hier könnten elektrotechnische Versuchsstationen, mit Lehrkanzeln verbundene Laboratorien, unter Heranziehung von Chemikern und Hüttenmännern höchst Ersprießliches leisten.
Die Fälle, in welchen man magnetische und nichtmagnetische Erze oder Metalle voneinander zu trennen hat, kommen in der Praxis sehr häufig vor. Daher kommt es auch, daß man schon lange Zeit kräftige Magnete zu solchen Scheidungen benützt.
Chenot
befaßte sich schon im Jahre 1852 mit der Ausführung dieser Idee und construirte auch gemeinschaftlich mit
Froment
einen elektrischen Erzscheider
(électro-trieuse)
. Derlei Apparate, welche jetzt in allen Ländern in ausgedehnter Anwendung stehen, construirten dann
Vavin, Siemens, Edison, Wasser- mann
u. A.
Der Erzscheider von Siemens
ist in Fig. 571 in einem Längsschnitte abgebildet. Die stählerne Rotationsaxe ist mit einer Riemenscheibe zum Antriebe versehen und trägt eine Messingspirale. Letztere umgiebt zunächst ein Messingcylin- der, der oben aufgeschnitten, aufgebogen und mit einer Abstreifvorrichtung ver- sehen ist (siehe auch Querschnitt), welch letztere sich tangential an die Innenwand der Trommel anlegt. Diese Trommel ist nun aus lauter Eisenscheiben zusammen- gesetzt, die sich in geringen Entfernungen voneinander befinden, während zwischen ihnen Messingringe liegen. Außerhalb sind die Eisenringe durch Eisenstangen mit- einander verbunden. Vor Anbringung der Eisenstangen werden zwischen die Eisen- ringe isolirte Drähte gewunden, welche, sobald ein Strom die Drahtwindungen durchkreist, das Eisen magnetisiren. Die Eisenringe bilden sonach mit den Eisen- stangen eigenthümlich geformte Hufeisenmagnete, deren Pole ringförmig gestaltet sind. Die glatte Innenfläche der Trommel stellt sich daher als eine ununterbrochene Reihenfolge von Nord- und Südpolen dar. Wenn der Apparat in Gang gesetzt wird, rotiren die Axe mit ihrer Spirale und die Trommel, während das Messing- rohr feststeht. Die zu trennenden Erze werden durch einen Fülltrichter dem etwas geneigt aufgestellten Erzscheider zugeführt und fallen auf die von den Magnet- polen gebildete Innenwand der Trommel. (Die magnetischen Theilchen sind durch vollgezogene, die unmagnetischen durch punktirt gezeichnete Pfeile angedeutet). Die Magnetpole ziehen die magnetischen Theile an und halten sie fest, während die nichtmagnetischen nach und nach zur tiefsten Stelle der Trommel gleiten und dort herausfallen. Die an den Magneten haftenden Theilchen der magnetischen Metalle oder Erze gelangen durch die Umdrehung der Trommel nach oben und werden dort durch den Abstreifer in das festliegende Messingrohr abgestreift. Aus diesem schraubt sie die Messingschraube der rotirenden Stahlaxe hinaus.
Würde man bei diesem Erzscheider alle Magnetpole gleich stark machen, so vollzöge sich die Erzscheidung gleich an den ersten (am höchsten gelegenen) Magnet-
Fig. 571.
Erzscheider von Siemens.
ringen und es entstünde dort eine Anhäufung der Erze. Dies zu vermeiden, versieht Siemens die ersten Ringe nur mit wenigen Drahtwindungen, die darauffolgenden mit einer stets zunehmenden Anzahl von Windungen und erst die letzten werden voll gewickelt. In dieser Weise erreicht man eine derartige Vertheilung des Magnetis- mus, daß dieser von der Eintrittsstelle der Erze an bis zum Austritte derselben ständig zunimmt. Hierdurch ist ein continuirlicher Betrieb und eine große Leistungs- fähigkeit bei verhältnißmäßig geringen Dimensionen des Erzscheiders erreicht. Die Stärke des zur Magnetisirung zu verwendenden Stromes hängt natürlich von der Natur der Erze ab und muß experimentell bestimmt werden. Dieser Erzscheider kann 20 Tonnen Erz per Tag scheiden. Siemens wurde zur Construction desselben
Urbanitzky
: Elektricität. 50
durch eine belgische Gesellschaft veranlaßt, welche spanische Zinkerze verarbeitet. Der hierbei benützte Galmei (kohlensaures Zink) ist von Spateisenstein (kohlensaurem Eisen) umschlossen und schwer von letzterem ganz zu trennen. Die Mischung des zerkleinerten Materiales besteht also aus Galmei und Spateisenstein, ein Gemenge, welches durch keinerlei Aufbereitungsart geschieden werden konnte. Man war daher gezwungen, das Eisen beim ganzen Destillationsprocesse (zur Ausbringung des Zinkes) mitzuschleppen und erhielt dadurch einen bedeutenden Aufwand von Kohle. Dies ist nun durch den von Siemens construirten Erzscheider vermieden. Eine Röstung des Erzgemenges genügt, um die eisenhältigen Erztheilchen paramagnetisch (siehe Seite 38) zu machen, wodurch dann die oben geschilderte magnetische Auf- bereitung ermöglicht ist. Der Erzscheider von Siemens ist gegenwärtig namentlich in Spanien in vielfacher Verwendung.
Fig. 572.
Erzscheider von Vavin.
Vavin’s Erzscheider
ist in Fig. 572 abgebildet; er besteht aus zwei übereinander angeordneten Cylindern
A
und
B
, welche im gleichen Sinne in Rotation gesetzt werden und auf welche die zu scheidenden Erze auffallen. Die Oberfläche dieser Cylinder ist aus vor- springenden weichen Eisenringen
c c c
… gebildet, die durch Kupferstreifen
o o o
.. vonein- ander getrennt sind. Jede Eisenlamelle steht mit hufeisenförmigen Magneten
a a a
in Ver- bindung, so daß eine Lamelle durch den einen, die benachbarte durch den anderen Pol mag- netisirt wird.
C
und
D
sind rotirende Bürsten, welche das magnetische Erz abstreifen. Die Bewegung der rotirenden Theile wird durch die Riemenscheibe
G
vermittelt, welche durch das auf ihre Axe aufgekeilte Zahnrad
J
die mit den Cylindern verbundenen Zahnräder
I
und
H
sowie auch die mit den Bürsten verbundenen Sternräder
K
und
L
in Umdrehung versetzt. Die Zuführung des Materiales erfolgt durch den Fülltrichter
E
und die Schüttellade
F
, welcher ihre vibrirende Bewegung durch die Rollen
x
und
v
und den dazu gehörigen Schnurlauf ertheilt wird. Der obere Cylinder besitzt vier, der untere fünf Eisenringe; hierbei sind diese gegeneinander so angeordnet, daß die Eisenringe des unteren Cylinders den Zwischen- räumen (Kupferstreifen) des oberen Cylinders gegenüberstehen und umgekehrt. Es werden daher jene magnetischen Theilchen, die nicht schon vom oberen Cylinder festgehalten werden, sicher vom unteren angezogen. Von den Magneten, welche die Eisenringe magnetisiren, besitzt jeder eine Tragfähigkeit von 5 Kilogramm; solcher Magnete befinden sich in dem oberen Cylinder 15, im unteren 20.
„La lumière électrique“
(1881) giebt an, daß mehr als 33 solcher Apparate in verschiedenen Etablissements zur Trennung von Metallspähnen und Feilicht und sieben zur Erzscheidung in Verwendung stehen.
Edison’s magnetischer Erzscheider
zeichnet sich durch außerordentliche Einfachheit aus und ist auch nach einem von den vorbeschriebenen Apparaten abweichenden Principe construirt. Eine perspectivische Ansicht desselben giebt Fig. 573. Anstatt Elektromagnete in Contact mit den Erzen auf diese die Anziehungskraft ausüben zu lassen, bedient sich Edison der magnetischen Fernwirkung. Die Erze fallen aus dem Fülltrichter vertical hinab und passiren während ihres Falles an den Polen eines Elektromagnetes vorbei. Durch diese werden die magnetischen Erze während ihres Falles von der verticalen Fallrichtung abgelenkt, indeß die unmagnetischen ihren Weg in unveränderter Richtung fortsetzen. (In der Figur umschließt der auf der rechten Seite des Apparates sichtbare Kasten den Elektro- magnet.) Dieser sehr einfache Apparat steht gegen- wärtig in Amerika in vielfacher Anwendung.
Obwohl nicht in die Metallurgie, sondern in die Keramik fallend, möge hier noch einer Vor- richtung gedacht werden, die, auf demselben Principe wie die Erzscheider beruhend, zur
magnetischen Reinigung der Porzellanmassen
dient. Es ist ebenso schwierig als absolut unerläßlich, die Porzellan- masse von Eisentheilchen vollkommen zu befreien, wenn man tadellos weißes Porzellan erhalten will.
Pilliduyt \& Söhne
in
Mehun-sur-Y
è
vre
und
Creil
überwinden diese Schwierigkeit auf magnetischem Wege. Die dünnflüssige Masse wird nämlich an den Polen eines kräftigen Elektro- magnetes vorbeigeführt. Es ist zu diesem Zwecke ein kräftiger Elektromagnet in horizontaler Lage befestigt, der durch eine kleine Gramme’sche Maschine angeregt wird. Zwischen beiden in geringer Ent- fernung voneinander befindlichen Magnetpolen läuft eine Rinne, in welche oben durch einen Trichter die Porzellanmasse zugeführt und durch ein unten angebrachtes Ableiterohr weiter geleitet wird. Die Masse fließt dann in dünner Schichte durch die an den Magnetpolen anliegende Rinne; hierbei werden die Eisentheilchen durch die kräftige magnetische Wirkung zurückgehalten. Der Apparat ist im Stande, täglich 500 bis 600 Kilogramm Porzellanmasse zu reinigen. (Der Eisengehalt ergab sich zu je 1 Gramm auf 12 Kilogramm.) Es genügt eine zweimalige Reinigung täglich zur Entfernung der zurück- gehaltenen Eisentheilchen aus der Rinne. Nach
Fig. 573.
Edison’s Erzscheider.
Abstellen des elektrischen Stromes kann dies durch Abspülen mit Wasser unter Druck bewirkt werden.
Eine eigenartige Anwendung finden elektrische Ströme bei der Gold-Silber- gewinnung. Aus Mineralien, welche Gold oder Silber enthalten, werden diese Metalle in der Weise erhalten, daß man das ganze Materiale pulvert und dann mit Quecksilber behandelt; hierbei bildet sich das Amalgam des betreffenden Metalles (d. h. die Verbindung mit Quecksilber) und hieraus erhält man das Metall selbst durch Abdestilliren des Quecksilbers. Dieses Verfahren bringt keine besonderen Schwierigkeiten mit sich, so lange die Gangart nur aus Quarz besteht, es wird aber sehr erschwert und vertheuert, wenn, wie das bei vielen Erzen der Fall ist, auch Schwefelarten und andere Verbindungen das Edelmetall begleiten. Die An- wesenheit solcher Substanzen verschmiert und verunreinigt nämlich das Quecksilber
50*
und beraubt dieses seiner blanken Oberfläche, wodurch die Aufnahme der Gold- theilchen durch das Quecksilber verhindert wird. So giebt
Guerout
an, daß z. B. ein Quarz, der per Tonne 1250 Gramm Gold enthält, unter den genannten Um- ständen die Goldgewinnung unmöglich machte. Man hat diesen Uebelstand durch Zusatz von Natrium zum Quecksilber oder Reinigen desselben durch einen Chlor- strom zu beseitigen vorgeschlagen, aber, wie es scheint, keinen vollkommen befriedigen- den Erfolg damit erzielt. Hingegen gelang es
Richard Barker
, durch Anwendung der Elektricität den angestrebten Zweck zu erreichen. Er beobachtete nämlich die merkwürdige Thatsache, daß bei Verbindung des Quecksilbers mit dem negativen Pole einer Elektricitätsquelle und des darüber fließenden Wassers mit dem positiven
Fig. 574.
Elektrisches Verfahren zur Goldgewinnung.
Fig. 575.
Pole die Verunreinigungen des die Kathode bildenden Quecksilbers von diesem weg und zur Anode (zum Wasser) getrieben werden, wodurch also das Quecksilber wieder seine blanke Oberfläche erhält.
Auf Grund dieser Thatsache ließ sich Barker das nachstehend beschriebene
elektrische Verfahren zur Gewinnung von Gold und Silber
patentiren. Die gepulverten und in Wasser aufgeschlämmten Erze fließen wie gewöhnlich über die schwach geneigte Fläche
A A
(Figur 574) und passiren bei ihrem Herabfließen das in den die Fläche quer durchziehenden Trögen
a a
… befindliche Quecksilber. Dieses nimmt bei blanker Oberfläche die Goldtheilchen auf, während der Schlamm der Gangart abfließt. Um nun die Quecksilberflächen blank zu erhalten, verbindet Barker die Quecksilbertröge mit dem negativen Pole einer elektrischen Maschine und macht sie dadurch zu Kathoden. Der positive Pol der Maschine wird mit dem über das Quecksilber fließenden Wasser in Verbindung gesetzt und macht dieses zur Anode. Der vom negativen Pole der Maschine kommende Strom tritt durch den Draht
m
in die Quecksilberrinne 1 ein, fließt von dieser durch den Verbindungs- draht
m
zur Rinne 2 u. s. w. bis zur Rinne 10. Die Zuleitung des positiven Stromes zeigt für die Rinnen 1, 2 und 3 (Fig. 575). Auf einer hölzernen, durch die Schnurscheibe
C
in Umdrehung versetzten Walze sind vier Metallschienen
s
parallel zur Axe der Walze befestigt, die durch drei Metallringe (in der Mitte und an beiden Stirnseiten) festgehalten werden. An diesen Metallschienen sind der ganzen Länge nach radial abstehende Metalldrähte
e
angebracht, deren Länge so bemessen ist, daß ihre Enden während der Rotation der Walze in das über die schiefe Ebene fließende Wasser tauchen, aber die Quecksilberoberfläche nicht berühren. Auf jenem Metallringe der Walze, welcher sich auf dem von der Schnurscheibe abgewandten Ende befindet, schleift ein Contactstift
v
, der mit dem positiven Pole der elektrischen Maschine in leitender Verbindung steht; hierdurch werden die Metall- schienen und somit auch die abstehenden Drähte zu Anoden gemacht. Auf den Holztheilen der Walze, welche zwischen den Metallschienen liegen, sind Holzstäbe
r
in gleicher Weise befestigt wie die Drähte; sie sind aber länger wie die letzteren und tauchen daher bei Umdrehung der Walze in das Quecksilber ein, wodurch letzteres, um die Amalgamirung zu erleichtern, in ständiger Bewegung erhalten wird.
Ueber den Quecksilberrinnen 4, 5 und 6 fungiren die Walzen
b
(Fig. 574) mit ihren Holzstiften
r
nur als Rührvorrichtungen; die Zuführung des positiven Stromes in das Wasser geschieht nicht durch die Walze wie vorhin, sondern durch Drähte
n
, welche in das Wasser tauchen und an den Matallstangen
f
befestigt sind. Die Rinnen 7 und 8 besitzen keine Rührvorrichtungen mehr; die Strom- zufuhr erfolgt durch die auf den Walzen
D
aufgesetzten Metallstifte
z.
Da derartige Paare von Metallstiften (wie die Figur erkennen läßt) nur an den Enden
eines
Walzendurchmessers angebracht sind, so kann natürlich die Stromzufuhr nur inter- mittirend sein, also bei jeder vollen Umdrehung der Walze nur zweimal eintreten. Ueber den Rinnen 9 und 10 endlich befinden sich gar keine Walzen mehr, hier erfolgt die Stromzuleitung durch die enge aneinander angeordneten, quer oder quer und der Länge nach zu den Rinnen gestellten Metalldrähte
g;
in 9 und 10 sind die Drähte wieder an Metallstangen
f
befestigt. Die mit diesem Verfahren erzielten Resultate sollen sehr zufriedenstellende sein.
Auch die Wärmewirkung des galvanischen Stromes suchte man für die Metallurgie auszunützen.
William Siemens
construirte nämlich einen
Apparat zum Schmelzen schwerflüssiger Stoffe durch den Voltabogen.
Zur Erreichung sehr hoher Temperaturen standen bis jetzt zwei Mittel zur Verfügung: Das Knallgasgebläse und der Regenerativofen. Bei ersterem wird ein sehr hoher Hitzegrad durch die Vereinigung reinen Sauerstoffes mit einem reichen brennbaren Gase unter Ein- wirkung eines Gebläses erzielt, während beim Regenerativofen die durch langsame Verbrennung eines armen Gases erzeugte Wärme durch eine Art Aufsammlungsverfahren in Wärme- magazinen in ihrer Wirkung gesteigert wird. Die bei beiden Verfahren erzielten Temperaturen reichen jedoch beiweitem nicht an jene Temperatur hinan, welche durch den Voltabogen er- reicht werden kann. Schon im Jahre 1807 war es
Humphrey Davy
gelungen, mittelst eines Stromes von 400 Wollaston’schen Elementen Pottasche zu zersetzen; aber erst die Ent- wicklung und Ausbildung der elektrischen Maschinen bis zu ihrem heutigen Stande konnte die Idee aufkeimen lassen, die durch den Voltabogen erzeugte, alle durch die bisher bekannten Mittel erreichbare, weit übersteigende Temperatur zur Schmelzung größerer Mengen schwer- flüssiger Stoffe zu benützen.
William Siemens
hat nun in der That einen Apparat ersonnen, durch welchen er in den Stand gesetzt wurde, schwerflüssige Stoffe in größerer Menge durch den elektrischen Strom zu schmelzen. Er beschreibt denselben in nachfolgender Weise: Der Apparat besteht aus einem gewöhnlichen Schmelztiegel
T
von Graphit (Fig. 576) oder anderem sehr schwer schmelzbarem Materiale, welches in ein auf einem Dreifuß stehendes metallisches Gefäß oder Hülle
H
, unter Ausfüllung des Zwischenraumes mit gestoßener Holzkohle oder mit einem anderen schlechten Wärmeleiter eingesetzt ist. Durch den Boden des Schmelztiegels ist ein Loch gebohrt, durch welches ein Stab von Eisen, Platin oder von Gaskohle, wie solche zur elektrischen Be- leuchtung gebraucht wird, eingeführt ist. Der Deckel des Schmelztiegels ist ebenfalls durch- bohrt, um die negative Elektrode aufzunehmen, als welche womöglich ein Cylinder von ge- preßter Kohle von vergleichsweise beträchtlichen Abmessungen gewählt wird. An dem einen Ende
A
eines in der Mitte unterstützten Balkens
A B
ist die negative Elektrode durch einen
Fig. 576.
Schmelzofen von Siemens.
aus Kupfer oder aus einem anderen guten Leiter der Elektricität hergestellten Streifen aufgehängt, während am anderen Ende
B
des Balkens ein hohler Cylinder von weichem Eisen befestigt ist, welcher sich vertical in einer Drahtspule
S
frei bewegen kann, die einen Gesammtwiderstand von etwa 50 Ohm- schen Einheiten darbietet. Durch ein Lauf- gewicht
G
kann das Uebergewicht des nach der Drahtspule hin liegenden Balkenarmes so verändert werden, daß es die magnetische Kraft, mit welcher der hohle Eisencylinder in die Solenoidrolle
S
hineingezogen wird, ausgleicht. Ein Ende der Drahtspule ist mit dem positiven, das andere Ende mit dem negativen Pole des elektrischen Bogens verbunden. Der Widerstand des Bogens wird dadurch nach Belieben bestimmt und innerhalb der Grenzen, welche die Kraft- quelle zuläßt, festgestellt, indem man das Gewicht auf dem Balken verschiebt. Ver- größert sich aus irgend welcher Ursache der Widerstand des Bogens, so gewinnt der durch die Drahtspule gehende Strom an Kraft, die magnetische Anziehung überwindet das entgegen wirkende Gewicht und ver- ursacht dadurch, daß die negative Elektrode tiefer in den Schmelztiegel eintaucht, während, wenn der Widerstand unter die gewünschte Grenze sinkt, das Gewicht den Eisencylinder in die Spule zurücktreibt, wodurch sich die Länge des Bogens so lange vergrößert, bis das Gleichgewicht zwischen den wirkenden Kräften wieder hergestellt ist. Außer der automatischen Regulirung des Lichtbogens ist es für das Gelingen der Schmelzung von Wichtigkeit, das zu schmelzende Material zum positiven Pole zu machen, da bekanntlich an diesem die weitaus größte Wärmemenge erzeugt wird.
In einem solchen elektrischen Schmelztiegel brachte
William Siemens
1 Pfund zerbrochener Feilen in 13 Minuten zum Schmelzen. Der Tiegel hatte hierbei eine Tiefe von 20 Centimeter und der dazu angewandte Strom konnte in einer Regulatorlampe ein Licht von 6000 Normalkerzen erzeugen. Bei Anwendung eines Kohlencylinders als negativen Pol kann aber durch Loslösung von Kohlentheilchen auch eine chemische Veränderung des zu schmelzenden Materiales bewirkt werden; will man diese vermeiden, so muß für die negative Elektrode ein Stoff gewählt werden, welcher keine Substanz an den Bogen abgiebt.
Siemens
verwendet dazu einen sogenannten Wasserpol, das heißt ein Rohr aus Kupfer, durch welches zur Abkühlung ein Wasserstrom fließt. (In der Figur getrennt gezeichnet.)
Bezüglich der Kosten der elektrischen Schmelzung hat
Siemens
berechnet, daß beim Gebrauche einer dynamoelektrischen Maschine, welche durch eine Dampfmaschine getrieben wird, theoretisch betrachtet, ein Pfund Kohle nahezu ein Pfund Gußstahl schmelzen kann. Um eine Tonne Stahl in Schmelztiegeln in dem in Sheffield benutzten gewöhnlichen Gebläseofen zu schmelzen, werden 2 ½ bis 3 Tonnen besten Durham-Coaks gebraucht. Dieselbe Wirkung wird mit einer Tonne Kohle erzeugt, wenn die Schmelztiegel im Regenerativ-Gasofen erhitzt werden, während, um große Mengen Gußstahles im offenen Herde desselben Ofens zu er- zeugen, 12 Centner Kohle zur Gewinnung einer Tonne Stahl genügen.
Zu Gunsten dieses Verfahrens sprechen folgende Umstände: 1. Daß der erreichbare Hitzegrad theoretisch unbegrenzt ist. 2. Daß die Schmelzung in einer vollkommen neutralen Atmosphäre vor sich geht. 3. Daß das Verfahren im Laboratorium ohne viel Vorbereitung und unter dem Auge des Beobachters vorgenommen werden kann. 4. Daß bei Benützung der gewöhnlichen, schwer schmelzbaren Materialien die praktisch erreichbare Grenze der Hitze sehr hoch liegt, da im elektrischen Schmelzofen das schmelzende Material eine höhere Temperatur als der Schmelztiegel selbst hat, während im gewöhnlichen Verfahren die Temperatur des Schmelztiegels diejenige des darin geschmolzenen Materiales übersteigt. Wenn demnach der beschriebene elektrische Schmelzofen auch die bisher üblichen Schmelzöfen kaum verdrängen dürfte, so werden die eben angegebenen Vortheile ihn doch zu einem zweckmäßigen Hilfsmittel zur Ausführung chemischer Reactionen verschiedenster Art bei Temperaturen und unter Um- ständen, die bisher nicht erreichbar waren, machen.
Eine viel ausgedehntere Anwendung als zu den oben beschriebenen Zwecken findet die Elektricität im hüttenmännischen Betriebe zur
Reinmetallgewinnung durch Elektrolyse.
Siemens \& Halske
haben sich schon seit geraumer Zeit mit dem Studium dieser Industrie befaßt und auch Maschinen construirt (siehe Seite 389), welche auf einzelnen Werken in ganzen Batterien aufgestellt Tag und Nacht zur Metallabscheidung verwendet werden.
Gramme’
sche Maschinen arbeiten sechs an der Zahl in der Norddeutschen Affinerie-Actiengesellschaft in Hamburg. Die elektrolytische Abtheilung dieser Fabrik besteht seit dem Jahre 1875. Haupt- gegenstand der Fabrication ist die Herstellung von Kupfer von fast absoluter Reinheit. (Die Analysen ergeben 99·95 Procent Kupfer.) Dasselbe wird aus silber- und goldhaltigem Rohkupfer auf elektrischem Wege geschieden, während man gleich- zeitig den Gesammtgehalt an Edelmetall gewinnt. Nach einer Modification desselben Verfahrens werden auch Kupfer-Silberlegirungen bis zu 50 Procent Silbergehalt direct in Silber und Kupfer zerlegt; in den Jahren 1877—1878 ist auf diese Weise ein großer Theil der deutschen Scheidemünzen geschieden und dabei neben 115.000 Kilogramm reinem Kupfer über 33 Kilogramm Silber und 23·5 Kilo- gramm Gold gewonnen worden. Die tägliche Kupferproduction beträgt zur Zeit (1881) bei 24stündiger Arbeit 1600 Kilogramm. Die sechs Gramme’schen Maschinen werden durch eine circa 30pferdige Dampfmaschine betrieben. Neben der Kupfer- abscheidung wird seit Ende des Jahres 1878 nach einer neuen elektrolytischen Methode aus Legirungen, die neben Gold noch Blei, Silber, Kupfer, Platin, Palladium u. s. w. in den verschiedensten Gewichtsverhältnissen enthalten, ein Gold von 1000 Promille Feingehalt gewonnen. Im Jahre 1880 sind auf diese Weise 1200 Kilogramm Feingold dargestellt worden. In kleineren Quantitäten wird chemisch reines Silber auf elektrischem Wege dargestellt und als Nebenproducte der Elektrolyse erhält man Bleisuperoxyd, Nickelsulfat, Nickelammoniumsulfat, Platin, Palladium, die Verbindungen dieser Metalle u. s. w.
Die elektrische Reinigung von
Kupfer
, welches bereits den Raffinirofen passirt hat und höchstens 2 Procent Verunreinigungen enthält, ist wohl der ein- fachste Fall der Reinmetallgewinnung im Großen.
Siemens
spricht sich hierüber in nachstehender Weise aus: Für diesen Fall passen Dynamomaschinen
C
1
(siehe Seite 389, Fig. 264) und
C
2
, von denen die erste 6 Centimeter, die zweite 3 Centimeter Reinkupfer in 24 Stunden in 12 hintereinander geschalteten Bädern liefert; der Arbeitsverbrauch beträgt bei
C
1
beiläufig 10, bei
C
2
beiläufig 5 Pferde- kräfte. Die Elektrodenoberfläche in jedem Bade muß beiläufig 30 Quadratmeter betragen (z. B. 30 Platten Rohkupfer von 0·5mal 1 Meter und gleich viele Reinkupferplatten), der Querschnitt der Leitung beiläufig 20 Quadratcentimeter. Für jede Art von Metallniederschlag durch den elektrischen Strom, ja sogar für jeden elektrochemischen Proceß im Allgemeinen lassen sich Maschinen construiren, welche die betreffende Zersetzung in größerem Maßstabe bewirken. Bedeutend größere Maschinen als
C
1
zu construiren, ist aus verschiedenen Gründen unvor- theilhaft; wenn Maschinen dieser Größe nicht genügen, ist es zweckmäßiger, mehrere solcher Maschinen zu verwenden und jeder Maschine einen eigenen Betrieb anzu- weisen. Enthält das zu reinigende Rohmetall viel mehr fremde Bestandtheile, als z. B. raffinirtes Kupfer, so muß für eine bestimmte Niederschlagsmenge umso mehr Arbeitskraft aufgewendet werden, je unreiner das Rohmaterial ist. Am meisten Arbeitskraft ist nöthig, wenn das Materiale nicht aus unreinem Metall, sondern aus einer Lösung ausgeschieden werden soll; in diesem Falle müssen als Kathoden Kohle, Platin, Blei oder andere schwer oxydirbare Stoffe verwendet werden, an welchen alsdann Gasentwicklung stattfindet.
Die Elektrolyse wird auch zur
Entsilberung des Bleies
benützt;
Keith
gießt das Werkblei in dünne Platten, umgiebt diese mit Mousselin und benützt sie dann als Anode in einer Zersetzungszelle, welche schwefelsaures Blei und essigsaures Natron in wässeriger Lösung enthält. (70—85 Gramm Bleisulfat auf 780 Gramm essigsaures Natron.) Als Katho- den werden Bleiplatten verwendet. Das Blei wird dann an diesen durch Elektrolyse im krystallinischen Zustande abgeschieden, während in dem die Anode umgebenden Sack das Silber und die übrigen Metalle zurückbleiben.
Um die Polarisation zu vermeiden, muß man die Lauge in ständiger Circulation er- halten. Die Raffinirung silberhaltigen Schwarzkupfers wird in Elkington, Hamburg, Moabit, Oker u. s. w. auf elektrolytischen Wege im Großen ausgeführt, jedoch hält man die hierbei zur Anwendung kommenden Methoden geheim.
Gegenwärtig beschränkt man sich jedoch nicht mehr darauf, nur unreine Metalle auf elektrolytischem Wege zu reinigen oder Metallegirungen zu scheiden, sondern hat vielmehr auch schon mit Erfolg
die Abscheidung der Metalle direct aus den Erzen
versucht. Ein diesbezügliches Verfahren, welches sich
Blas
und
Miest
patentiren ließen, besteht in der elektrolytischen Verarbeitung der Schwefelmineralien. Wendet man nämlich als Anode ein Schwefelmineral an, welches dasselbe Metall enthält als das Bad, so erhält man an der Kathode das Metall des Bades, beziehungsweise des Minerals, während an der Anode Schwefel niederfällt. Bei Erzen, welche Antimon und Arsen enthalten, fallen diese ebenfalls an der Anode nieder, jedoch zumeist in der Form ihrer Oxyde, die man dann durch weitere Elektrolysirung leicht trennen kann. Blas und Miest pressen bei ihrem Ver- fahren die auf 5 Millimeter Korngröße zerkleinerten Schwefelverbindungen (z. B. Zinkblende, Bleiglanz, Kupferkies) in Formen aus Stahl unter einem Drucke von 100 Atmosphären zunächst kalt und dann bei 600 Grad in Platten zusammen und nennen diese Procedur die Agglomeration. Die hierauf rasch abgekühlten Platten werden dann an Eisenstangen befestigt, in das Bad eingehängt und mit dem positiven Pole einer Maschine in Verbindung gesetzt. Das Bad besteht bei An- wendung von Zinkblende aus Zinksulfat, Nitrat oder Chlorid. Eine unlösliche Metallplatte bildet die Kathode.
Die Darstellung des
Aluminiums
durch Elektrolyse ist bereits
Bunsen
gelungen unter Anwendung des bei 200 Grad schmelzenden Doppelsalzes Chlornatrium — Chloralu- minium. Die Trennung gelingt jedoch schwierig und erfordert eine sorgfältige Regulirung der Temperatur. Gewöhnlich wird das Aluminium durch Zersetzen des genannten Doppelsalzes mit Natrium gewonnen. Der Preis des Aluminiums hängt also direct von jenem des Natriums ab. Ein Kilo des letzteren kostet gegenwärtig beiläufig 40 Frcs. In jüngster Zeit soll es aber gelungen sein (nach einer Mittheilung in
Bulletin de la compagnie internationale des téléphones
), das Natrium durch ein neues elektrolytisches Verfahren zu 1 Frc. per Kilo herzustellen. Da Aluminiumverbindungen in der Natur in großer Menge vorkommen, würde dies den Preis (von gegenwärtig circa 300 Frcs. per Kilo) des für viele technische Ver- werthungen höchst schätzenswerthen Metalles bedeutend erniedrigen und dasselbe zu einer aus- gebreiteten Anwendung befähigen.
Für die elektrolytische Darstellung des Aluminiums und Magnesiums (überhaupt für die Elektrolyse der alkalischen Erden) hat sich
Graetzel
ein Verfahren patentiren lassen, dessen Princip darin besteht, daß durch einen geeigneten Apparat die Kathode einem reducirenden Gase ausgesetzt und vor der Einwirkung der an der Anode sich entwickelnden Gase geschützt wird. Fig. 577 stellt im Schnitte den elektrischen Apparat für den speciellen Zweck der Alu- miniumgewinnung dar. Er besteht aus einem Schmelztiegel
g
, in welchem ein als Kathode dienendes Metallgefäß
b
eingesetzt ist. Der Tiegel ist aus Fa
ï
ence oder einem anderen feuer-
Fig. 577.
Apparat zur Magnesiumgewinnung.
festen Materiale verfertigt und wird gegen directe Berührung mit dem Feuer durch die Metall- hülle
h
geschützt. Bei Anwendung eines Graphittiegels entfällt diese Hülle. Der Tiegel wird durch einen aus demselben Materiale gefertigten Deckel geschlossen, welcher in der Mitte mit einer großen Oeffnung zur Aufnahme des Gefäßes
e
und mit zwei Bohrungen zum Ein- setzen der Röhren
a a'
versehen ist. Das Gefäß
e
(in der Figur auch separat gezeichnet) besteht aus Porzellan und ist oben durch einen Deckel verschlossen, welcher die Anode, ein Stück Kohle
c
, trägt. Das Rohr
f
dieses Gefäßes ist zur Ableitung des an der Anode sich entwickelnden Gases bestimmt. Die Oeffnungen im unteren Theile der Zelle ermöglichen die Circulation des geschmolzenen Salzes (Chloraluminiums). Durch das Rohr
a
wird ein reducirendes Gas eingeleitet, welches bei
a'
wieder entweicht. In das Gefäß
e
werden auch noch parallel zur Kohle prismatische Stücke
d
eingesetzt, welche aus gleichen Theilen Thon- erde und Kohle (für Magnesiumgewinnung aus Magnesia und Kohle) gebildet werden. Die Kohle verbindet sich dann mit dem Sauerstoff der Thonerde und das Aluminium mit dem an der Anode sich entwickelnden Chlor. Das hierdurch erzeugte Aluminiumchlorid vereinigt sich mit der geschmolzenen Masse. Es können auch mehrere dieser Apparate verbunden werden, welche eine gemeinschaftliche Röhrenleitung für die Zu- und Ableitung des reducirenden Gases erhalten. Die Darstellung des Magnesiums nach diesem Verfahren wird bereits in größerem Maßstabe betrieben, während hingegen für die Darstellung des Aluminiums noch einige Schwierigkeiten zu überwinden sind.
Galvanoplastik.
Unter Galvanoplastik im weiteren Sinne des Wortes versteht man die Er- zeugung zusammenhängender Metallniederschläge durch Elektrolyse; man kann hierbei die Erreichung zweier voneinander principiell verschiedener Zwecke anstreben: Die Ueberkleidung eines Gegenstandes mit einer Metallschichte, welche mit dem Körper fest verbunden ist, oder die Herstellung ablösbarer Metallüberzüge, welche eine gewissermaßen negative Copie des benützten Körpers darstellen. Das ersterwähnte Verfahren bezeichnet man mit dem Namen
Galvanostegie
, das letzterwähnte heißt
Galvanoplastik
im engeren Sinne. Der speciellen Betrachtung dieser beiden Zweige wollen wir jedoch einige allgemeine Angaben vorausschicken.
Die hohe industrielle Bedeutung, welche die Galvanoplastik schon seit längerer Zeit besitzt, noch speciell hervorheben zu wollen, erscheint allerdings überflüssig; immerhin dürften aber einige statistische Angaben nicht ohne Interesse sein. Wir entnehmen diese einem Vortrage H.
Bouilhet’s
. Hiernach schlägt eine einzige Fabrik, nämlich
Christofle
in Paris, jährlich über 6000 Kilogramm Silber in ihren Zersetzungszellen nieder und hat auf diese Weise seit dem Jahre 1842 (dem Jahre ihrer Gründung) mindestens 169.000 Kilogramm Silber verarbeitet, durch welches Gegenstände in unschätzbarer Anzahl mit einer ihrem Gebrauche entsprechend dicken Silberschichte versehen wurden. Die Dicke dieser Ueberzüge wird im Mittel derart bemessen, daß 3 Gramm Silber auf den Quadratdecimeter kommen. Die von dieser einzigen Fabrik mit Silber bedeckte Fläche umfaßt also mindestens 563.000 Quadratmeter, d. h. mehr als 56 Hektar. Nach sicheren Angaben schätzt Bouilhet die gegenwärtig in ganz Paris per Jahr erzeugten Silbernieder- schläge auf 25.000 Kilogramm, die in Amerika und Europa zusammen auf beiläufig 125.000 Kilogramm, welches Quantum einen Werth von 25 Millionen Frcs. repräsentirt.
Die in der Galvanoplastik im Allgemeinen zur Verwendung kommenden
Elektricitätsquellen
sind galvanische Elemente, Thermosäulen und elektrische Maschinen. Von den galvanischen Elementen können nur jene verwendet werden, welche einen hinlänglich starken und gleichbleibenden Strom liefern, also nur con- stante Elemente. Wir haben dieselben bereits kennen gelernt und erwähnen nur noch, daß für galvanoplastische Zwecke z. B. Elemente nach Daniell, Meidinger, Bunsen, Grove, Smee u. s. w. besonders geeignet sind. Die Thermosäulen sind zwar sehr bequem in ihrer Anwendung, aber ziemlich theuer und liefern auch nur verhältnißmäßig schwache Ströme. Sie werden also nur zu kleineren galvano- plastischen Arbeiten zu empfehlen sein. In großen galvanoplastischen Anstalten werden aber auch die galvanischen Elemente durch die Maschinen immer mehr und mehr verdrängt. Im Großbetriebe ist natürlich die Anwendung von Maschinen in ökonomischer Beziehung rationeller als jene von Batterien; außerdem wissen wir auch, daß der Strom selbst constanter Elemente nicht sehr lange sich wirklich in constanter Stärke erhält, indeß der Strom einer Maschine leicht beliebig lange vollkommen constant erhalten werden kann. Dieser Umstand allein spricht wesentlich zu Gunsten der Maschinen, da die Gleichartigkeit und Homogenität eines Metall- niederschlages durch die Unveränderlichkeit der Stromstärke bedingt ist.
Da für galvanoplastische oder überhaupt elektrolytische Arbeiten Ströme geringer Spannung, sogenannte Quantitätsströme, erforderlich sind, hat man bei Anwendung von Elementen solche mit großen Platten zu wählen oder kleinplattige parallel zu schalten. Kommen Maschinen zur Verwendung, so müssen diese mit geringem inneren Widerstande gebaut sein. Wir haben derartige Maschinen von Gramme (Seite 370), Schuckert (Seite 374), Siemens (Seite 389) und Ferraris (Seite 441) bereits kennen gelernt. Daran mögen hier noch die Beschreibungen einer großen Gramme’schen Maschine für Kupferabscheidung und einer Weston- Maschine gereiht werden.
Die in Fig. 578 abgebildete
Gramme’sche Maschine
steht schon seit einer langen Reihe von Jahren bei Wohlwill und Oeschger \& Mesdach in Verwendung. Sie besitzt gegen- über dem gewöhnlichen Modelle (Seite 371) die doppelte Anzahl von Elektromagneten, daher auch vier selbstständige Pole, von welchen je zwei gleichnamig sind, ein solches Paar ist durch den oberen, das andere durch den unteren Polschuh vereinigt. Die Eisenkerne dieser Elektro- magnete besitzen einen Durchmesser von 120 Millimeter bei einer Länge von 410 Millimeter. Um jeden derselben ist ein Kupferblech von 1·1 Millimeter Stärke 32mal gewunden. Der Wider- stand dieser Elektromagnet-Windungen beträgt bei Hintereinanderschaltung 0·00142 Ohm, bei Schaltung der 8 Magnete in zwei Gruppen 0·00028 Ohm. Die Polschuhe der Elektromag- nete umfassen einen Ring von eigenartiger Construction, nämlich einen Doppelring, ähnlich jenem, welchen wir schon bei einer Maschine von Schuckert (Seite 347) kennen gelernt haben. Dieser Ring hat einen Durchmesser von 365 Millimeter und eine Länge von 442 Millimeter. Er ist aus 40 Abtheilungen gebildet, von welchen 20 mit den Sectoren des rechtsseitigen, 20 mit jenen des linksseitigen Stromsammlers verbunden sind. Jede Spirale besteht aus 7 Kupferbändern von 2·8 Millimeter Dicke und 10 Millimeter Breite, die voneinander durch Luftzwischenräume isolirt sind. Je zwei aufeinander folgende Spiralen bilden eine Abtheilung des Ringes. Der Widerstand der Armatur beträgt bei Hintereinanderschaltung beider Halb- ringe 0·0004 Ohm und sinkt auf 0·0001 Ohm bei Parallelschaltung. Bei 500 Touren per Minute erhält man bei Hintereinanderschaltung einen Strom von 8 Volts, während bei Parallelschaltung die elektromotorische Kraft nur 4 Volts beträgt. Der Widerstand der gesammten Kupferwindungen (parallel geschaltet) ist gleich 0·00038 Ohm. Entsprechend den zwei Stromsammlern besitzt die Maschine vier Schleifbürsten; jede dieser Bürsten ist doppelt und jede Doppelbürste hat eine Contactfläche von 24 Quadratcentimeter. Die Maschine wiegt 2500 Kilogramm, wovon 735 Kilogramm auf das Kupfer entfallen. Bei einer Betriebskraft von 15 Pferdekräften kann sie per Tag 1000 Kilogramm Kupfer niederschlagen.
Beim Betriebe galvanoplastischer Bäder oder überhaupt elektrolytischer Zer- setzungszellen durch Maschinen hat man auf die durch die Elektrolyse hervorgerufene
Polarisation der Elektroden
besondere Rücksicht zu nehmen. (Vergl. Seite 250.) Da nämlich beim Ingangsetzen einer dynamoelektrischen Maschine die Stroment- wicklung bekanntlich durch den schwachen remanenten Magnetismus der Eisenkerne bewirkt wird, so hängt auch die Richtung der Ströme von der durch den rema- nenten Magnetismus hervorgerufenen Polarität ab. Sobald die Maschine stille steht, hört jede Stromerzeugung auf und nun kann der durch die Polarisation der Elektroden hervorgerufene Strom in die Drahtwindungen der Maschine gelangen. Da aber der Polarisationsstrom stets die entgegengesetzte Richtung hat wie jener Strom, der die Polarisation hervorrief, so muß der Polarisationsstrom die Schenkel der Elektromagnete in entgegengesetzter Richtung umkreisen als der sie früher erregende Strom, d. h. die Polarität der Magnete wird umgekehrt. Setzt man dann eine solche Maschine abermals in Gang, so sind ihre Pole verwechselt, wodurch auch die Anode des Metallbades zur Kathode und die Kathode zur Anode werden muß. Der Strom würde dann an jener Stelle Metall lösen, an welcher er es vorhin niedergeschlagen hat. Eine Umkehr der Pole wird bei jeder absichtlichen oder unab- sichtlichen Unterbrechung des Ganges einer dynamoelektrischen Maschine eintreten müssen, bei starker Polarisation auch schon bei bedeutenderer Verminderung der Tourenzahl eintreten können. Bei normalem Gange der Maschine wird der Polari- sationsstrom natürlich nicht im Stande sein, die magnetische Polarität zu ändern,
Fig. 578.
Maschine für Galvanoplastik von Gramme.
weil selbstverständlich nur solche Maschinen zur Anwendung gelangen können, die einen dem jeweiligen Zwecke entsprechenden Strom zu liefern im Stande sind.
Um sich gegen den Polwechsel sicher zu stellen, hat man dreierlei Mittel: 1. Man macht die Magnete unabhängig vom Stromkreise der Zersetzungszellen, 2. man schaltet die Magnete in Nebenschluß und 3. man bedient sich eines Strombrechers. Die Magnete sind unabhängig vom Stromkreise der Zersetzungszellen, wenn man Maschinen mit permanenten (Stahl-) Magneten verwendet, wenn man zur Erregung der Elektromagnete eine kleine Erregermaschine benützt oder endlich, wenn ein Theil der Armaturwindungen ausschließlich zur Erregung der Elektro- magnete (unter Anwendung des dynamischen Princips) nur mit den Drahtwin- dungen dieser verbunden wird. Diesen Weg schlug Gramme bei seinen älteren
Fig. 579.
Schaltung für Nebenschluß.
Maschinen ein, und verfolgen heute noch z. B. Schuckert (Seite 374), Fein und Andere durch Anwendung eines Doppelringes und zweier Stromabgeber. Die Erregung der Elektromagnete durch eine eigene Maschine kann natürlich des ökono- mischen Resultates wegen nur bei großen Anlagen Anwendung finden. Liegen die Magnete im Nebenschluß, so kann eine Umkehr ihrer Pole durch den Polarisations- strom gleichfalls nicht eintreten. Man erkennt dies leicht aus Fig. 579. In
A
theilt sich der aus der Armatur kommende Strom bei
f
1
in zwei Zweige, von welchen einer das Bad, der andere die Drahtwindungen der Elektromagnete durch- fließt, worauf beide Zweige sich bei
f
2
wieder vereinigen. In
B
gelangt der Polari- sationsstrom, welcher die entgegengesetzte Richtung besitzt wie der Maschinenstrom, nach
f
1
, theilt sich dort in zwei Zweige, die sich gleichfalls bei
f
2
wieder vereinigen. In beiden Fällen (
A
und
B
) werden die Elektromagnetschenkel in derselben Richtung von den Strömen umkreist, wodurch also eine Umkehr der Pole ausgeschlossen erscheint.
Gramme
vermeidet den Polwechsel durch Einschaltung eines
Strom- brechers
. Dieser besteht aus einem Elektromagnete, der in den Stromkreis ein- geschaltet wird und dessen Armatur, wenn sie angezogen ist, einen in dem Strom- kreise angebrachten Contact herstellt. Wird die Rotation der Maschine aus irgend welcher Ursache unterbrochen oder sehr geschwächt, so fällt der Anker ab und unter- bricht die Stromleitung zwischen der Maschine und der Zersetzungszelle; der Polari- sationsstrom kann somit gar nicht in die Elektromagnete kommen, also auch deren Polarität nicht verändern.
Sehr beliebt, namentlich in Amerika, ist
Weston’s Maschine für Galvanoplastiß;
sie wird, wie Gramme’s Maschine, combinirt mit einem Strombrecher benützt. Fig. 580 ist eine perspectivische Ansicht dieser Maschine (
H
) und des dazu gehörigen Strombrechers
c
, Fig. 581 zeigt einige Constructionsdetails. Die Maschine besteht aus einem cylindrischen, gußeisernen Mantel an dessen Innenseite sechs radial gestellte Magnete
r
(Fig. 581
B
) be- festigt sind; sie bilden die inducirenden Magnete der Maschine, sind in ihren Windungen alle untereinander verbunden und so gewickelt, daß ein die letzteren durchfließender Strom
Fig. 580.
Weston-Maschine.
an den nach innen gekehrten Polen im Kreise herum abwechselnd Nord- und Südmagnetis- mus erregt. Der Bau dieser Magnete ist aus dem Querschnitte (Fig. 581
A
) eines derselben zu ersehen. Den hohlen Eisenkern
e e
umschließen zu beiden Seiten Stahl- platten
s s
und erst auf diese kommen die Drahtwindungen
d d
zu liegen. Die Eisen- kerne sind hohl, damit man zur Kühlung der Magnete Wasser durchleiten kann; sie tragen Stahlplatten, die durch den Strom in den Drahtwindungen natürlich perma- nenten Magnetismus erhalten, um die Um- kehr der Pole zu erschweren. Die Armatur besteht gleichfalls aus sechs radial gestellten, aber etwas kürzeren Elektromagneten
r'
, die auf der Rotationsaxe der Maschine befestigt sind. Sie sind ebenso wie die inducirenden Magnete gewickelt, aber nur zu je zweien miteinander verbunden. Obwohl nun in jedem Momente der Drehung in den der Reihe nach aufeinander folgenden Spulen Ströme abwechselnd der einen und der entgegen- gesetzten Richtung inducirt werden und die Stromrichtung in jeder einzelnen Spule bei jeder vollen Umdrehung der Maschine sechsmal wechselt, gestatten doch die angegebene Wicklung und der Commutator diese Wechselströme zu Strömen gleicher Richtung zu sammeln. Der Commutator ist zu diesem Zwecke aus sechs Segmenten
H
zusammengesetzt, von welchen die Segmente 1, 3 und 5 mit den Drahtenden eines und die Segmente 2, 4 und 6 mit den Drahtenden des entgegengesetzten Vorzeichens (+ —) verbunden sind. Da nun jedem Sector einer geraden Rangnummer ein Sector mit ungerader Rangnummer diametral gegenübersteht, so muß durch die ebenfalls diametral einander gegenüberstehenden Bürsten auch stets ein Strom gleicher Richtung in den äußeren Stromkreis abfließen.
Der Strombrecher (
e
Fig. 580 und 581
C
) besteht aus einer kreisrunden Scheibe
S
welche um eine horizontale Axe in Rotation versetzt werden kann. Sie ist mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Ausschnitten
a a
versehen, in welchen sich die Gleitstücke
g g
ver- schieben können. Wenn die Scheibe
S
stille steht, so drücken zwei mit Regulirschrauben
r r
versehene Spiralfedern die Gleitstücke gegen die Rotationsaxe der Scheibe und stellen dort einen Contact her; derselbe wird aufgehoben, wenn die Scheibe rasch rotirt, weil dann beide Gleit- stücke durch die Centrifugalkraft von der Axe entfernt werden. Die Rotation des Strom- brechers wird mit Hilfe des Treibriemens
u
durch die Maschine bewirkt (Fig. 580). Wenn nun noch hinzugefügt wird, daß die Polklemmen der Maschine einerseits mit den Elektroden des Bades, andererseits mit dem Strombrecher verbunden werden, so ist die Wirkungsart des letzteren leicht einzusehen. So lange die Maschine mit normaler Tourenzahl läuft, hat der von ihr erregte Strom keinen anderen Weg als durch das Bad, weil wegen der normalen Rotation die Gleitstücke des Strombrechers von seiner Axe weggetrieben werden und dadurch seinen Stromkreis unterbrechen. Bleibt hingegen die Maschine stehen oder vermindert sich ihre Tourenzahl zu sehr, so werden die Gleitstücke durch ihre Spiralfedern gegen die Axe des Strombrechers gedrückt (weil nun dieser auch stille steht oder langsam rotirt und daher gar keine oder nur eine geringe Fliehkraft entwickelt) und schließen den Contact. Dem aus dem Bade kommenden Polarisationsstrome stehen nun zwei Wege offen, nämlich einerseits durch die Maschine und andererseits durch den kurzen Schluß des Strombrechers. Da dieser nahezu gar keinen Widerstand bietet, wird der Strom hier durchgehen; sollte übrigens ein Theilstrom (der aber in Folge der Widerstandsverhältnisse beider Stromkreise sehr schwach sein müßte in die Elektromagnetwindungen eindringen, so kann dieser äußerst schwache Strom die Polarität der Magnete doch nicht umkehren, weil deren Stahlplatten einen relativ starken permanenten Magnetismus besitzen.
Die
Stromleitung
ist gewöhnlich eine sehr einfache, da die Stromquellen meist in geringer Entfernung von den Niederschlagszellen aufgestellt werden können.
Fig. 581.
Maschine und Strombrecher von Weston.
Man verwendet hierzu des geringen Widerstandes wegen Kupferdrähte. Wo solche untereinander, mit der Elektricitätsquelle oder mit der Zersetzungszelle verbunden werden müssen, hat man auf guten Contact zu sehen. Am besten ist es natürlich, die Ver- bindungsstellen zu löthen; da dies aber häufig aus praktischen Gründen unthunlich ist, so bedient man sich kleiner Quecksilbernäpfchen, in welche die Kupferdrähte mit ihren Enden eingesenkt werden können, oder geeignet geformter Klemmschrauben. (Siehe Seite 505.) Die Contactstellen der letzteren sind vor jedem Gebrauche sorg- fältig blank zu machen. Die
Stromstärke
hängt von der Natur des Bades und von der Art der zu verrichtenden Arbeit ab. Gut leitende Bäder erfordern eine geringere Stromstärke als schlecht leitende, wie z. B. alkalische Bäder. Nach dem Ohm’schen Gesetze erreicht ein galvanischer Strom allerdings dann seine Maximal- wirkung, wenn der innere Widerstand (der Stromquelle) gleich ist dem äußeren (der Zersetzungszelle und Leitung); in der Praxis wird man aber gut thun, den inneren Widerstand kleiner, etwa zu ⅜ des äußeren festzusetzen. Da bei Anwen- dung galvanischer Batterien die Stromstärke überhaupt nicht constant bleibt und man die Stromstärke während der Arbeit vergrößern oder verkleinern muß, bedient man sich am bequemsten stärkerer Ströme als zu der jeweiligen Arbeit erforderlich sind und regulirt diese durch Ein- oder Ausschaltung von Widerständen. Von der Unveränderlichkeit der Stromstärke hängt neben der Beschaffenheit des Bades die Gleichförmigkeit des Niederschlages ab. Die Stromstärke bestimmt die Art der Metallabscheidung, indem durch einen zu starken Strom die Abscheidung z. B. der Kupferkrystalle zu rasch erfolgt, als daß diese sich untereinander verbinden könnten, während bei Anwendung eines schwachen Stromes die Abscheidung langsam erfolgt und den einzelnen Theilchen Zeit läßt, sich zu einer zusammenhängenden festen Masse zu verbinden. Zu Beginn einer galvanoplastischen Operation muß deshalb immer ein schwacher Strom verwendet werden, damit die abgeschiedenen Theilchen sich genau an die zu copirende Form oder an die mit Metall zu überziehende Waare anschmiegen können und sich nicht an den vorragenden Stellen ablösen. Zur Verstärkung des Niederschlages kann nach Absatz der ersten Schichte ein stärkerer Strom verwendet werden, durch welchen die Arbeit beschleunigt wird.
Fig. 582.
Stromschwächer.
Aus obigen Betrachtungen folgt, daß man bei galvanoplastischen Arbeiten immer ein Galvanometer zum Erkennen der Stromstärke und einen veränderlichen Wider- stand („Stromschwächer“ der Galvaniseure) zum Reguliren derselben einzuschalten hat. Als Galvanometer kann eine einfache Bussole Verwendung finden und als Strom- schwächer benützt man den einfachen, in Fig. 582 ab- gebildeten oder einen ähnlichen Apparat. Der dargestellte Apparat besteht aus einem Brettchen, auf welchem um kleine Stiften Neusilberdraht geschlungen ist. Ueber die im Halbkreise angeordneten Contactpunkte der Drahtschleifen kann der Schleifhebel geführt werden, der je nach seiner Stellung den Strom ganz unterbricht, ohne Widerstand schließt oder durch Aufsetzen auf den einen oder anderen Contactpunkt einen größeren oder geringeren Widerstand einschaltet.
Bezüglich der
galvanoplastischen Apparate
(im engeren Sinne) kann man zwischen solchen unter- scheiden, bei welchen Stromquelle und galvanoplastischer Apparat zusammen ein Ganzes bilden oder mit anderen Worten, bei welchen das galvanische Element zugleich galvanoplastischer Apparat ist, und jenen, bei welchen die Niederschlagszelle, also der eigentliche galvanoplastische Apparat selbstständig für sich besteht und zu seiner Activirung ebenfalls einer selbstständigen Stromquelle bedarf. Einen Apparat erster Art stellt in seiner einfachsten Form Fig. 583 dar. In einen Glascylinder wird durch einen Metallring mit drei Ansätzen ein Glasgefäß eingehängt, welches oben offen und unten durch Blase, Haut oder Pergamentpapier verschlossen ist. An Stelle des inneren Glasgefäßes mit seinem porösen Boden kann auch ein Diaphragma, wie wir es bei den galvanischen Elementen kennen gelernt haben, verwendet werden. In das innere Gefäß wird dann mit Hilfe eines starken Drahtes eine Zinkplatte horizontal eingesetzt, während mit dem in das äußere Gefäß tauchenden Draht die Platte oder der Gegenstand leitend verbunden wird, worauf Metall nieder- geschlagen werden soll. Der äußere Draht erhält, soweit er in die Flüssigkeit eintaucht, einen nichtleitenden Ueberzug (Wachs, Guttapercha, Glas), damit sich dort nicht un- nöthigerweise Metall niederschlägt. Die beiden Drähte verbindet man außerhalb der Flüssigkeit durch eine Klemme. Das innere Gefäß erhält eine Füllung von verdünnter Schwefelsäure, das äußere, wenn z. B. Kupferabscheidung verlangt wird, eine concentrirte Lösung von Kupfervitriol. Dieser Apparat eignet sich natürlich nur
Fig. 583.
Fig. 584.
Galvanoplastische Apparate.
Fig. 585.
Galvanoplastischer Apparat.
für Kupferniederschläge auf kleinen Gegenständen, und zwar nur auf solchen, die keine bedeutenden Erhöhungen und Vertiefungen zeigen und auf welchen die Metall- abscheidung nur einseitig erfolgen soll; der Apparat ist eben hauptsächlich nur in der Richtung vom Zinke gegen den Gegenstand wirksam.
Urbanitzy
: Elektricität 51
Zum Ueberziehen mannigfach gestalteter Körper auf ihrer ganzen Oberfläche oder zur Anfertigung einer galvanoplastischen Copie kann ein Apparat von der in Fig. 584 dargestellten Anordnung verwendet werden. In die mit dem Metall- bade, z. B. der Kupfervitriollösung, gefüllte Kufe setzt man längs der Wandung derselben eine größere Anzahl poröser Thonzellen ein, deren jede einen über die Zelle herausragenden Zinkcylinder und als Flüssigkeit verdünnte Schwefelsäure enthält. Ein kreisförmig gebogener Draht verbindet sämmtliche Zinke untereinander und trägt unter Vermittlung zweier gekreuzter Metalldrähte den betreffenden Gegenstand, z. B. eine Büste. Auf diese Weise kommt die Büste in die Mitte des von den Zinkcylindern eingeschlossenen Raumes, und die Kupferabscheidung geht auf allen Stellen gleichmäßig vor sich.
Im Großbetriebe sind Stromquelle und galvanoplastischer Apparat stets voneinander getrennt. Der galvanoplastische Apparat besteht dann aus säurefestem Steinzeuge oder auch aus einem Holzkasten, der innen mit Guttapercha aus- gefüttert ist, wie dies z. B. Fig. 585 darstellt. Rund um den Trog herum laufen am oberen flachen Rande desselben zwei Drähte parallel nebeneinander. An dem höher liegenden äußeren Drahtrahmen ist die positive Klemme, an dem inneren tiefer liegenden Rahmen die negative Klemme des Bades befestigt. In dieses Bad werden die Metall-, z. B. Silberplatten in einer Entfernung von 1 bis 2 Fuß voneinander durch metallene Querstäbe eingehängt, welche mit ihren beiden Enden auf dem äußeren Drahtrahmen aufruhen. Zwischen den Silberplatten werden aber- mals metallene Querstäbe aufgelegt, die aber kürzer sind als die vorerwähnten und daher nur auf den inneren Drahtrahmen zu liegen kommen. An diese Stäbe hängt man unter Vermittlung dünner Metalldrähte die zu versilbernden Gegen- stände auf.
Galvanostegie.
Man versteht unter Galvanostegie, wie wir bereits gehört haben, das Ueber- ziehen von Gegenständen mit zusammenhängenden, festhaftenden Metallschichten. Das erste und wichtigste Erforderniß für das gute Gelingen eines solchen Metallüber- zuges besteht in einer äußerst sorgfältigen Vorbereitung des zu galvanisirenden Körpers. Da zwischen dem Körper und dem Metallniederschlage keinerlei chemische Bindung eintritt, so kann das Haften des letzteren an ersterem nur dann erreicht werden, wenn vollständig reines Metall auf vollständig gereinigten Körpern nieder- geschlagen wird. Jene Operationen, welche die Herstellung reiner Körperoberflächen bezwecken, nennt man das
Decapiren.
Man unterscheidet ein Decapiren auf mechanischem und auf chemischem Wege; im ersteren Falle benützt man verschiedene Arten von Bürsten, im letzteren sogenannte Beizen. Kleinere Objecte werden mechanisch decapirt, indem man sie mit kurzborstigen, steifen Bürsten und Wasser oder feinem Sande, Bimsstein oder Weinstein fleißig abreibt, während man bei größeren Objecten Kratzbürsten mit kurzen steifen Metalldrähten und eine Abkochung von Seifenwurzel in Verwendung bringt. Einige Formen solcher Bürsten zeigt Fig. 586. Das Decapiren auf chemischem Wege durch Beizen erfolgt in Gefäßen, welche säurefest sind, beziehungsweise durch alkalische Lösungen nicht angegriffen werden. Größere Stücke führt man einzeln durch die Beizen, für kleinere Gegen- stände bedient man sich der Beize widerstehender Siebe, wie ein solches in Fig. 586 abgebildet ist.
Die Unreinigkeiten, von welchen die Metallgegenstände vor dem Galvanisiren zu befreien sind, bestehen aus Oel oder Fett, herrührend von ihrer Bearbeitung, aus mehr oder weniger starken Oxydschichten und können natürlich auch noch ander- weitigen Schmutz enthalten. Von fettigen Verunreinigungen befreit man die Gegen- stände durch Erhitzen, wobei das Fett zerstört wird, oder, da dies in vielen Fällen leicht zur Schädigung des Körpers führen kann, zweckmäßiger durch eine alkalische Beize, also durch Kalilauge, Natronlauge oder auch durch Kalkmilch. Die Gegen- stände werden mit diesen Laugen je nach Erforderniß kalt oder warm behandelt; im ersteren Falle auch unter Anwendung von Bürsten. Auch Benzin kommt als Lösungsmittel für Fette in Verwendung. Das Decapiren mit Säuren, nicht nur die Entfernung der Fette und sonstigen Schmutzes, sondern auch der Oxydschichte bezweckend, erfordert Vorsicht in der Behandlung und Sachkenntniß in der Wahl der Säure-Compositionen. Es ist dies wohl einleuchtend, denn einerseits wendet man häufig sehr concentrirte Säuren an und andererseits verhalten sich die ein- zelnen Metalle und Metall-Legirungen sehr verschieden gegen eine bestimmte Säure, d. h. das eine Metall wird gelöst, das andere gar nicht verändert, ein drittes in
Fig. 586.
Geräthe für Galvanoplaftik.
eine unlösliche Verbindung übergeführt. Das Säuregemisch oder die
Brenne
, wie der technische Ausdruck hiefür lautet, soll allerdings Staub, Fett, Oxydschichten, überhaupt Unreinigkeiten jeder Art entfernen, darf aber nicht den Gegenstand selbst angreifen. So würde z. B. Schwefelsäure Blei oder bleireiche Legirungen an ihrer Oberfläche in ein weißes, fast unlösliches Salz, das Bleisulfat, verwandeln, Salpeter- säure aus Zink oder zinkreichen Legirungen Zinkoxyd bilden u. s. w. Wir sehen schon daraus, daß die Brennen für verschiedene Metalle, beziehungsweise Legirungen, auch verschiedene Zusammensetzung und verschiedene Concentration haben müssen, da auch verdünnte und concentrirte Säuren verschieden wirken; man ersieht aber auch hieraus, daß zu den Brennen reine Substanzen zu verwenden sind. Auch für Legirungen eines und desselben Metalles kann nicht vorweg die eine oder die andere Brenne als die beste oder überhaupt als geeignet angegeben werden. So besteht z. B. eine Legirung des Kupfers, nämlich das Messing, aus Kupfer und Zink in den mannigfachsten Mischungsverhältnissen. Zink und Kupfer bilden beide mit Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure lösliche Salze. Die verschiedenen Bronzen enthalten hingegen neben Kupfer Zinn, und da sie häufig nicht rein sind, auch Mangan, Nickel, Eisen, Zink u. s. w., ferner zur Ertheilung besonderer Eigenschaften auch Spuren von Phosphor, Schwefel, Arsen. Die letztgenannten
51*
Legirungen des Kupfers werden sich also ganz anders gegen die Brennen verhalten, wie die verschiedenen Sorten von Messing. Das Decapiren der Messingbleche erfolgt in zwei Operationen, der
Vorbrenne
und der
Glanzbrenne
.
Die Vorbrenne besteht aus verdünnter Schwefelsäure, in welcher die Messing- bleche eingelegt werden, um ihren schwarzen oder dunklen Ueberzug (Schwefel- kupfer, Kupferoxyd) zu verlieren. Dann werden sie gut mit Wasser abgewaschen und kommen, wenn sie einen hellen Glanz erhalten sollen, in die Glanzbrenne. Diese besteht aus concentrirter Salpetersäure oder auch aus einem Gemische von Salpetersäure und Schwefelsäure. Das Zumischen der letzteren hat gewöhnlich den Zweck, die Salpetersäure dadurch wirksamer zu machen, daß ihr durch die Schwefel- säure Wasser entzogen wird. Der Glanzbrenne werden häufig auch organische Stoffe, wie Kienruß, auch Schnupftabak, zugesetzt, die durch Bildung kleiner Mengen salpeteriger Säure aus der Salpetersäure wirken sollen; denselben Dienst leisten auch Sägespäne. Aeußerst wichtig für das gute Gelingen der Brenne ist ein rasches Hantiren und sorgfältiges Auswaschen in fließendem oder, wenn dies unmöglich ist, in häufig gewechseltem Wasser.
Sowohl für die Vorbrenne als auch für die Glanzbrenne existiren eine große Anzahl von Recepten; es benützt sogar beinahe jeder Brenner (die Person, welche das Brennen ausführt) seine eigene Mischung, mit deren Wirkung er ver- traut ist und daher günstigere Resultate erzielt, als wenn er eine neue, wenn auch bessere Brenne versucht. An Stelle der oben angegebenen Vorbrenne wird auch schon gebrauchte und daher schwache Glanzbrenne benützt. Auch Königswasser (Gemisch von Salzsäure und Salpetersäure) kommt zur Verwendung; mit dieser Brenne muß aber äußerst vorsichtig hantirt werden, da sie sehr rasch und kräftig wirkt. Ebenso sind auch für die Glanzbrenne vielerlei Vorschriften bekannt. So wird z. B. ein Gemenge von Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Salmiak und Kienruß oder ein Gemenge von Salpetersäure, Schwefelsäure und Kochsalz empfohlen; hierbei wirkt die Schwefelsäure zunächst wasserentziehend auf die Salpeter- säure, bildet aber auch andererseits Salzsäure aus dem Kochsalze (Chlornatrium). Die Glanzbrenne darf immer nur sehr kurze Zeit verwendet werden, weil sie sonst die Gegenstände zu stark angreift und dadurch anstatt einer glänzenden eine matte Oberfläche erzeugt. In einzelnen Fällen wünscht man jedoch nicht hellglänzende, sondern matt geätzte Flächen; diese ruft man durch die
Mattbrenne
hervor. Als solche wirkt jede Glanzbrenne, wenn sie bei höherer Temperatur und längere Zeit in Verwendung kommt, gleichwohl ziehen Praktiker einen Zusatz von Zinkvitriol vor. Man nimmt also z. B. eine Mischung von Salpetersäure, Schwefelsäure, Kochsalz und Zinkvitriol. Wir können uns hier nicht auf die verschiedenen Zu- sammensetzungen der Brennen näher einlassen, welche bei den verschiedenen Metallen und deren Legirungen zur Verwendung kommen sollen und bemerken nur nochmals, daß die Brenne der Natur der zu decapirenden Objecte stets sorgfältig angepaßt sein muß.
Die
galvanische Verkupferung
wird sowohl deshalb ausgeführt, um Metallgegenstände gegen Oxydation zu schützen, als auch als Vorarbeit für Versilberung oder Vergoldung. Man überzieht mit Kupfer vorwiegend Gegenstände aus Eisen, Zink, wohl auch Zinn. Da aber Eisen und Zink das Kupfer aus seinen sauren Lösungen schon ohne Anwendung eines elektrischen Stromes fällen, wofür dann eine entsprechende Menge des eingetauchten Metalles in Lösung geht, so müssen zur galvanischen Verkupferung dieser Metalle Bäder anderer Zusammensetzung verwendet werden. Einerseits wird nämlich durch das Auflösen der eingetauchten Metalle das Abscheiden eines cohärenten und haftenden Ueberzuges verhindert und andererseits die Zusammen- setzung des Bades in kurzer Zeit verändert. Man umgeht diesen Uebelstand dadurch, daß man an Stelle saurer Kupferlösungen alkalische oder überhaupt basische Bäder anwendet. Ein solches wird z. B. aus Kupfercyanür (Verbindung von Kupfer und Cyan), Cyankalium und Wasser bereitet. Für Zinn, Gußeisen und große Gegenstände aus Zink giebt Roseleur (Kaselowsky) ein Bad an, welches aus Schwefelnatrium, Cyankalium, essigsaurem Kupfer, Ammoniak und Wasser bereitet wird. Um die äußerst giftigen Cyanverbindungen zu vermeiden, hat man sich bemüht, cyanfreie Bäder herzustellen. Als solches empfiehlt Fr. Weyl krystallisirtes schwefelsaures Kupferoxyd (350 Gramm), krystallisirtes Seignettesalz (weinsaures Natron-Kali, 1500 Gramm), Aetznatron (800 Gramm) und Wasser (10 Liter). Dieses Bad wird zum Verkupfern von Gußeisen, Stabeisen, Stahl und anderer Metalle als geeignet bezeichnet.
Für das Kupferbad können Gefäße aus gutem Steinzeuge oder Porzellan, Kufen aus Holz, die innen mit Guttapercha überkleidet sind, auch aus emaillirtem Eisen in Verwendung kommen. Die zu verkupfernden Gegenstände werden an dünnen Kupferdrähten als Kathoden in das Bad eingehängt und bleiben, je nach dem beabsichtigten Zwecke, 3 bis 24 Stunden daselbst. Nach dem Herausnehmen spült man sie mit Wasser ab, behandelt sie mit der Kratz- bürste, trocknet sie in Sägespänen und in einem Trockenraume bei beiläufig 50 Grad.
In neuerer Zeit wird an Stelle des Verkupferns häufiger das
Vermessingen
oder auch das
Bronziren
angewendet. Das Bad zum galvanoplastischen Ueberziehen mit Messing kann in folgender Weise durch den Strom selbst erzeugt werden (nach Jacobi \& Walker): Man verbindet die in ein concentrirtes Cyankaliumbad eingesenkte Kupferplatte mit dem positiven Pole einer zweielementigen (Daniell’schen) Batterie und setzt eine zweite Platte aus einem beliebigen Metalle mit dem negativen Pole in Verbindung. Dann löst sich zunächst Kupfer in der Cyankaliumlösung auf und, wenn die Lösung hiermit gesättigt ist, wird Kupfer an der anderen Metallplatte (Probeplatte) niedergeschlagen. Sobald diese Reaction eintritt, ersetzt man die Kupferplatte durch eine Zinkplatte und läßt letztere so lange unter Einwirkung des Stromes, bis auf der Probeplatte Messing ausgeschieden wird. Das Messingbad ist hiermit hergestellt und man hängt jetzt an Stelle der Probeplatte jene Gegenstände, welche mit Messing überzogen werden sollen, an Stelle der Zinkplatte eine Messingplatte. Mit einiger Uebung und Geschicklichkeit, auch in der Wahl der Stromstärke, kann man sehr schöne Messingüberzüge erzielen und zwar in allen Nuancen vom hellsten Gelb, bis zu Rothgold und Tombackbraun. Man kann die Farbentöne dadurch variiren, daß man in das Bad an Stelle der Messing- platte eine Zink- und eine Kupferplatte einhängt; es kann dann auch jedes Kupferbad dazu benützt werden, wenn man in dieses an Stelle der Kupferplatte eine Zinkplatte einhängt. Die Anwendung einer Zink- und Kupferplatte ist namentlich dann nothwendig, wenn Eisen mit Messing zu überziehen ist. Für Messingbäder werden ebenfalls wieder verschiedene Vorschriften angegeben, von welchen nachstehend eine beispielsweise angeführt werden möge. Morris und Johnson nehmen kohlensaures Ammon (16 Theile), Cyankalium (16 Theile), Cyankupfer (2 Theile), Cyanzink (1 Theil) und Wasser (160 Theile). Dieses Bad wird sowohl kalt, als auch warm verwendet. Der Glanz der mit Messing überzogenen Gegenstände wird sehr erhöht, wenn letztere gleich nach dem Verlassen des Bades gut gewaschen, mit der Kratzbürste bearbeitet und scharf getrocknet werden. In ähnlicher Weise bewirkt man das Bronziren; natürlich kommt aber hier an Stelle des Zinkes, Zinn zur Anwendung.
Ausgedehnte Anwendung macht man von der galvanischen Vergoldung und Versilberung; es liegt dies in der Natur der Sache. Gegenstände aus unedlen, wenig werthvollen Metallen erhalten hierdurch nicht nur ein schöneres Aussehen, sondern werden auch selbst werthvoller, dauerhafter und widerstandsfähiger. Zur galvanischen
Vergoldung
gelangen Gegenstände aus Silber, Kupfer, den Legirungen derselben und aus Eisen. Das Goldbad kann man durch Auflösen von Cyankalium (45 Gramm) in Wasser (1 Liter), dem man in wenig Wasser gelöstes Goldchlorid zusetzt, bereiten. Dieses Bad macht man häufig noch durch Zusatz von etwas Ammoniak alkalisch; es ist zwar auch ohne Erwärmung wirksam, jedoch zeichnen sich heiß vergoldete Gegenstände durch schönere Farbe aus. Auch ist die heiße Vergoldung haltbarer, weil sich das Gold in Form eines engmaschigen Netzes absetzt (wie man unter dem Mikroskope sehen kann), welches sich dann, wenn der Gegenstand abgekühlt wird, zusammenziehen muß, wodurch sich die Maschen jedenfalls verengen. Bei größeren Gegenständen, wie Aufsätze auf Thurmspitzen (Adler, Kugeln, Kreuze), Candelabern u. dgl. muß man sich wohl mit dem kalten Bade begnügen. Ebenso wie beim Verkupfern bleibt auch beim Vergolden die Menge des an der Anode in Lösung gehenden Metalles hinter jener, welche an den Gegenständen (der Kathode) niedergeschlagen wird, zurück; es ist deshalb nöthig, bei der Vergoldung von Zeit zu Zeit Goldchlorid oder dieses und Cyankalium zuzusetzen. Die Concentration der Lösung, die Form und Stellung der Goldanode zum Gegenstande, sowie auch die Stromstärke müssen sorgfältig studirt und regulirt werden, wenn der Niederschlag von Gold in der gewünschten Weise erfolgen soll. Man kann die Stromstärke auch einfach dadurch reguliren, daß man die Anode tiefer oder weniger tief in das Bad einsenkt. Da man hierdurch den Querschnitt verändert, welcher dem Strome zum Uebergange aus der Platte in die Flüssigkeit dargeboten wird, so muß auch der Widerstand und somit auch die Stromstärke eine ent- sprechende Aenderung erfahren. Wenn man die Stromstärke in dieser Art regulirt, muß man aber wohl darauf achten, daß damit auch die Farbe des Niederschlages variirt werden kann. Will man absichtlich Gold verschiedener Farbe niederschlagen, so wendet man kupferhaltige Goldlösung an, um eine röthliche Farbe zu erhalten, silberhältiges Bad, um grünliche Färbung zu erzielen und man wendet Cyangold in Cyankalium an, wenn man helles Gelb erhalten will. Ein silber- und kupferhältiges Goldbad läßt rosenfarbene Nuancen erzielen. Dieses Verhalten der verschiedenen Bäder kann natürlich auch zur Vergoldung in zweierlei oder mehreren Farben Verwendung finden. Nach der ersten Vergoldung wird zu diesem Behufe der Gegenstand bis auf jene Stellen gefirnißt, welche eine andere Farbe erhalten sollen, oder man firnißt ihn ganz und gravirt dann die gewünschten Zeichnungen ein, bevor der Gegenstand in das zweite Goldbad kommt, in welchem sich dann das Gold natürlich nur auf den ungefirnißten Stellen niederschlägt.
Bouilhet
giebt für theilweise Versilberung oder Vergoldung nachstehendes Verfahren an. Die Zeichnung, welche in Gold oder Silber erscheinen soll, wird zunächst mit Bleiweiß ausgeführt, während die übrigen Stellen des Gegenstandes einen Firnißüberzug erhalten, und dann senkt man den ganzen Gegenstand als positiven Pol in ein Bad aus sehr ver- dünnter Salpetersäure ein. Durch die Stromwirkung wird das Bleiweiß in Lösung gebracht und hierauf erfahren auch die darunter liegenden Metallpartien eine Aetzung. Der Gegenstand wird, wenn die Aetzung den gewünschten Grad erreicht hat, aus dem Bade genommen, gut abgespült und hierauf als negative Elektrode in ein Gold- oder Silberbad gebracht. Der Niederschlag des Edelmetalles haftet in den durch die Säure eingeätzten Vertiefungen sehr gut. Nach Vollendung des Niederschlages entfernt man den Firniß von dem Gegenstande und polirt letzteren, um Oberfläche des Gegenstandes und Oberfläche des Niederschlages in gleiche Fläche zu bringen.
Gegenstände, welche vergoldet werden sollen, versieht man vorerst mit einer dünnen Kupferschichte; will man das doppelte Galvanisiren vermeiden, so wendet man Bäder besonderer Zusammensetzung an, welche auch auf Stahl und Eisen ein directes Vergolden gestatten. Als solches wird z. B. angegeben: phosphorsaures Natron (500 Gramm), Schwefelnatrium (130 Gramm), Goldchlorid (20 Gramm), Cyankalium (5 Gramm) und Wasser (10 Liter).
Zur galvanischen
Versilberung
kann ein Bad dienen, welches man durch Auflösen von frisch gefälltem Chlorsilber in Cyankalium erhält. Gegenstände, welche vor der Versilberung verkupfert werden, wie Stahl, Zinn und Zink, bringt man direct aus dem Kupferbade in das Silberbad. Bei Gegenständen aus anderen Metallen wendet man vor dem Silberbade ein Quecksilberbad an, um das Haften des Silbers zu unterstützen. Das Quecksilberbad bereitet man sich durch Auflösen von salpetersaurem Quecksilberoxyd in Wasser und Zusatz von Schwefelsäure zu dieser Lösung, bis die anfänglich entstandene Trübung wieder verschwunden ist. Die Gegenstände verbleiben in diesem Quecksilberbade so lange, bis sie einen vollkommen weißen Ueberzug zeigen. Hierauf bringt man sie in das Silberbad und erzeugt durch einen schwachen Strom einen dünnen Niederschlag. Dann werden die Gegenstände herausgenommen, mit der Kratzbürste bearbeitet, gewaschen und zur weiteren Versilberung abermals in das Silberbad gebracht. Die versilberten Waaren zeigen gewöhnlich matte Flächen und erhalten den Glanz erst durch Poliren mit dem Polirstahl oder bei unebenen Flächen durch Kratzbürsten. Damit der Silberüberzug keine Streifung in Folge der Bewegungen in der Flüssigkeit erhält, werden die eingehängten Objecte von Zeit zu Zeit bewegt oder auch durch ein langsam gehendes Uhrwerk dauernd in Bewegung erhalten. In der Fabrik von Elkington wurde zufällig die Beobachtung gemacht, daß ein Zusatz von Schwefelkohlenstoff zum Silberbade glänzende Versilberung giebt. Diese Beobachtung ist nicht nur deshalb werthvoll, weil sie die glänzende Versilberung an solchen Stellen der Waaren ermöglicht, die für das Poliren schwer zugänglich sind, sondern weil sie das Poliren überhaupt erspart und daher eine billigere Versilberung der Waare ermöglicht. Das Bad selbst wird bereitet, indem man Cyankalium (1 Kilogramm) und Cyansilber (120 Gramm) in Wasser (9 Liter) löst und dieser Lösung Schwefelkohlenstoff (75 Gramm) zufügt. Diese häufig zu schüttelnde Flüssigkeit (30 Gramm) wird dann dem gewöhnlichen Silberbade (9 bis 10 Liter) zugesetzt. Dieses Silberbad arbeitet jedoch sehr langsam; man versilbert daher zuerst in einem gewöhnlichen Bade und dann erst in dem Bade für Glanzversilberung.
Die Versilberung wird bei häufig in Gebrauch stehenden Gegenständen, wie z. B. Löffel, im ausgedehntesten Maße verwendet. Da nun hierbei namentlich die Ränder und Kanten einer starken und raschen Abnützung unterliegen, so schlägt man an diesen Stellen eine dickere Silberschichte nieder. Dies kann in der Weise ausgeführt werden, daß man die bereits versilberten Waaren mit einem Firniß bis auf eben diese Stellen bedeckt und sie abermals in das Silberbad bringt, oder in der Weise, daß man die betreffenden Gegenstände in Guttaperchaformen einlegt, welche erstere bis auf die hervorragenden Theile bedeckt. Die Ränder des verstärkten Niederschlages gleicht man dann durch Poliren aus.
Die
oxydirte Versilberung
besteht in der Herstellung von Schwefelsilber (wird also ganz falsch bezeichnet). Die polirten silbernen Gegenstände kommen als positive Elektrode in ein Bad, welches aus einer verdünnten Lösung von Schwefelammonium bereitet wird, während ein Platindraht oder Blech die negative Elektrode bildet. Der Gegenstand erhält dann einen schönen stahlgrauen Ueberzug aus Schwefelsilber, der durch Abreiben mit weichem Leder polirt wird. Die Herstellung von
Niello
(Metallverzierungen auf andersfarbigem Grunde), von
Incrustationen
in Gold und Silber erfolgt in der von
Bouilhet
angegebenen Weise (siehe bei Vergoldung).
Beim Ueberziehen von Gegenständen mit Gold oder Silber will man das Gewicht des niedergeschlagenen Metalles kennen. Um dies zu erfahren, kann man sowohl die Anode (Gold- oder Silberplatte), als auch die Waare vor und nach dem Galvanisiren durch die Wage prüfen. Das Wägen der Anode giebt jedoch nur angenäherte Resultate, da nicht genau ebensoviel Metall an der Anode in Lösung geht als an der Kathode abgeschieden wird. Das Abwägen der Waare kann auch während des Galvanisirens von Zeit zu Zeit stattfinden, um Auskunft über die Dicke der abgelagerten Schichte zu erhalten; hierbei können aber leicht Flecken in der Vergoldung oder Versilberung entstehen. Dies wird umgangen durch die An- wendung einer
Wage
, wie sie
Roseleur
angab. Der Wagbalken einer empfindlichen Wage trägt an einem Ende die Wagschale
S
, an dem andern einen an einem Bügel befestigten Metallring
R
(Fig. 587); an diesem Ringe hängen an dünnen Drähten die einzelnen Gegen- stände in das Metallbad
B
hinab. Auf derselben Seite des Wagbalkens, an welcher die Wagschale sich befindet, ist ein Metallstift
m
am Wagbalken angebracht, welcher in einen Quecksilbernapf
n
taucht. Dieser wird mit dem negativen Pole der Batterie verbunden, während der positive Pol durch eine von der Wage isolirte Klemmschraube mit der Anode
a
(in der Figur als einfacher Stab gezeichnet) in leitender Verbindung steht. Diese Wage wird in nach- stehender Weise benützt: Nachdem man die Gegenstände an dem Ringe
R
befestigt hat, bringt man die Wage durch Auflegen von Tara auf die Wagschale in’s Gleichgewicht. Ist dieses erreicht, steht also der Wagbalken horizontal, so taucht der Draht
m
nicht in das Quecksilber, sondern befindet sich mit seinem Ende knapp oberhalb des Quecksilberspiegels. Hierauf legt man jenes Gewicht auf die Wagschale, welches das auf die Gegenstände niederzuschlagende Metall betragen soll. Natürlich muß sich hierdurch die Wage auf der Seite des Gewichtes senken, und nun taucht der Metallstift
m
auch in das Quecksilber bei
n
ein. Der Contact des Stiftes mit dem Quecksilber stellt den Stromschluß her und die Metallabscheidung an den Gegenständen beginnt. Hat sie dann das verlangte Gewicht erreicht, so ist auch der Wag- balken wieder in seine normale (horizontale) Lage gelangt. Da aber bei dieser Stellung der Stift
m
außer Contact mit dem Quecksilber kommt, so wird der Strom unterbrochen, also eine weitere Metallabscheidung verhindert. Es kann auch die Einrichtung getroffen sein, daß bei Unterbrechung des Stromweges durch das Bad gleichzeitig ein neuer Stromweg durch ein Klingelwerk hergestellt wird, welches auf die Vollendung des Niederschlages aufmerksam macht.
In jüngster Zeit ist das galvanische
Vernickeln
für die mannigfachsten Gegenstände zu einer ausgedehnten Anwendung gelangt. Es verdankt diese vielseitige Verwendung der bedeutenden Härte, welche galvanisch niedergeschlagenes Nickel besitzt, dem hohen Glanze, welchen es beim Poliren annimmt und seiner Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation. Eine nicht zu umgehende Vorbedingung für das Gelingen der Vernickelung ist eine mit peinlichster Sorgfalt durchgeführte Decapirung der Gegenstände. Der Nickelüberzug erscheint glänzend oder matt, je nachdem der Gegenstand polirt oder matt in das Bad eingebracht wird. Mit Fett verunreinigt sind namentlich polirte Gegenstände, weshalb diese besonders gut gereinigt werden müssen. Man bewirkt dies durch Auskochen in Lauge, oder wenn die betreffenden Metallcompositionen diese Behandlung nicht vertragen, durch Ausziehen mit Benzin. Letztere Methode ist namentlich dann zu empfehlen, wenn hochpolirte Gegenstände oder chirurgische Instrumente vernickelt werden sollen. Nach dem Ausziehen mit Benzin taucht man die Waare in kochende Sodalösung, hierauf wird sie rasch in Spülwasser gebracht, etwa noch mit Wiener- kalk geputzt und neuerdings in Spülwasser gebracht, bevor man sie in das Nickelbad einsetzt. Für die Zusammensetzung des Vernickelungsbades sind wieder sehr viele Vorschriften angegeben worden Hierzu ist zu bemerken, daß ein alkalisches Bad dunkle Niederschläge, ein schwach saures oder nach Anderen ein neutrales Bad weiße Niederschläge erzeugt. Nach
Roseleur
eignet sich für Vernickelung von Eisen und Stahl ein Bad, bestehend aus schwefelsaurem Nickel-Ammonium (1. Kilogramm), schwefelsaurem Ammonium (150 Gramm) und Wasser (24 Liter); für Kupfer, Zink, Zinn, Messing ein Bad, bestehend aus schwefelsaurem Nickel- Ammonium (1 Kilogramm), schwefelsaurem Ammonium (200 Gramm) und Wasser (30 Liter). Als Anode verwendet man eine gewalzte Nickelplatte. Es ist wichtig, möglichst reine Präparate zur Darstellung des Bades zu verwenden, und soll auch die Nickelanode an einem Nickel- drahte eingehängt werden und nicht an einem Kupferdrahte, weil die geringste Menge Kupfer im Bade schon eine gelbliche Färbung des Niederschlages bewirkt. Aus demselben Grunde muß auch das Bad von den durch die zu vernickelnden Gegenstände hineingebrachten Metallen
Fig. 587.
Galvanoplastische Wage.
öfter gereinigt werden. Man erreicht dies durch Zusatz von Schwefelnatrium, welches wohl die übrigen Metalle, nicht aber das Nickel in Form von Schwefelverbindungen niederschlägt. Wendet man das Bad kalt an, so erhält man weniger glänzende Ueberzüge, als wenn das Bad erwärmt wird; hingegen ist der im warmen Bade erzeugte Ueberzug weniger haltbar. Vernickelt man die Gegenstände zunächst im kalten Bade und versieht sie dann noch im heißen Bade mit einer ganz dünnen Nickelschichte, so erscheinen die Gegenstände haltbar und glänzend vernickelt. Es wird als zweckmäßig angegeben, Gegenstände aus Eisen und Stahl vor der Vernickelung mit einem dünnen Kupferüberzuge zu versehen.
Außer den bisher angegebenen Metallüberzügen stellt man solche auch noch aus
Platin, Blei, Zink, Zinn, Eisen, Kobalt
u. s. w. her. Da aber der Zweck vorliegenden Werkes nicht darin besteht, dem Leser ein erschöpfendes Lehrbuch in die Hand zu geben, sondern ihm nur ein allgemeines Bild über den gegenwärtigen Stand der Elektrotechnik entwerfen soll und überdies der Raum ein eng begrenzter ist, muß hier auf eine weitere Ausführung des Gegenstandes verzichtet werden. Wir wollen uns daher nur noch mit einigen Anwendungen und speciellen Fällen der Galvanostegie beschäftigen und dann die eigentliche Galvanoplastik in ihren wichtigsten Theilen kennen lernen.
Das galvanoplastische Ueberziehen mit Metallen ist nicht blos auf Metall- körper beschränkt, sondern läßt sich auch bei Körpern aus anderen Stoffen, z. B. aus
Glas
oder
Porzellan
, in Anwendung bringen. Thon- und Porzellangegen- stände werden nach dem Einbrennen der Glasur oder des Emails galvanoplastisch mit Gold verziert, indem man die gewünschten Ornamente ꝛc. mit Polirgold malt und einbrennt. Hierauf kommt der Gegenstand in ein Kupferbad, worin er so lange bleibt, bis der Niederschlag die Höhe der übrigen Emailmalerei erreicht hat. Den Silber- oder Goldüberzug erzeugt man schließlich in einem der früher angegebenen Gold- oder Silberbäder.
Metallröhren im Innern
überzieht
Towle
auf galvanoplastischem Wege in nachstehender Weise. Die innen zu überziehende Röhre
E F
wird auf einem Gestelle
A B C D
(Fig. 588) mit geneigter Platte
A B
befestigt. In das Innere
Fig. 588.
Galvanisiren von Metallröhren im Innern.
des Rohres wird ein Stab
a b
aus dem Metalle, welches niedergeschlagen werden soll, mit Hilfe eines bei
b
befestigten Kupferdrahtes
c
(der mit Kautschuk über- zogen ist) eingeführt; an dem Ende bei
a
ist ein Kautschukpfropfen
g
befestigt. Um den Metallstab gegen Berührung mit der Röhrenwand zu schützen, wird er durch durchbrochene Kautschukpfropfen
c f
geführt. Dann bringt man in das Rohr die entsprechende Metallsalzlösung, so daß der Stab
a b
vollkommen bedeckt ist, verbindet den Kupferdraht
c
mit dem positiven und das Rohr durch den Draht
d
mit dem negativen Pole einer Batterie
G
. Um den Ueberzug in der ganzen Röhre gleichmäßig zu erhalten, bewegt man während des Niederschlagens den Stab
a b
auf und ab und dreht auch das Rohr öfter um.
Die
„Pontal Telegraph Company”
in New-York betreibt die
Verkupfe- rung von Stahl-Telegraphendraht
in großem Maßstabe und verwendet hierzu 200 Kupferbäder und 25 große dynamoelektrische Maschinen. Der Draht geht, wie
Japing
(in seiner „Elektrolyse und Galvanoplastik“) mittheilt, von einem Leierwerke langsam vorwärts bewegt, durch eine Reihe von Bädern, bis sich genügend viel Kupfer niedergeschlagen hat. Von jeder Tonne des zur Bereitung der Bäder verwendeten Kupfers werden 15 bis 20 Unzen Silber durch den elektrischen Strom ausgeschieden, die zu Boden fallen. Nach dem
„Engineering and Mining Journal”
genügt dieses Quantum, um die directen Kosten des Ver- kupferungsprocesses zu decken. Mit den gegenwärtigen (1883) Einrichtungen kann pro Tag eine Länge von 10 englischen Meilen Stahldraht von 100 Kilogramm Gewicht pro englische Meile mit 250 Kilogramm Kupfer überzogen werden; doch soll die Leistungsfähigkeit auf 30 englische Meilen pro Tag gesteigert werden.
Ebenso wie durch den elektrischen Strom Metallniederschläge erzeugt werden können, benützt man ihn auch zur
Befreiung von galvanoplastischen Nieder- schlägen.
In welcher Weise man hierbei verfährt, ist leicht zu errathen. Wir haben gesehen, daß bei der Erzeugung galvanoplastischer Niederschläge die Metall- platte an der positiven Elektrode annähernd im selben Maße aufgelöst wird, als der Strom Metall gleicher Art aus dem Bade auf den Gegenstand niederschlägt. Man wird also einen Metallniederschlag offenbar in der Weise von einem Gegen- stande entfernen können, daß man den Gegenstand zur positiven und die Platte zur negativen Elektrode macht. Das Entfernen galvanoplastischer Niederschläge durch den elektrischen Strom, überhaupt das Auflösen von Metallen durch Elektro- lyse hat in der Praxis schon verschiedene Anwendungen gefunden. Wir wollen hiervon die zum
Justiren der Münzplättchen
näher betrachten, über welche C. R. v.
Ernst
in der „Oesterreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen“ berichtet hat. Die Erzeugung der Münzen wird in der Weise ausgeführt, daß man zunächst die betreffenden Legirungen in Zaine (d. h. kleine Barren) gießt, diese dann zu Schienen (schmale Blechstreifen) auswalzt, hieraus durch Maschinen kreisrunde Plättchen schlägt und endlich diese mit der Prägung versieht. Nun fallen aber die Münzplättchen selbst bei sorgfältiger Arbeit ungleich schwer aus. Bei Gold- und Silbermünzen darf aber die Gewichtsdifferenz zwischen den einzelnen Plättchen nur äußerst gering sein, weil sonst bei einer großen Anzahl von Plättchen der Werth sehr bedeutend variiren würde. Um dies zu vermeiden, ist es also unerläßlich, die Plättchen auf das richtige Maß zu bringen, d. h. sie zu justiren. Hierbei verfuhr man früher in der Weise, daß man die Plättchen sortirte, die zu schweren durch Feilen oder Schaben auf das richtige Gewicht reducirte, die zu leichten aber wieder einschmolz. Es wäre irrig, anzunehmen, daß die Zahl der unrichtigen Plättchen eine geringe sei, denn z. B. in der Londoner Münze betragen diese Plättchen bis zu 20 Procent.
Die früher gebräuchliche Justirmethode erforderte aber nicht nur erhebliche Arbeit, sondern führte überdies noch, wie auch leicht zu begreifen, zu Metallverlusten; ferner konnte durch das zu tiefe Abschaben auch die Reinheit der darauffolgenden Prägung beeinträcht werden. W. F.
Chandeler Roberts
schlug daher vor, die zu schweren, in Rollen aneinander gereihten Münzplättchen einem Lösungsmittel auszusetzen, welches durch den elektrischen Strom zur Wirksamkeit gebracht wird. Da bei gleichbleibender Stromstärke hierbei die aufgelöste Metallmenge der Zeit proportional ist, kann die Entfernung des Uebergewichtes mit Sicherheit bewirkt werden. Die elektrolytische Justirmethode ist gegenwärtig in den Münzen zu
Bom- bay
und
Calcutta
in praktischer Verwendung. Man stellt die Plättchen in einen starken Holzrahmen und ordnet die Rollen derart nebeneinander an, daß die Münzplättchen der einen Rolle in die Zwischenräume zwischen den Münzplättchen der benachbarten Rolle etwas hineinragen und hierdurch sämmtliche Plättchen des Rahmens untereinander in metallische Berührung bringen. Der so beschickte Rahmen kommt dann in ein Gefäß, welches Cyankaliumlösung und eine Silberplatte als negative Elektrode enthält, während die Münzplättchen mit dem positiven Pole der Elektricitätsquelle verbunden werden. Als solche wird in den indischen Münzen eine Siemens’sche dynamoelektrische Maschine verwendet.
Justirt man Münzplättchen von nahezu gleichem Mehrgehalte, so kann man sich der galvanoplastischen Wage bedienen. Eine hierzu brauchbare Anordnung ist durch Fig. 589 dargestellt und bedarf nach dem weiter oben Mitgetheilten wohl keiner weiteren Erklärung. Natürlich können auch die zu leichten Münzplättchen durch galvanoplastischen Niederschlag auf das normale Gewicht gebracht werden. In den indischen Münzen führt man beiderlei Justirungen in einem Processe durch. Es werden in das Cyankaliumbad zwei Rahmen übereinander angebracht, von welchen der eine die zu leichten, der andere die zu schweren Plättchen enthält. Die zu leichten Plättchen verbindet man dann mit dem negativen, die zu schweren mit dem positiven Pole und erhält dadurch das in der einen Plättchenserie aufgelöste Metall auf den Plättchen der anderen Serie niedergeschlagen. Die galvanoplastische
Fig. 589.
Justiren der Münzplättchen.
Wage kann auch hier zur Anwendung kommen, indem man nur einen der beiden Rahmen an den Wagbalken hängt.
Der Werth dieser Justirmethode geht daraus hervor, daß in der Münze zu Bombay im Jahre 1879 von 1,320.800 Kilogramm vermünzten Silbers 5,000.000 Münzplättchen in der angegebenen Weise justirt wurden, und diese Methode gegen- über den älteren Verfahren zu einer Ersparung von 1400 Pfund Sterling führte.
Die eigentliche Galvanoplastik.
Unter der eigentlichen Galvanoplastik oder Galvanoplastik im engeren Sinne des Wortes versteht man die Herstellung von Metallniederschlägen durch die Elektro- lyse, welche so stark sind, daß man sie von der Form abtrennen kann und daß sie dann selbstständige Metallgegenstände bilden. Der Proceß, welcher bei der galvano- plastischen Nachbildung von Gegenständen vor sich geht, ist derselbe wie in der Galvanostegie: Die Lösung eines Metallsalzes wird durch den elektrischen Strom in der Weise zerlegt, daß sich das Metall an der Kathode abscheidet. Trennt man hierauf den Niederschlag von der Kathode, so giebt ersterer ein vollkommen treues Abbild der letzteren; die galvanoplastische Copie unterscheidet sich aber von der Vorlage (der Kathode) dadurch, daß die erhabenen Stellen der letzteren vertieft, die vertieften erhaben erscheinen, daß also die Copie ein „Negativ“ der Vorlage darstellt. Will man eine positive Copie erhalten, so muß man von dem Negativ nochmals einen galvanoplastischen Abzug machen. Das Negativ nennt man die
Form
oder auch die
Matrize
. Wir haben hiermit bereits eine Art der
Herstellung der Formen
für galvanoplastische Zwecke kennen gelernt. Diese Herstellung der Form besteht also darin, daß man den nachzubildenden Gegenstand, wenn er ein Elektricitätsleiter ist, einfach in ein Metallbad, gewöhnlich in eine schwach saure, concentrirte Lösung von Kupfervitriol, einhängt und mit dem negativen Pole der Elektricitätsquelle in Verbindung bringt, während als positive Elektrode eine Kupfer- platte verwendet wird. Würde man dem Kupfer gestatten, sich auf der ganzen Fläche des zu copirenden Gegenstandes abzuscheiden, so würde hierdurch ein zusammenhängender, den ganzen Gegenstand umhüllender Niederschlag entstehen, dessen Ablösung unmöglich wäre. Um dies zu verhindern, wird ein Theil der Gegenstandsoberfläche mit einer nichtleitenden Schichte, z. B. mit Wachs oder Firniß, überzogen (also beim Abformen einer Münze die eine Seite derselben). Ist der abzuformende Gegenstand selbst kein Leiter der Elektricität, so muß jener Theil, welcher copirt werden soll, durch entsprechende Ueberzüge leitend gemacht werden. Wie dies bewerkstelligt wird, soll bei der Bereitung von Formen aus nichtleitendem Materiale angegeben werden.
Obwohl die galvanoplastisch hergestellten Matrizen sehr genau und dauerhaft sind, verschafft man sich solche doch gewöhnlich in anderer Weise, weil die galvano- plastische Herstellung zu viel Zeit und Geld erfordert. Zur Herstellung von Formen können die verschiedensten leicht schmelzbaren oder plastischen Körper verwendet werden. Thatsächlich in Anwendung kommen Legirungen, Blei, Siegellack, Wachs, Mischungen mit Wachs, Gelatin (Leim), Gyps, Guttapercha und verschiedene plastische Gemenge. Von den
Legirungen
können natürlich nur solche verwendet werden, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben. Eine solche Legirung ist z. B. das
Rose
- sche Metall, welches aus Wismuth (2 Theile), Blei (1 Theil) und Zinn (1 Theil) besteht und bei 94 Grad Celsius schmilzt. Die
Wood
’sche Legirung schmilzt bei 76 Grad und wird gebildet aus: Kadmium (2 Theile), Wismuth (8 Theile), Blei (4 Theile) und Zinn (2 Theile). Zum Abformen von Körpern, welche eine Temperatur von 108 Graden aushalten können, empfiehlt
Böttcher
eine bei dieser Temperatur schmelzende Legirung, bestehend aus Blei (8 Theile), Wismuth (8 Theile) und Zinn (3 Theile). Diese Legirung soll besonders schöne und scharfe Abdrücke geben. Die Herstellung einer Form mit Hilfe dieser oder ähnlicher Legirungen wird in verschiedener Weise ausgeführt. Man kann z. B. die Legirung auf eine ebene Unterlage ausgießen, sie von etwa oberflächlich anhaftendem Oxyde durch Ueber- streifen mit einem Kartenblatte reinigen und dann die abzuformende Münze oder Medaille stark aufdrücken mit oder ohne Anwendung einer Presse. Ist die Legirung vollkommen erstarrt, so genügt ein leichter Hammerschlag, um Form und Gegenstand voneinander zu trennen. Die Form erhält dann durch Ausschmelzen einen Zuleitungs- draht und wird als Kathode in des Metallbad gebracht. Fordert man keinen besonders scharfen Abdruck als Matrize, so kann auch eine glänzend reine Bleiplatte Verwendung finden, in welcher man den Abdruck durch einen starken Schlag oder durch Pressung erzeugt.
Auch bei Anwendung aller Vorsicht ist jedoch nicht immer die Bildung einer feinen Oxydschichte auf der Legirung zu vermeiden; dies kann aber bei feinen Gravirungen leicht zu Ungenauigkeiten in der Form Veranlassung geben. Auch ist nicht jeder Gegenstand fähig, der Temperatur der geschmolzenen Legirung zu wider- stehen. In solchen Fällen ist man zur Anwendung der bereits oben angegebenen plastischen Formmaterialien genöthigt.
Zur Herstellung von Formen aus
Gyps
ist dieser im frischen Zustande zur Anwendung zu bringen oder doch wenigstens ein in gut verschließbaren Gefäßen aufbewahrter zu verwenden. Man nimmt hierzu den reinsten, bei feinen Arbeiten wohl auch aus Alabaster bereiteten Gyps. Er wird mit Wasser (etwa 2½ Theile Wasser auf 1 Theil Gyps) zu einem Brei angerührt und giebt dann ein in kurzer Zeit zu einer festen Masse erstarrendes Formmaterial. Der Gyps kann zum Abgießen von Modellen verwendet werden, die selbst aus Gyps bestehen, oder auch von solchen aus Marmor, Alabaster, Metall und Holz. Um die Form vom Modelle abheben zu können, wird letzteres, wenn es aus Metall besteht, eingeölt, sonst aber sorgfältig eingeseift oder mit Reißblei (Graphit) überzogen. Man erhält nach Brandely z. B. die Form einer Münze, indem man diese an ihrem Rande mit einem Streifen starken Papieres mehrmals umgiebt und diesen an der Münze festbindet, so daß hierdurch ein flaches Gefäß entsteht, dessen Wand durch den Papierstreifen, dessen Boden durch die Münze gebildet wird. Dann wird die letztere eingeölt, was am besten durch Ueberstreichen mit einem in Oel getauchten Pinsel und hierauf durch Wegnahme des überflüssigen Oeles durch einen trockenen Pinsel geschehen kann. Da beim Einbringen des Gypses in das so vorbereitete Modell leicht Luftblasen zurückbleiben können, ist es zweckmäßig, zuerst durch einen Pinsel eine dünne Gypsschichte aufzutragen und dann erst den Gypsbrei bis zur erforderlichen Stärke einzufüllen. Ist der Guß erstarrt, so löst man die Papier- einfassung ab und kann dann leicht die Form von dem Modelle trennen. Man legt dann erstere mit der Seite des Abdruckes nach oben auf eine geeignete Unter- lage und trocknet in der Sonne oder im Ofen. Man erhält sehr glatte Flächen auf der Form, wenn man diese in geschmolzenes Wachs, Stearin u. dgl. eintaucht, da durch dieses alle Poren des Gypses ausgefüllt werden.
Nicht so einfach gestaltet sich das Verfahren, wenn das Modell größere Erhabenheiten und Vertiefungen oder verschieden gebogene Flächen besitzt, da dann die Form nicht einfach abhebbar ist, weil sie an verschiedenen Stellen das Modell untergreift, oder wie man sich in der Formerei ausdrückt,
unterschneidet
. In solchen Fällen ist die Gypsform aus mehreren Stücken zusammenzusetzen. Natürlich wird man hierbei trachten, so wenig Theile als möglich zu erhalten. Man bestreicht zunächst ein möglichst großes Stück des Modelles (nachdem es eingeölt oder ein- geseift ist) mit Gypsbrei und trägt dann auf diesem Gyps bis zu einer hinreichend dicken Schichte auf. Ist diese erstarrt, so wird sie abgehoben, an ihren Seiten nach geraden Flächen beschnitten und dort eingeseift. Dann bringt man die Theil- form wieder auf den Gegenstand und gießt einen zweiten Theil des Gegenstandes, unmittelbar an der ersten Theilform, ab und verfährt mit der zweiten Theilform ebenso wie mit der ersten. Das Formen wird in dieser Weise fortgesetzt, bis das ganze Modell abgeformt ist.
Wenn es angeht, so werden dann sämmtliche Theilformen ohne Zuhilfe- nahme des Modelles aneinandergefügt und durch einen außen angebrachten Gyps- mantel verbunden. In anderen Fällen werden die galvanoplastischen Abdrücke von den Theilformen einzeln hergestellt und die so erhaltenen Stücke durch Löthen miteinander verbunden.
Qhne
auf das weniger wichtige Abformen der Modelle in Wachs, Stearin und Gemischen dieser Körper einzugehen, möge hier nur eine Mischung erwähnt werden, welche sehr gute Resultate erreichen läßt. Sie wurde von
Kreß
angegeben und wird in der Weise bereitet, daß man zu 4 Theilen geschmolzenen Asphaltes 12 Theile weißes Wachs, hierauf 4 Theile Stearin und schließlich 2 Theile Talg hinzufügt. Die durch fleißiges Umrühren innig gemengte, flüssige Masse bekommt noch einen Zusatz von feinem Kienruß, bis das Ganze eine tiefschwarze Farbe zeigt. Das Ankleben dieser Formmasse an den Modellen verhindert man durch Einrühren von gesiebtem Gyps. Soll hiermit ein z. B. aus Gyps bestehendes Modell abgeformt werden, so legt man das Gypsmodell in laues Wasser, bis letzteres das erstere ganz durchtränkt hat. Das Modell wird dann mit der Form- masse übergossen und letztere nach dem Erstarren abgenommen.
Ein äußerst wichtiges und geschätztes Formmaterial bildet die
Guttapercha
; es ist dies ein dem Kautschuk ähnlicher Milchsaft, welcher von der
Isonandra Gutta
gewonnen wird. Dieser Baum (zur Familie der
Sapotaceen
gehörig) kommt auf Singapur, an den Ufern der Meerenge von Malacca und auf Borneo vor. Man gewinnt den Saft, indem man ihn durch Einschnitte in den Baum zum Ausfließen bringt, oder auch wohl den Baum selbst fällt und entschält. Die rohe Guttapercha erscheint als trockene, röthlich marmorirte Masse, während die gereinigte Gutta- percha fast weiß ist. Sie löst sich weder in Wasser oder Weingeist noch in ver- dünnten Säuren oder Alkalien, wird in heißem Wasser weich, klebrig und faden- ziehend, hingegen bei Abkühlung wieder fest. In diesem Zustande bildet sie einen guten Isolator für Elektricität. Ihre Anwendung in der Galvanoplastik zur Her- stellung der Formen ergiebt sich eigentlich schon aus der Angabe ihrer Eigen- schaften. Hat man kleinere Gegenstände abzuformen, so drückt man die durch Wärme erweichte Masse durch die Hand in alle Vertiefungen des Modelles ein; ist dann die Guttapercha erhärtet, so läßt sie sich von dem Modelle leicht abheben, voraus- gesetzt, daß man vor dem Auflegen der Guttapercha diese gut mit Graphit überzogen hat. Beim Abformen größerer Gegenstände muß eine Presse zur Anwendung gelangen, in welcher man mit ebener Platte preßt, wenn der Gegen- stand keine bedeutenden Erhöhungen und Vertiefungen besitzt; ist dies aber der Fall, so würde durch die ebene Preßplatte eine Guttaperchaform gebildet, die an den einzelnen Stellen in ihrer Dicke erheblich variiren würde. Dies zu vermeiden, höhlt man die bleierne Preßplatte durch den Grabstichel an den entsprechenden Stellen aus. Würde man dies nicht thun, so könnten die ungleich dicken Stellen bei dem durch das Abkühlen bewirkten Zusammenziehen ein Verzerren der Form veranlassen.
Sind die Gegenstände sehr zart, so verwendet man zum Abformen derselben
Leim
(Gelatin). Man kann dann entweder die Leimform direct zur Erzeugung des galvanoplastischen Niederschlages benützen oder erst mit Hilfe derselben sich eine festere Form herstellen. Der Leim wird gewöhnlich nicht allein, sondern mit ver- schiedenen Zusätzen gebraucht; so erhält man z. B. eine brauchbare Leimlösung, indem man 10 Theile Leim und 1 Theil braunen Candis mit soviel heißem Wasser löst, daß beim Erkalten eine feste Gallerte entsteht. Um mit dieser Masse einen Körper abzuformen, wird die Leimlösung im warmen Zustande aufgegossen und dann erkalten gelassen. Hierauf kann man dann diese elastische Form abheben und durch Ausgießen derselben mit einer Wachsmischung eine feste Form gewinnen.
Auf die Herstellung folgt die
Vorbereitung der Formen
für das Bad; diese Vorbereitung ist eine sehr einfache, wenn die Formen metallisch sind. Da solche die Elektricität sehr gut leiten, erstreckt sich die Vorbereitung nur darauf, daß durch entsprechende Mittel ein leichtes Ablösen des Niederschlages von der Form gesichert erscheint. Hierzu genügt es, das Metall mit Oel zu bestreichen, jedoch so, daß an keiner Stelle Oelschichten entstehen, sondern nur die ganze Ober- fläche fett erscheint. Statt die Form einzuölen, kann man sie auch mit einem Graphitüberzuge versehen. Denselben Dienst leisten auch dünne, hauchförmige, pulverige Metallüberzüge. Solche stellt man z. B. auf Kupferplatten in der Weise her, daß man auf die Platte kurze Zeit Joddämpfe einwirken läßt, die das Kupfer in einer sehr dünnen Schichte in Jodkupfer verwandeln; dann setzt man die Platte der Einwirkung des Sonnenlichtes aus, wodurch das Jodkupfer wieder zersetzt wird, so daß gewissermaßen ein Hauch pulverigen Kupfers die Platte überzieht, indeß das Jod entweicht.
Nicht so einfach stellt sich das Verfahren, wenn man es mit Formen aus nichtleitendem Materiale zu thun hat. Bei diesen hat man zunächst zu unter- scheiden, ob das Material eine poröse oder eine glatte Oberfläche hat. Poröse Formen, wie z. B. solche aus Holz oder Gyps, müssen, bevor sie leitend gemacht werden, eine glatte Oberfläche erhalten. Dies kann man durch Eintauchen in geschmolzenes Wachs oder in Stearin erreichen. Holzformen werden zu demselben Zwecke wohl auch längere Zeit in Oel gesteckt. Glatte Formen (aus Elfenbein, Porzellan, Glas) bedürfen dieser Vorbereitung nicht. Das am häufigsten angewandte Mittel, um die Formen leitend zu machen, besteht im Ueberziehen mit Graphit. Man hat hierzu die besten Sorten zu verwenden, sie sorgfältig zu reinigen und dann als äußerst feines Pulver in Anwendung zu bringen. Auf Stearinformen wird das feine Graphitpulver mit Hilfe eines Pinsels oder einer Bürste aufgerieben. Man muß diese Operation so lange fortsetzen, bis alle Stellen der Form, auf welchen ein Metallniederschlag erzeugt werden soll, einen gleichmäßigen Glanz und eine dunkle Färbung angenommen haben. Von der Sorgfalt, mit welcher das Graphitiren ausgeführt wurde, hängt das Gelingen des galvanoplastischen Nieder- schlages ab, da sich das Metall nur dann gleichmäßig absetzt, wenn die Form auf ihrer ganzen Oberfläche gleich gut leitend gemacht wurde.
Da aber Graphit im Vergleiche zu den Metallen immerhin noch ein schlechter Elektricitätsleiter ist, hat man versucht, Metalle zum Leitendmachen der Formen zu verwenden. Das Auftragen derselben (z. B. von Goldbronze) auf trockenem Wege hat keine besonders guten Resultate ergeben, da die verschiedenen Metall- pulver nicht so gut haften wie Graphit; hingegen hat der nasse Weg, namentlich in bestimmten Fällen, das angestrebte Ziel vollkommen befriedigend erreichen lassen. Als leitende Ueberzüge werden Silber und einige seiner Verbindungen benützt. Muß z. B. eine Leim- oder Gelatinform selbst in das Kupferbad gebracht werden, so ist es, um correcte Abdrücke zu erhalten, nothwendig, daß sich die erste Kupfer- schichte rasch absetzt und die Form umhüllt, weil diese sonst aufquillt. Der Nieder- schlag wird sich aber unter übrigens gleichen Umständen desto rascher bilden, je besser die Form leitet. In diesem Falle wird also ein metallischer Ueberzug bedeu- tend bessere Dienste leisten als ein Graphitüberzug. Um die Form mit Schwefel- silber zu überziehen, werden verschiedene Verfahren angegeben. Man kann hiernach einen derartigen Ueberzug erhalten, wenn man die Form in eine alkoholhältige Lösung von Höllenstein (Silbernitrat) taucht und durch Ueberfahren mit einem Pinsel dafür sorgt, daß die Form in allen ihren Theilen vollkommen gleichmäßig durch die Silberlösung benetzt wird. Ansammlung von Flüssigkeit in den Ver- tiefungen der Form ist zu vermeiden, weil dann Krystallisationen eintreten können, welche die Genauigkeit des Abdruckes stören. Die wieder getrocknete (nach Anderen die noch feuchte) Form setzt man hierauf der Einwirkung von Schwefelwasserstoffgas aus, indem man sie über ein Gefäß hält, in welchem aus Schwefeleisen und ver- dünnter Schwefelsäure Schwefelwasserstoff entwickelt wird. Bei größeren Formen kann man auch den Schwefelwasserstoff in dazu geeigneten Apparaten entwickeln und durch einen Kautschukschlauch auf die Form strömen lassen. Auch das Ueber- ziehen mit ebenfalls gut leitendem Phosphorsilber wurde empfohlen, ebenso wie jenes mit metallischem Silber. Einen Ueberzug von metallischem Silber kann man auf folgende Weise erhalten: Die Form wird zunächst in eine Lösung von Phosphor in Schwefelkohlenstoff getaucht, dann abtropfen und trocknen gelassen. Der Schwefel- kohlenstoff verdampft und die Form bleibt mit einer dünnen Phosphorschichte überzogen zurück. Hierauf taucht man sie in eine Lösung von salpetersaurem Silber- oxyd und verreibt diese durch einen Pinsel auf der ganzen Form. Da sich der Phosphor außerordentlich leicht oxydirt, wird er das sauerstoffreiche Silbersalz in kurzer Zeit zersetzen und das metallische Silber ausscheiden. Sobald man (an der Farbe) erkennt, daß dieser Proceß vor sich gegangen ist, bringt man dann diese Form in das galvanoplastische Bad. Dieses Verfahren erfordert aber die Anwendung äußerste Vorsicht, da sowohl Schwefelkohlenstoff als auch Phosphor höchst feuer- gefährliche Stoffe sind. Fällt ein Tropfen der Phosphorlösung auf Bekleidungsstücke, Papier u. dgl., so entzündet er sich, sobald der Schwefelkohlenstoff verdampft ist. Der Phosphor wird nämlich aus der Lösung in sehr fein vertheiltem Zustande abgeschieden und oxydirt sich dann so rasch, daß er sich bis zur Entzündung erhitzt. Alle Operationen mit der Phosphorlösung müssen daher auf einer Stein- oder Blechplatte ausgeführt werden und darf absolut keine Flamme in der Nähe sein. Schwefelkohlenstoff verdampft sehr rasch und dieser Dampf kann sich (natürlich unsichtbar) ziemlich weit hin fortziehen. Trifft er auf seinem Wege auf eine Flamme, so entzündet er sich und pflanzt die Entzündung bis zur Stelle seiner Ausströmung blitzschnell fort. Schwefelkohlenstoff giebt auch mit Luft gemischt Knallgas, kann somit Explosionen veranlassen. Man muß deshalb diese Arbeiten im Freien oder unter einem gut ziehenden Kamine ausführen.
Ist die Form an und für sich leitend oder auf die eine oder andere Weise leitend gemacht worden, so hat man noch, bevor sie in das Bad eingebracht wird, für eine entsprechende Verbindung der leitenden Oberfläche mit dem Zuleitungs- drahte zu sorgen. Bei Metallformen erreicht man dies durch Anschmelzen des Drahtes an die Form. Bei Formen aus Wachs, Stearin, Guttapercha u. s. w. kann die mechanische Befestigung durch Eindrücken des warmen Drahtes an passenden Stellen der Form erfolgen. Bei runden Gegenständen, z. B. Münzen oder Medaillen, wird man deren Form durch den Draht kreisförmig umfassen. Die leitende Verbindung bewerkstelligt man dadurch, daß man die Graphit- oder Metallschicht bis zum Drahte führt oder diesen durch Graphitstriche mit der leitenden Fläche der Form verbindet. Da die Metallabscheidung stets am Drahte beginnt und von diesem aus sich über die ganze Form verbreitet, müssen größere Objecte an mehreren Stellen mit dem Zuleitungsdrahte in Verbindung stehen, wenn man die Abscheidung beschleunigen will. Es können zu diesem Behufe mit dem Zuleitungsdrahte mehrere feine Drähte verbunden sein, deren Spitzen die Form an verschiedenen Stellen (namentlich an den tiefer liegenden) berühren, oder man kann auch bei zusammen- gesetzten Formen schon beim Zusammensetzen der Stücke zwischen diese feine Metall- drähte einlegen. Selbstverständlich müssen alle metallischen Theile, welche keinen Niederschlag erhalten sollen, bevor sie in das Bad kommen, mit einem nichtleitenden Ueberzuge versehen werden, was durch Ueberziehen mit Lack, Wachs, Stearin, Guttapercha u. s. w. geschehen kann. Der galvanoplastische Apparat selbst muß vollständig vorbereitet sein, so daß durch das Einsenken der Form bereits der Strom geschlossen wird; die Stromwirkung muß einer etwaigen chemischen Einwirkung des Bades auf die Form oder deren Ueberzug gewissermaßen zuvorkommen.
Die Anwendungen der Galvanoplastik im engeren Sinne sind bereits sehr zahlreich geworden. Die wichtigsten derselben sollen nachstehend kurz skizzirt werden. Zu den einfachsten galvanoplastischen Arbeiten gehört die
Reproduction von Münzen oder Medaillen.
Hierüber ist nach dem Vorhergehenden nur wenig mehr als Ergänzung zu bemerken. Benützt man die Münze selbst als Modell, so hat man, um den Niederschlag ablösen zu können, zunächst nur auf einer Seite
Fig. 590.
Galvanoplastischer Apparat.
einen Niederschlag zu erzeugen, indeß die andere durch Ueberziehen mit Wachs u. dgl. nicht leitend gemacht wurde; hierauf erzeugt man in derselben Weise den Niederschlag auf der zweiten Seite und kann dann beide Seiten durch Löthung miteinander verbinden. Auch bei metallischer oder metallisirter Form muß der Niederschlag in zwei Operationen gebildet werden. Hat man nur einzelne Stücke zu reproduciren, so kann man sich eines einfachen Apparates bedienen; für eine größere Anzahl wird jedoch der in Fig. 590 abgebildete oder ein ähnlicher Apparat vorzuziehen sein. An der Kupferstange
a b
sind die vertical in den Trog
A
ein- gehängten Kupferplatten
K K
leitend befestigt. Mit dem Zinkstabe
c d
stehen Drähte
m m
in leitender Verbindung, welche quer über den Trog gelegt sind, und von welchen an feinen Drähten die einzelnen Münzen und Medaillen herabhängen. Jene Drahtenden
m m
, welche auf dem Kupferstabe
a b
aufruhen, sind natürlich von diesem entsprechend isolirt. Den Strom für das Bad liefert die Batterie
D D
…, deren negativer Pol (Zinkpol) mit dem Zinkstabe, also auch mit den Münzen, und deren positiver Pol mit dem Kupferstabe und den Kupferplatten in Verbindung steht. Um das Ansetzen von Luftbläschen, welche die Continuität des Kupfer- niederschlages stören würden, zu verhindern, taucht man die Münzen, beziehungsweise
Urbanitzky
: Elektricität. 52
die Formen, vor dem Einbringen in das Bad in Alkohol, oder erwärmt das Bad mäßig oder entfernt die Bläschen durch einen Pinsel. Das Bad wird aus reinem Kupfervitriol und destillirtem Wasser bereitet und durch Schwefelsäure schwach angesäuert. Um es immer concentrirt zu erhalten, hängt man Säckchen mit Kupfervitriolkrystallen ein. Die auf diese Weise in Kupfer erhaltenen Reproduc- tionen werden dann häufig nach einem der weiter oben angegebenen Verfahren vergoldet oder versilbert.
Zu den schwierigeren Aufgaben der Galvanoplastik gehört die
Reproduc- tion von Büsten, Statuen
u. dgl. welche in Hohlformen auszuführen sind.
Lenoir
gab hiefür das nachstehende Verfahren an. Die Statue wird in einer Längshälfte mit Gyps übergossen, so daß sie, wenn der Gyps erstarrt ist, gewisser- maßen in einer Gypsschale liegt, etwa wie ein schwimmender Holzbalken im Wasser. Hierauf versieht man diese Gypsschale auf ihrem freien Rande (entsprechend der Oberfläche des Wassers) mit Vertiefungen und übergießt dann die freiliegende Hälfte der Statue mit einem Gemenge von Guttapercha, Harz und Schweinefett. Ist diese Masse fest geworden, so schlägt man die Gypsschale von der Statue ab, auf welcher nun die oben angegebene Masse zurückbleibt. Auf der Trennungsfläche dieser und der Gypsschale ragen Zapfen hervor, welche durch Ausfüllung der in den Gyps gemachten Vertiefungen entstanden sind. Hierauf wird auch die zweite Hälfte der Statue mit der Masse übergossen. Ist letztere erstarrt, so kann man die aus zwei Hälften gebildete Form abnehmen. Die Innenflächen der Form werden dann durch Graphit leitend gemacht, beide Hälften mit Hilfe der Zapfen und Löcher genau aneinander gepaßt und sind dann zum Einhängen in das Bad vorbereitet. Um aber ein gleichmäßiges Ablagern des Kupfers an den verschiedenen erhöhten und vertieften Stellen des Modelles zu sichern, muß in diese Hohlform eine Anode gebracht werden, deren Oberfläche annähernd den Krümmungen der Hohlform folgt, damit überall Hohlform und Anode ziemlich gleich weit voneinander abstehen. Die Herstellung einer Anode aus demselben Metalle, welches im Bade gelöst ist, also z. B. aus Kupfer, ist jedoch aus verschiedenen Ursachen nicht zu empfehlen. Um nur einen Uebelstand zu erwähnen, würde sich die Kupferanode während des Nieder- schlagsprocesses lösen und durch diese Lösung kann es leicht geschehen, daß einzelne Metalltheilchen sich lostrennen und auf die Hohlform fallen, wodurch ein fehler- hafter Niederschlag entstehen kann. Lenoir wendet daher ein die Hohlform nach- ahmendes Gerüste aus Platindrähten an, welches so innerhalb der Hohlform befestigt wird, daß es diese in keinem Punkte berührt. Etwaige nicht zu umgehende Stützen werden aus Glasstäben oder wohl isolirten Drähten gebildet.
In den gut gesirnißten, mit der Kupfervitriollösung gefüllten Holztrog
A
(Fig. 591) wird die Form
B
mit ihrer Platinanode eingehängt. Die einzelnen Platindrähte sind bei
a
vereinigt und an einem der Metallstifte
s
auf der Stange
T T
befestigt; diese steht durch den Draht
K
mit dem positiven Pole der Elektricitäts- quelle in Verbindung. Der vom negativen Pole derselben kommende Draht
Z
führt zur Klemmschraube
c
, welche durch den Kupferstreifen
k
mit der Graphitschichte an der Innenfläche der Form verbunden ist. Die Concentration der Kupfervitriol- lösung wird durch oben in der Kufe eingehängte Säckchen oder Kästchen, welche mit Kupfervitriolkrystallen gefüllt sind, erhalten. Scheidet sich nun das Kupfer auf der Graphitschichte ab, so wird die Lösung im Innern der Hohlform immer reicher an Schwefelsäure werden und diese müßte endlich allein die Flüssigkeit bilden, wenn nicht für neue Zufuhr von Kupfervitriollösung gesorgt würde. Da die Hohl- form oben und unten offen ist, und die verdünnte Schwefelsäure ein geringeres specifisches Gewicht besitzt als die Kupfervitriollösung, so wird letztere immer unten in die Form eindringen und die Schwefelsäure nach oben hinausdrängen. Dort trifft aber diese auf die Kupfervitriolkrystalle, löst sie auf und bildet in dieser Weise wieder eine concentrirte Kupfervitriollösung, die zu Boden sinkt. Dieser Kreis- lauf wird noch durch die reichliche Sauerstoffentwicklung unterstützt, welche die Elektrolyse an der Platinanode hervorruft.
Die Herstellung solcher Platinskelette ist jedoch ziemlich kostspielig;
Sonolet
(Ingenieur bei
Christofle
) ersetzt daher das Platin durch Blei. Das Blei wird nämlich bei der Elektrolyse auch nicht angegriffen, oder richtiger, es bildet sich an seiner Oberfläche, wenn es als Anode dient, eine braune Oxydschichte, welche das Blei gegen weitere Einwirkung schützt und dann die Sauerstoffentwicklung begünstigt. Der Bleikern, welcher als Anode dienen soll, wird in roher Gestalt der Innen- fläche der Hohlform nachgebildet, um der Flüssigkeit freie Circulation zu gestatten, mehrfach durchbohrt und dann weiter damit verfahren wie mit dem Platin- skelette.
Ist der Gegenstand nicht zu ver- vielfältigen, sondern hat man ihn blos einmal herzustellen, so können Wachs- modelle (oder Modelle aus Stearin und Gemischen) verwendet werden. Man macht dieses Modell leitend und sorgt dann dafür, daß sich der Nieder- schlag möglichst gleichförmig absetzt. Hat er beiläufig Papierdicke erreicht, so bringt man ihn sammt dem Wachs- modelle in heißes Wasser. Das Wachs schmilzt und fließt aus der dünnen Kupferhülle heraus, die dann innen durch Kalilauge und Alkohol sorgfältig gereinigt, hierauf außen mit Wachs
Fig. 591.
Galvanoplastischer Apparat.
überzogen und neuerdings in das Kupferbad eingebracht wird. Es schlägt sich nun Kupfer im Innern der Form nieder und verstärkt diese bis zu dem verlangten Grade der Festigkeit.
Die
Herstellung von Kolossalfiguren
auf galvanoplastischem Wege kann auf zweierlei Weise durchgeführt werden; man erzeugt den Niederschlag entweder in einzelnen Stücken und vereinigt diese dann durch Löthung oder man bewirkt den ganzen Niederschag in einem Bade. Bei der ersten Methode verfertigt man sich ein Gypsmodell der Figur, schneidet dann von diesem alle besonders vorragenden Theile, wie Arme, Füße oder auch Attribute ab, zertheilt, wenn der Rumpf noch zu groß sein sollte, auch diesen und bringt die so erhaltenen Theile einzeln in das Bad. Hierauf glättet man die Ränder der galvanoplastisch erzeugten Kupferniederschläge, fügt diese genau aneinander, sichert ihr genaues Zusammenhalten durch Umwinden mit Draht und verlöthet die einzelnen Theile untereinander. Sind die Figuren sehr groß, so kann ihre Festigkeit durch Verspreizungen im Innern erhöht werden.
Christofle
in Paris zieht es vor, den Kupferniederschlag in Einem Stücke zu erzeugen und bedient sich hierzu des bereits oben angegebenen Bleikernes als Anode.
52*
Die Herstellung von hohlen Figuren oder überhaupt von Kunstwerken auf galvanoplastischem Wege hat gegenüber jener durch Guß mancherlei Vortheile auf- zuweisen. Die galvanoplastische Herstellung kommt bedeutend billiger, weil sie einfacher ist, nach der Herstellung keiner Ueberarbeitung bedarf und weniger Metall bean- sprucht. Sie ist einfacher, weil sie nur eines verhältnißmäßig einfachen und billigen Apparates, nämlich des Bades bedarf, während der Guß die Aufstellung eines Schmelzofens erfordert. Die galvanoplastisch erzeugten Figuren bedürfen keiner Nacharbeitung, weil sie ohnehin eine glatte Oberfläche besitzen, die sich mit absoluter Genauigkeit an die Form anschmiegt. Beim Guß müssen hingegen die Formen aus mehr oder minder rauhem Sande hergestellt werden, damit sie die hohe Temperatur des geschmolzenen Metalles aushalten können. Die Gußtheile sind daher an ihrer Oberfläche rauh und erfordern deshalb an ihrer ganzen Oberfläche eine sorgfältige Nacharbeitung. Dies hat nicht nur den Nachtheil, daß hierdurch das Product vertheuert wird, sondern macht auch den Künstler ganz von der Geschicklichkeit des Ciseleurs oder Retoucheurs abhängig. Es ist einleuchtend, daß bei dieser nachträglichen Retouche, auch bei vollkommen gelungenem Gusse, die Weichheit der Formen und Schönheit der Linien erhebliche Einbuße erleiden kann, wenn der Retoucheur nicht im Stande ist, die Gedanken des Künstlers vollkommen nachzudenken. Auch ist der Metallguß großer Figuren durchaus keine Operation, deren Gelingen im Vorhinein verbürgt werden kann. Ferner können beim Abkühlen und Erstarren der Gußmasse durch ungleichförmige Zusammenziehung des Metalles an verschiedenen Stellen auch Verzerrungen eintreten. Alle diese Uebelstände fallen bei der galvanoplastischen Herstellung vollkommen weg.
Die galvanoplastischen Niederschläge sind überdies sehr homogen, zäh und hämmerbar.
Bouilhet
setzte zwei gleich starke Kupferplatten, von welchen die eine galvanoplastisch, die andere durch Guß hergestellt war, einer hydraulischen Presse aus. Durch die gegossene Platte drang das Wasser bereits bei einem Drucke von 12 Atmosphären, während es die galvanoplastische Platte erst bei 20 Atmosphären durchdrang.
Der weitaus niedrigere Preis galvanoplastisch erzeugter Kunstwerke gegenüber gegossenen ist aber auch noch in anderen Umständen begründet. Eine galvanoplastisch erzeugte Metallplatte ist allerdings theurer (etwa noch einmal so theuer) wie eine gegossene Bronzeplatte von gleichem Gewichte; ist aber z. B. eine antike Statue in Metall nachzubilden, dann erfordert die Herstellung dieser Copie durch Metall- guß einen sehr bedeutenden Kostenaufwand, da die Nachbildung auf diesem Wege Künstlerhänden anvertraut werden muß. Für die galvanoplastische Nachbildung bleibt aber der Preis unverändert, da der galvanoplastische Niederschlag complicirte oder edle Formen ganz in derselben Weise nachbildet wie die einfachsten oder kunst- losesten Formen. Bei der Herstellung von Kunstwerken durch Guß ist man bestrebt, den Guß möglichst dünn zu erhalten, um an Metall zu sparen; man gießt einzelne Stücke nicht, um ihre Festigkeit zu erhöhen, 8 bis 15 Millimeter stark, sondern weil man sie in dünnerem Gusse nicht herstellen kann. Auch für Werke großer Dimen- sionen, welche den Einflüssen der Witterung auf unbestimmte Zeit hinaus zu widerstehen haben, genügt eine Metallstärke von 1·5 Millimeter. Die Festigkeit solcher Hohlformen kann durch innen angebrachte Metallgerüste hinreichend gesichert werden. Die auf galvanoplastischem Wege erzeugten Statuen erhalten gewöhnlich eine Wandstärke aus reinem Kupfer von 3 bis 5 Millimeter Dicke. Man kann diese durch Eingießen von Metall (Blei-Zinn oder Kupfer-Zink) ganz beliebig ver- stärken. Natürlich kann auch die Dicke des galvanoplastisch niedergeschlagenen Metalles ganz nach Wunsch bemessen werden, sowohl sehr gering als auch sehr groß. Mit dem Metallgusse kann man aber unter eine gewisse Dicke nie herabgehen. Da nun in vielen Fällen sehr dünne Metallschichten genügen, wie sie eben nur durch das galvanoplastische Verfahren erhalten werden können, und jede Verstärkung der Schichte dann eine Materialverschwendung ist, so wird das genannte Verfahren natürlich viel vortheilhafter sein als der Metallguß. Ferner können auch durch das galvanoplastische Verfahren, ebenso wie durch den Guß, verschiedene Stellen des- selben Modelles den Anforderungen entsprechend verschieden stark gemacht werden.
Zu hoher Vollendung und ausgedehnter Anwendung ist die
Galvanoplastik in den graphischen Künsten
gelangt. O.
Volkmer
, Vorstand der technischen Gruppe im k. k. militär-geographischen Institute in Wien, hat über die diesbezüglichen Arbeiten des genannten Institutes einen sehr interessanten Bericht veröffentlicht, aus welchem nachstehend das Wichtigste mitgetheilt werden soll.
Zur
Herstellung der Druckplatten größerer, permanenter Karten- werke
und überhaupt für die Arbeiten der Gesellschaft der vervielfältigenden Künste in Wien kommt im militär-geographischen Institute in neuester Zeit ausschließlich die
Heliogravure
an Stelle des Kupferstiches in Verwendung, da das erstgenannte Verfahren alle Vorzüge des Kupferstiches besitzt, aber frei ist von dessen Nachtheilen. Das Verfahren ist in seinen Hauptzügen folgendes: Zunächst wird von der Original- zeichnung, die sehr scharf und mit schwarzer Tusche hergestellt sein muß, ein verkehrtes und reducirtes photographisches Negativ genommen. Die Reducirung auf vier Fünftel oder drei Viertel der Orignalgröße ermöglicht eine schärfere Wiedergabe des Originals. Dieses Negativ dient dann zur Herstellung eines Gelatinreliefs. Man nimmt nämlich ein Pigment-Gelatin-Papier (d. h. ein mit gefärbter Gelatinlösung über- zogenes Papier) und behandelt dieses mit einer Lösung von doppelt chromsaurem Kali; hierdurch wird das Gelatinpapier in der Weise lichtempfindlich, daß sich die Gelatinmasse beim Eintauchen in Wasser nur an jenen Stellen löst, welche der Einwirkung des Lichtes nicht ausgesetzt waren, während die vom Lichte getroffenen Stellen ungelöst zurückbleiben. Um das Gelatinrelief zu erhalten, exponirt man das Gelatinpapier unter dem photographischen Negativ dem Sonnen- oder elektrischen Lichte in einem gewöhnlichen Copirrahmen (wie ihn die Photographen benützen). Die Entwicklung der belichteten Pigmentfläche erfolgt im dunkel gehaltenen Raume, indem man den Pigmentbogen mit der Bildseite auf eine versilberte Kupferplatte unter Wasser auflegt, beide aus dem Bade heraushebt, den Pigmentbogen glattstreicht, mit Löschpapier abtrocknet und etwa fünf Minuten liegen läßt. Die Platte kommt dann abermals in ein kaltes Wasserbad, um das doppelt chromsaure Kali von den nicht belichteten Stellen zu entfernen und hierauf in ein warmes Bad (von 30 bis 35 Grad R
é
aumur), um die nicht belichtete Gelatinmasse zu lösen, d. h. das Gelatinreliefbild auf der versilberten Kupferplatte zu entwickeln. Das Papier löst sich hierbei ab und schwimmt auf dem Bade oder wird sorgfältig abgezogen. Nun wird das Reliefbild in anderen Bädern von destillirtem warmen Wasser so lange behandelt, bis alle noch übrig gebliebenen Verschleierungen, Ton, Unreinigkeiten u. s. w. entfernt sind, und sich das Bild scharf von der hellen Silberfläche abhebt. Nach einem zehn- bis zwölfstündigen Trocknen der Platte haftet auf dieser ein stahl- hartes Gelatinreliefbild.
Das Gelatinrelief wird nun durch Graphit leitend gemacht und kommt in ein Kupferbad; man sorgt anfänglich für einen möglichst raschen Kupfernieder- niederschlag, nimmt dann nach ungefähr einer Stunde die Platte heraus und reinigt sie von etwaigen Unreinigkeiten. Hierauf kommt sie abermals in das Kupferbad, in welchem sie drei bis vier Wochen verbleibt, um durch langsames Niederschlagen von Kupfer die erforderliche Stärke zu erhalten. Nach Ablauf dieser Zeit hebt man sie heraus, feilt sie an den Rändern auf und trennt die Matrize von der Patrize. Ein von der Platte genommener Abdruck zeigt die etwaigen Mängel; feinere Striche werden mit der Nadel ergänzt, an den Effectstellen durch den Grab- stichel nachgeholfen. Es muß noch bemerkt werden, daß die Heliogravure immer erst nach einigen Abdrücken vollkommen scharfe Bilder giebt.
Die Heliogravure ermöglicht vollkommen getreue und scharfe Reproductionen; die Fehler, welche zum Vorscheine kommen, rühren äußerst selten von dieser Methode her, sind aber häufig Mängel des Originals. Die Heliogravure steht dem Kupfer- stiche nicht nach, Schärfe und Weichheit der Töne können mit dem Grabstichel nicht besser wiedergegeben werden.
„Welch ungeheuren Gewinn an Zeit, daher auch an damit verbundenen Kosten, die Heliogravure repräsentirt,“ sagt Volkmer, „mag aus dem Umstande entnommen werden, daß mittelst dieses Verfahrens seit dem Jahre 1873, also in circa 10 Jahren, im k. k. militär-geographischen Institute nahezu 2500 heliographische Kupferdruckplatten hergestellt wurden und hiervon circa 500 Platten dem epoche- machenden großen Kartenwerke der neuen Specialkarte der österreichischen Monarchie 1 : 75.000 angehören, welches durch Kupferstich hergestellt,
Generationen
zu seiner Durchführung und Fertigstellung erfordert hätte, so aber innerhalb der kurzen Frist von
nur 16 Jahren
beendet sein wird.“
Die Kupferplatten unterliegen während des Druckes hauptsächlich durch das Wischen der Farbe einer nicht unbedeutenden Abnützung. Will man daher die Heoligravure oder überhaupt einen Kupferstich erhalten, so nimmt man von der zum Drucke bestimmten Tiefplatte eine Hochplatte galvanoplastisch ab, die dann aufbewahrt wird; von dieser Hochplatte können natürlich beliebig viele Tiefplatten für den Druck hergestellt werden. Die Abnützung der Kupfer- platten wird auch in der Weise verringert, daß man die Platte oberflächlich, galvanoplastisch mit einem dünnen Eisenhäutchen überzieht, da dieses eine außerordentliche Härte besitzt. Eben aus diesem Grunde nennt man diese Operation auch das
Verstählen
der Kupferplatte. Man ist aber noch weiter gegangen; nützt sich dieses Stahlhäutchen schließlich doch auch ab, so legt man die Platte in verdünnte Schwefelsäure, welche das Stahlhäutchen löst, das Kupfer aber unverändert läßt. Die Platte kann nun neuerdings verstählt werden.
Der Landkartendruck erfordert nicht selten
Correcluren der Druckplatten,
in Folge von Umlegung der Straßen, Veränderungen der Grenzen u. s. w. Sind derlei Correcturen in größerer Zahl auf einer Platte auszuführen, so bedient man sich hierzu ebenfalls der Galvanoplastik und schlägt hierbei zweierlei Wege ein. Das erste Verfahren besteht darin, daß man die zu corrigirende Druckplatte zunächst durch Auskochen in einer Pottasche-Lösung von Druckfarbe, Fett u. dgl. reinigt und dann nach dem Abwaschen durch Aufreiben einer Lösung von Cyansilber in Cyankalium versilbert. Hierauf sticht der Kupferstecher mit dem Aushebestichel die zu corrigirenden Stellen aus, wobei darauf gesehen werden muß, daß das Kupfer an den ausgehobenen Stellen blank bleibt. Veranlaßt die große Zahl der Correcturen ein mehrtägiges Arbeiten und dadurch eine oberflächliche Oxydation der blanken Kupferstellen, so zieht man die Platte durch verdünnte Schwefelsäure. Hierauf kommt sie in ein Kupferbad als Kathode und bleibt dort, bis der Kupferniederschlag an den ausgehobenen Stellen die Ebene der Platte etwas überragt. Dann nimmt man die Platte heraus, spült sie mit Wasser ab und schabt das überflüssige Kupfer an den corrigirten Stellen bis zur Ebene der Platte ab. Nach dem Auffeilen der Ränder der Platte läßt sich das Kupferhäutchen an allen versilberten Flächen leicht abheben, während es in den corrigirten Stellen fest haftet. Diese werden dann polirt und durch den Kupferstecher corrigirt.
Ist die Druckplatte (Tiefplatte) bereits sehr ausgedruckt, d. h. giebt sie ohnehin schon mangelhafte Abdrücke, so nimmt man die Correctur an der deponirten Hochplatte vor. Diese wird an den zu corrigirenden Stellen bis in die Ebene der Platte abgeschabt und dann ver- silbert. Von dieser versilberten Hochplatte nimmt man dann galvanoplastisch eine Tiefplatte ab. Letztere wird natürlich vollkommen scharf erhalten, nur erscheinen die zu corrigirenden Stellen glatt. Man führt die Correcturen durch den Stich aus und erhält dadurch die druckfertige Platte. Um aber im Falle der Abnützung dieser Tiefplatte eine zweite corrigirte Tiefplatte her- stellen zu können, nimmt man, bevor die zuerst hergestellte und corrigirte Tiefplatte zum Drucken verwendet wird, eine Hochplatte galvanoplastisch von ihr ab und erhält dadurch eine neue, corrigirte Hochplatte (Mutterplatte). Die alte Hochplatte wird dann natürlich cassirt.
Die Galvanoplastik kann auch zur
Reproduction von Kupferstichplatten
verwendet werden, wodurch man im Stande ist, werthvolle Kupferstiche nicht nur in unbegrenzter Anzahl zu reproduciren, sondern überdies auch noch die Originalplatte erhalten bleibt. Zunächst muß von der Kupferstichplatte eine Matrize abgenommen werden, die man sich entweder durch Pressen mit einer Bleiplatte oder durch Copiren in Gyps oder Wachs, oder auch auf galvanoplastischem Wege verschafft. In letzterem Falle wird die Kupferstichplatte vorerst versilbert und, um das Ablösen des hierauf gebildeten Kupferniederschlages vollkommen zu sichern, durch eine sehr verdünnte Jodlösung (1 Theil Jod auf 20.000 Theile Alkohol) gezogen. Hierauf setzt man die Platte der Einwirkung des Lichtes aus. Es entsteht dann eine äußerst feine Schichte von Jod- silber, die das Ablösen des nachher erzeugten Kupferniederschlages sehr erleichtert. Hierzu ist noch zu bemerken, daß die Kupferplatte derart gravirt sein muß, daß sich alle Gravirungen nach unten zu verjüngen, weil im Gegenfalle die Ablösung des Kupfers unmöglich würde. Die galvanoplastische Copie der auf irgend eine Art hergestellten Matrize giebt dann die für den Druck zu verwendende, dem Originale vollkommen gleiche Reproduction. Diese, obwohl ohnehin härter als die Originalplatte, falls letztere aus gewalztem Kupfer besteht, kann durch Verstählen noch widerstandsfähiger gemacht werden. Ist das Orignal eine Stahlplatte, so darf das Kupferbad nicht aus Kupfervitriollösung bestehen, weil aus dieser das Kupfer schon ohne Anwendung eines Stromes unter gleichzeitiger Auflösung des Stahles gefällt wird. In diesem Falle benützt man daher eine Lösung von Cyankupfer in Cyankalium.
Unter
Galvanographie
verstand man ursprünglich ein Verfahren, welches sich darauf gründet, daß der Kupferniederschlag nicht nur an leitenden Stellen entsteht, sondern unter gewissen Umständen auch über diese hinaus wächst. Man verfuhr hierbei in der Weise, daß man auf einer versilberten Kupferplatte z. B. mit Sepia malte. Die lichtesten Stellen ließ man hierbei blank, die übrigen Stellen wurden mit einer desto dickeren Farbenschichte bedeckt, je dunkler sie werden sollten. Diese Platte kam dann in ein Kupferbad. Hier schlug sich zunächst das Kupfer an den blanken Stellen nieder, dann verbreitete sich der Niederschlag über die nur schwach übermalten, hierauf über die nächst dunkleren u. s. w., bis die ganze Platte überzogen war. Der Kupferniederschlag bildete dann, von der Originalplatte abgehoben, eine getreue Copie. Dieses Verfahren bot jedoch bedeutende Schwierigkeiten und wurde deshalb durch andere Verfahren verdrängt. Gegenwärtig versteht man unter Galvanographie eigentlich das Copiren von Kupferstichplatten auf galvanoplastischem Wege.
Die
Glyphographie
ist gewissermaßen das umgekehrte Verfahren wie die Galvano- graphie (im ursprünglichen Sinne). Sie liefert Hochdruckplatten, welche den theuren Holzschnitt ersetzen sollen; es resultirt durch diese Methode ein Metallhochschnitt in Kupfer und sie gestattet, die vom Künstler ausgeführte Zeichnung direct in eine Typenplatte zu verwandeln. Eine Kupferplatte, die mit Schwefelkalium geschwärzt wurde, versieht man mit einer dünnen Wachs- schichte oder mit Aetzgrund. Die Zeichnung wird hierauf mit der Radirnadel eingeritzt und erscheint schwarz auf weißem Grunde (weil die geschwärzte Kupferfläche an den geritzten Stellen bloßgelegt wird). Von dieser Radirung stellt man auf galvanoplastischem Wege einen Abdruck her und befestigt diesen auf einem Holzklotz, worauf er zum Drucken im Letternsatze bereit ist. Man hat mit diesem Verfahren ganz gute Erfolge erzielt, doch wurde der Holzschnitt hierdurch nicht verdrängt.
Eine sehr wichtige Anwendung der Galvanoplastik besteht auch im
Copiren der Holzschnitte.
Die Holzstöcke nützen sich durch Pressen und Reiben ab, geben dann unreine Abdrücke und sind überdies der Gefahr des Zerspringens ausgesetzt. Zur Vermeidung dieser Uebelstände und um die Holzstöcke zu erhalten, stellt man sich von diesen galvanoplastische Abdrücke, die sogenannten
Clich
é
s
oder
Galvanos
, her. Zu diesem Behufe verschafft man sich eine Matrize des Holzstockes durch Ab- formen desselben in Guttapercha. Diese Form wird hierauf leitend gemacht und in das Kupferbad eingebracht, in welchem man anfänglich für eine langsame Metall- abscheidung sorgt. Ist ein dünnes Kupferhäutchen gebildet, so beschleunigt man die Abscheidung, um den Niederschlag rascher zu verdicken. Nach dem Herausnehmen des Niederschlages sammt der Form werden beide voneinander getrennt; dann reinigt man den Kupferniederschlag, verzinnt ihn auf der Rückseite und gießt hier- auf selbe mit Letternmetall aus. Durch letzteres erhält das Clich
é
hinreichende Festigkeit, um in der Presse verwendet zu werden. Um dem Galvano die richtige Höhe zu geben, wird es mit seiner, durch das Ausgießen mit Letternmetall eben gemachten Rückfläche auf einem Holzstock befestigt.
Das Lostrennen des dünnen Kupferniederschlages von der Guttaperchaform verursacht häufig Schwierigkeiten und es kann bei dieser Abtrennung leicht geschehen, daß das Galvano verbogen wird. Man bedient sich daher in neuerer Zeit auch wieder häufiger der Wachsformen. Man schmilzt Wachs unter Zusatz von etwas veretianischem Terpentin, gießt dieses in Blechgefäße, die etwas größer sind als der abzuformende Holzstock, und überzieht das erstarrte, aber noch warme Wachs mit einer Graphitschichte. Hierauf preßt man den gleichfalls mit Graphit über- zogenen Holzstock durch eine Presse in das Wachs ein. Die so erhaltene Wachs- form kommt hierauf in das Kupferbad. Die Trennung des Niederschlages von der Form kann dann einfach in der Weise erfolgen, daß man in den Niederschlag heißes Wasser gießt.
In gleicher Weise stellt man sich
galvanoplastische Matrizen für Buch- druckerlettern und Stereotypplatten
her. Früher mußten die Typen in Stahl- stempeln geschnitten werden, welche man dann in Kupfer einschlug; in diese ver- tieften Abdrücke wurde dann das Letternmetall gegossen. Jetzt werden die kupfernen Matrizen über Bleitypen auf galvanoplastischem Wege hergestellt. Neue Typen werden mit der Schrift nach oben gekehrt auf ein Kupferblech aufgelöthet und dann alle Stellen, auf welchen kein Kupferniederschlag entstehen soll, mit Wachs über- zogen. Hierauf bringt man das Ganze in ein Kupferbad und benützt sodann den Kupferniederschlag als Form. In dieser Weise werden jedoch nicht nur einzelne Lettern hergestellt, sondern man stellt häufig den ganzen Satz eines ganzen Werkes galvanoplastisch dar, während früher nur für Tabellenwerke oder Werke mit einer sehr großen Auflage sogenannte Stereotypplatten gegossen wurden. Es wird der Satz der ganzen zu copirenden Schriftseite in Gyps oder Guttapercha abgeformt, das Modell leitend gemacht und dann damit so verfahren, wie bei der Herstellung der Galvanos.
Der
Naturselbstdruck
ist ein von dem Director der k. k. Staatsdruckerei in Wien, Hofrath
Auer
, erfundenes Verfahren und bezweckt die vollkommen natur- getreue Abbildung von Pflanzen, Spitzen, auch Insecten u. s. w. ohne Vermittlung eines Zeichners. Die Pflanze wird zu diesem Zwecke zwischen Löschpapier getrocknet und gepreßt und dann wiederholt in Wasser eingelegt und wieder trocknen gelassen. Es hat dies den Zweck, der Pflanze alle löslichen Substanzen zu entziehen und die Faser zäh zu machen. (Bei Spitzen u. dgl. entfällt natürlich diese Vorarbeit.) Die auf eine glatte Bleiplatte gelegte Pflanze wird dann mit einer Stahlplatte bedeckt und sammt dieser unter starkem Drucke durch ein Walzenpaar gezogen. Man erhält hierdurch einen vollkommen getreuen Abdruck der Pflanze in Blei, den man galvanoplastisch oder durch Guttapercha abformt. Die von dieser Form galvanoplastisch hergestellte Kupferplatte wird dann zum Drucke in der Kupferdruckpresse verwendet.
Schließlich möge noch das
galvanische Aetzen
von Druckplatten kurz erwähnt werden. Das Aetzen wurde früher in der Weise ausgeführt, daß man auf der mit Aetzgrund überzogenen Metallplatte mit der Nadel die Zeichnung anfertigte und so das Metall an den geritzten Stellen bloßlegte. Die Platte wurde dann mit einem Rande von Wachs versehen und mit verdünnter Salpetersäure übergossen. Diese löste das Metall an den blanken Stellen auf und bildete dadurch der Zeichnung entsprechende Vertiefungen. Wird dann die Platte vom Aetzgrunde gereinigt und mit Druckerschwärze versehen, so bleibt diese in den vertieften Stellen zurück. Diese Art der Aetzung ist aber einestheils sehr gesundheitsschädlich für den Arbeiter, da dieser den Dämpfen der Untersalpetersäure ausgesetzt ist, anderntheils kann sie leicht unreine oder weniger scharfe Abdrücke liefern, da die Säure oft die radirten Stellen seitlich angreift (unterfrißt). Beiderlei Uebelstände fallen bei der galvanischen Aetzung weg.
Sm
é
e
führte für diese nachstehendes Verfahren ein. Auf der mit Aetzgrund (welcher aus einem Gemisch von Asphalt, Kolophonium, Pech und Wachs bestehen kann) versehenen Kupferplatte wird mit der Nadel die Zeichnung aus- geführt, so daß das blanke Kupfer zum Vorschein kommt. Hierauf giebt man die Platte als positive Elektrode in das Kupferbad. Der an der positiven Elektrode ausgeschiedene Sauerstoff oxydirt das Kupfer an den blanken Stellen und dieses Oxyd löst sich in der Schwefelsäure. An der negativen Elektrode (einer Kupferplatte) scheidet sich das durch den Strom ausgefällte Kupfer ab. Will man nicht alle Stellen gleich tief ätzen, so nimmt man die Platte heraus und bedeckt jene Stellen, welche schon genügend geätzt sind, mit einem Firnisse und bringt dann zur stärkeren Aetzung der übrigen Stellen die Platte neuerdings in das Bad. Der Vorgang kann mehrmals wiederholt werden und gestattet daher die Erzeugung der zartesten Töne ebensowohl wie jene der stärksten Aetzung.
3. Die Elektricität als bewegende Kraft.
Man versteht gegenwärtig unter
elektrischer Kraftübertragung
die Aus- nützung einer an einem Orte zur Verfügung stehenden Kraft zu mechanischer Arbeit an einem mehr oder weniger weit vom ersteren entfernten Orte, indem man mechanische Arbeit in elektrischen Strom umwandelt, diesen zur Arbeitsstelle leitet und dort durch eine Maschine wieder in mechanische Arbeit umsetzt; hierbei ist man von dem Bestreben geleitet, die zu übertragende Kraft möglichst vollkommen aus- zunützen. Der letzterwähnte Umstand unterscheidet die elektrische Kraftübertragung von der Telegraphie, bei welcher zwar auch der elektrische Strom auf weite Ent- fernungen geleitet wird und am Endpunkte angekommen mechanische Arbeit zu leisten hat, bei welcher aber nicht die übertragene Arbeitsgröße maßgebend ist. Die elek- trische Kraftübertragung im obigen Sinne ist ein noch nicht sehr altes und gegen- wärtig nur theilweise gelöstes Problem. Einestheils ist die Theorie der elektrischen Kraftübertragung noch eine sehr unsichere und anderntheils liegen hierüber, soweit es große Entfernungen und bedeutende Kräfte betrifft, noch gar keine praktischen Erfahrungen vor. Die äußerst sorgfältigen, namentlich von
Marcel Deprez
durch- geführten Versuche haben zwar allerdings sehr interessante theoretische Resultate ergeben, doch dauerten sie, wie dies ja in der Natur der Sache liegt, viel zu kurze Zeit an, um daraus sichere Anhaltspunkte für die Praxis gewinnen zu können. Dies würde erst ein länger andauernder Betrieb einer elektrischen Kraftübertragungs- anlage ermöglichen. Es kann jedoch keinem Zweifel unterliegen, daß der endgiltigen Lösung dieses Problemes eine hervorragende Bedeutung zuzuschreiben ist. Wir haben jedoch gegenwärtig schon die Lösung des Problemes so ziemlich erreicht, wenn wir es auf die Uebertragung keiner allzu bedeutenden Kräfte auf verhältnißmäßig geringe Entfernungen beschränken. Entfernung ist hier gleichbedeutend mit Größe des Wider- standes der Stromleitung. Hier liegen auch schon in der Praxis erzielte Resultate vor, die durch mehr oder minder langen, ununterbrochenen Betrieb von Kraftüber- tragungsanlagen gewonnen wurden. Zu diesen zählen z. B. die elektrischen Eisen- bahnen.
Aber auch jene Bestrebungen, welche darauf gerichtet waren, die Kraft des elektrischen Stromes ebenso zu benützen wie die Dampfkraft, also die Elektricität an ihrer Erzeugungsstelle mechanische Arbeit verrichten zu lassen, gehören im weiteren Sinne in das Gebiet der elektrischen Kraftübertragung oder schließen sich doch am ungezwungensten an dieses an. Jene Apparate oder Maschinen, welche in Anstrebung dieses Zweckes construirt wurden, nennt man
Elektromotoren
, gleichwie man mit den Namen Dampfmaschinen jene Maschinen bezeichnet, welchen der Dampf ihre motorische Kraft verleiht. Die Erfindung solcher Elektromotoren ist verhältniß- mäßig weit zurückzudatiren. Die älteren Elektromotoren wurden in der Absicht construirt, durch die Elektricität eine motorische Kraft zu erhalten; zur Erzeugung der Elektricität dienten Batterien. Nun kann aber mit Hilfe elektrischer Maschinen durch einen geringen Aufwand von mechanischer Arbeit dasselbe Resultat erzielt werden, wie mit einer großen Anzahl von galvanischen Elementen; es ist deshalb auch umgekehrt mit einer großen Anzahl von Elementen nur ein geringer mechanischer Effect erzielbar. Dieser Umstand war es eben, welcher es verhinderte, daß die älteren Versuche, also die Constructionen von Elektromotoren, keine praktischen Erfolge mit sich brachten.
Aeltere Elektromotoren.
Die Frage, werden ersten Elektromotor construirt hat, ist nicht mit voller Sicher- heit zu beantworten. Schon das von
Behrens
(geb. 1775, gest. 1813) erdachte
perpetuum mobile
(siehe Seite 180) wird durch die von einer galvanischen Batterie, nämlich einer trockenen Säule, erregte Elektricität in Bewegung gesetzt. Die Zeit- schrift
„l’Electrician”
(von 1882) theilt mit, daß Dr.
Schultheß
im Jahre 1832 in einer Versammlung von Mechanikern zu Zürich die Frage aufgeworfen haben soll, ob eine solche Kraft, wie die, welche beim Schließen und Oeffnen eines Stromkreises erhalten wird, nicht mit Vortheil in der Mechanik verwendet werden kann. Ein auf diesem Principe construirter Motor wurde derselben Gesellschaft im Jahre 1833 vorgeführt. Er war construirt von
Salvatore Dal Negro,
Professor an der Universität Padua. Nach Mittheilungen der Zeitschrift
„La lumière élec- trique”
(1883) lassen es die Nachforschungen, welche die italienische Commission der Pariser Ausstellung (1881) gepflogen hat, sicher erscheinen, daß der erste Motor Dal Negro’s bereits im Jahre 1830 construirt worden ist. Die genannte Zeit- schrift brachte auch die Abbildung dieses Motors und eines zweiten von demselben Constructeur, welche beide wir des historischen Interesses wegen in den Figuren 592 und 593 wiedergeben. Der Stahlmagnet
A
kann um eine, ungefähr im Drittel seiner Länge angebrachte Axe schwingen. Sein oberes Ende muß sich hierbei zwischen den Polen des Elektromagnetes
E
(auch getrennt gezeichnet) bewegen. Sobald ein Strom durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes fließt, muß sich das obere Ende des permanenten Magnetes
A
offenbar so bewegen, daß es sich dem ihm ungleichnamigen Pole des Elektromagnetes nähert und von dem ihm gleichnamigen entfernt. Sorgt man nun dafür, daß die Pole des Elektromagnetes fortwährend wechseln, so wird auch der Magnet
A
in dauernde Schwingungen versetzt. Den Wechsel der Stromrichtung besorgt der Commutator
C
, welcher durch die Stange
t
und die Gabel
F
vom Magnete
A
selbst in Bewegung gesetzt wird. Dieser mit dem Elektromagnete in denselben Stromkreis geschaltete Commutator kehrt die Stromrichtung immer im selben Momente um, als sich der permanente Magnet gegen den einen oder anderen Elektromagnetpol genähert hat.
Durch den zweiten Apparat (Fig. 593) wird schon eine conti- nuirliche Rotation hervorgerufen. Hier wirkt der Elektromagnet
E
auf einen Anker, der an dem horizon- talen Hebel
L
angebracht ist; durch diesen Hebel wird auch wieder die Bewegung des Commutators
C
vermittelt. Der bei
M
an dem Hebel befestigte hammerartige Ansatz wirkt durch eine Stange auf eine Sperrklinke, die in das gezahnte Rad eingreift und dieses stoßweise in Bewegung setzt. Diese Rotation wird dadurch zu einer gleichmäßi- geren, daß auf der Welle des Zahnrades an radialen Stäben eine Anzahl von Schwungkugeln be- festigt ist.
Im Jahre 1834 veröffent- lichte
Jacobi,
der Erfinder der Galvanoplastik, die Construction eines Elektromotors, der nach mehr- fachen Abänderungen und Verbesse- rungen in den Jahren 1838 und 1839 zum Betriebe eines Schiffes auf der Newa benützt wurde. Fig 594 stellt diesen Motor dar. Er besteht aus zwei Serien von Elektromagneten in Hufeisenform, welche auf zwei
Fig. 592.
Dal Negro’s erster Elektromotor.
verticalen sternförmigen Ständern befestigt sind. Zwischen diesen Ständern befindet sich, auf einer horizontalen Axe aufgesetzt, ein sechszackiges Sternrad. Jeder dieser Zacken trägt ein Paar gerader, zur Axe paralleler Elektromagnete. Auf derselben Axe ist auch ein vierscheibiger Commutator angebracht, welcher die Stromrichtung in den Drahtwindungen der Elektromagnete immer in dem Momente ändert, in welchem die geraden Elektromagnete den Polen der Hufeisenmagnete gegenüberstehen. Befinden sich die geraden Magnete zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hufeisenmagneten, so wirkt immer einer der letzteren anziehend, der andere abstoßend auf die geraden Elektromagnete. Sobald daher die Klemmschrauben des Motors mit den Polen einer Batterie in Verbindung gesetzt werden, geräth das Sternrad mit den geraden Magneten für die Dauer der Verbindung in ununterbrochene Rotation.
Th. du Moncel
und
Geraldy
theilen (in
L’électricité comme force motrice
) über die mit diesem Motor zum Betriebe eines Schiffes auf der Newa angestellten Versuche Nachstehendes mit. Bei den ersten Versuchen kam eine Säule von 320 Daniell- Elementen zur Verwendung, deren Kupfer- und Zinkplatten jede eine Oberfläche von 225 Quadratcentimeter besaß. Mit dieser Kraft erreichte das Boot eine Geschwindigkeit von 2300 Meter pro Stunde. Zur zweiten Versuchsreihe, im Jahre 1839, hatte sich Jacobi eine Säule von 128 Grove-Elementen mit ebenso großen Oberflächen zusammengestellt und erreichte eine Geschwindigkeit von 4170
Fig. 593.
Dal Negro’s zweiter Elektromotor.
Meter pro Stunde. Das 8·4 Meter lange und 2·25 Meter breite Boot trug hierbei 12 Personen. Diese Experimente, deren Kosten Kaiser Nicolaus trug, sollen 60.000 Francs verschlungen haben.
In dem Elektromotor von
Elias,
construirt im Jahre 1842, sehen wir bereits einen Vorläufer des Pacinotti’schen Ringes, allerdings nur dem äußeren Ansehen nach. Der Motor ist aus zwei concentrisch angeordneten Eisenringen
F
und
T
, Fig. 595, gebildet, deren jeder mit sechs Drahtgruppen umwunden ist. Der äußere Ring ist unbeweglich und wird durch die Säulen
C C'
getragen. Durch die sechs, abwechselnd nach der einen und nach der andern Seite gewundenen Draht- lagen wird der ganze Ring in sechs Elektromagnete zerlegt, deren Pole
A A'
u. s. w. abwechselnd Nord- und Südmagnetismus erhalten müssen, sobald ein Strom die Windungen durchfließt. In gleicher Weise ist der innere Ring
T
gebaut und erhält daher gleichfalls sechs Pole
a a'
u. s. w. Der innere Ring ist jedoch
Fig. 594.
Elektromotor von Jacobi.
Fig. 595.
Elektromotor von Elias.
beweglich; er kann um eine horizontale Axe, die auf den Säulen
p p'
gelagert ist, in Umdrehung versetzt werden. Auf derselben Axe ist auch der Commutator
c
auf- gesetzt. Dieser besteht aus sechs gleich weit voneinander abstehenden Metallstreifen, von welchen drei, z. B. Streifen 1, 3 und 5 mit dem Drahte
f
, die Streifen 2, 4 und 6 mit dem Drahte
f'
verbunden sind. Ueber diesen Commutator schleifen die Federn
R R'
, welche mit den Klemmen
B B'
in Verbindung stehen. Der Strom für den äußeren Ring wird durch die Drähte
g g'
zugeleitet.
Man kann den Motor in Gang setzen, indem man entweder für jeden der Ringe eine Batterie benützt oder auch nur eine für beide Ringe zusammen verwendet. Im ersteren Falle werden die Poldrähte der einen Batterie an die Drähte
g g'
angeschlossen, die der zweiten Batterie mit den Klemmen
B B'
verbunden. Der Strom der ersten Batterie tritt durch
g
ein, theilt sich bei
C'
in zwei Zweige, deren einer die Drahtwindungen der oberen Ringhälfte, deren anderer die Draht- windungen der unteren Hälfte durchfließt, worauf sich beide Zweige wieder vereinigen und durch
g'
zur Batterie zurückkehren. Der Strom der zweiten Batterie gelangt durch die Klemme
P
, die Feder
R
und den Commutator entweder in die Draht- gruppen 1, 3 und 5 oder in die Gruppen 2, 4 und 6, je nachdem ein Metallstreif einer ungeraden oder geraden Ordnungsnummer unter die Feder
R
kommt. Da einer Metall-Lamelle gerader Nummer stets eine solche ungerader Nummer diametral gegenübersteht, muß die Feder
R'
immer auf eine Lamelle kommen, welche mit der einen Windungsgruppe in Verbindung steht, wenn
R
mit der andern leitend verbunden ist. Da ferner jede der Federn immer abwechselnd über Metallstreifen der einen und der anderen Gruppe schleift, muß auch die Stromrichtung in den Spiralen des inneren Ringes fortwährend wechseln, daher müssen auch die Pole
a a'
u. s. w. fortwährend ihr Vorzeichen ändern. Dies bewirkt aber eine con- tinuirliche Rotation des Ringes
T.
Ist z. B.
A'
ein Nordpol, so muß
a
ein Südpol sein;
a
wird daher von
A'
angezogen, von
A
(als Südpol) abgestoßen. Ist nun der Südpol
a
bei dem Nordpole
A'
angekommen, so verwandelt sich der Südpol
a
sofort zu einem Nordpol, weil inzwischen auch die Federn
R R'
auf die nächsten Metallstreifen gelangt sind und dadurch eine Umkehr der Stromrichtung in den Drahtwindungen des drehbaren Ringes bewirkt haben; der Nordpol
a
wird nunmehr von dem unverändert gebliebenen Nordpole
A'
abgestoßen und von dem Südpole bei
C'
angezogen, d. h. der innere Ring setzt seine Rotation im selben Sinne fort. Natürlich wirken in ganz analoger Weise auch die übrigen fixen Pole des äußeren Ringes auf die veränderlichen Pole des drehbaren Ringes ein.
Zum Betriebe dieses Motors reicht auch nur
eine
Batterie aus, wenn man z. B.
B
mit
g'
und
B'
mit
g
verbindet. Der Strom wird dann eben in zwei Zweige getheilt, deren einer die Drahtwindungen des äußeren, deren anderer die Drahtwindungen des inneren Ringes durchfließt.
Eine lange Reihe von Jahren (1844 bis 1862) beschäftigte sich
Froment
mit der Construction von Elektromotoren und gab diesen mannigfache Formen. Zwei derselben sollen nachstehend beschrieben werden. Bezüglich der übrigen müssen wir auf Th.
du Moncel’s
und
Geraldy’s
Werk
„L’électricité comme force motrice”
verweisen. Der im Jahre 1845 construirte Motor ist in Fig. 596 ab- gebildet. Vier Elektromagnetpaare sind auf einem entsprechenden Gestelle in radialen Richtungen befestigt. Zwischen den Polen dieser Elektromagnete kann sich ein Rad drehen, welches auf seinem Umfange eine größere Anzahl weicher Eisenstäbe als Anker dieser Elektromagnete trägt. Die Anziehung, welche die Elektromagnete auf diese Anker ausüben, versetzt das Rad in continuirliche Umdrehung. Der Strom einer Batterie wird zu diesem Behufe zunächst zu einem Commutator geleitet, welcher den Strom successive und alternirend den einzelnen Magnetpaaren zuführt. Dieser Com- mutator besteht aus einer Reihe von Contacten auf der Welle des Rades und aus den über diese gleitenden Contacträdchen oder Knöpfchen, welche durch Federn an- gedrückt werden. Der Commutator wirkt dann in der Weise, daß immer jene beiden Elektromagnetpaare Strom erhalten, welchen eben Eisenlamellen des Rades nahe stehen. Dieser Motor ist gegenwärtig noch zu Spielereien oder als Demonstrations- object in physikalischen Cabineten in Verwendung.
Der große Elektromotor, welchen
Froment
zum Betriebe seiner Theil- maschine gebaut hatte, ist in Fig. 597 abgebildet. An sechs gußeisernen Ständern, welche gewissermaßen die Kanten eines verticalen sechsseitigen Prismas bilden, sind die Elektromagnete, radial nach innen gerichtet, befestigt. Die Axe dieses Prismas bildet eine verticale Welle, welche die Armaturstäbe aus weichem Eisen trägt. Oben ist auf die Welle ein kegelförmiges Zahnrad aufgesetzt, welches in ein eben solches
Fig. 596.
Elektromotor von Froment.
verticales Rad von gleichem Durchmesser eingreift. Letzteres dient zur Bewegung des Commutators. (In der Figur links oben sichtbar.) Dieser besteht aus einer doppelten Serie von Contactrollen, welche bei Drehung der Welle abwechselnd über isolirte und leitende Stellen der darunter befindlichen Scheibe gleiten. Durch entsprechende Verbindungen mit den Drahtwindungen auf den Elektromagneten werden diese in ähnlicher Weise erregt wie bei dem vorbeschriebenen Motor. Die Zahnräder gegenüber dem Commutator (rechts oben) dienen zur Verlangsamung der Bewegung, welche durch die Riemenscheibe auf die Theilmaschine übertragen wurde. Die Leistung dieses Motors soll trotz seiner Größe und seines massiven Baues eine sehr unbedeutende gewesen sein.
Hjorth
ließ sich im Jahre 1849 einen Motor patentiren, der bei der Lon- doner Ausstellung im Jahre 1851 durch die große Medaille ausgezeichnet wurde. Fig. 598 giebt eine Ansicht, Fig. 599 einen Schnitt dieses Motors. Die Elektro- magnete
A A
sind innen konisch ausgehöhlt und sitzen auf der Axe
B
auf, um welche sie schwingen können. Die Elektromagnete
C C
sind außen konisch gestaltet, können auf den Führungsstangen
D D
auf- und abgleiten und übertragen ihre
Fig. 597.
Elektromotor von Froment.
Bewegungen durch eine Kurbel auf die das Schwungrad tragende Welle. Im Innern der Hohlmagnete
A A
sind verschieden große Verlängerungen angebracht, welche in entsprechende Vertiefungen der Magnete
C C
passen. Die Maschine ist mit einem Commutator versehen, der ähnlich dem Schieber der Steuerung einer Dampfmaschine gestaltet ist und wie bei dieser seine Bewegung von der Maschinen- axe durch einen Excenter erhält. Dieser Schieber vermittelt abwechselnd den Eintritt des elektrischen Stromes in die eine oder die andere der beiden Elektromagnet- gruppen. Die Anziehung, welche in je einer Gruppe von dem Hufeisenmagnete
A
auf
C
ausgeübt wird, ist eine stärkere als gewöhnlich, dank der eigenartigen Con- struction der Magnete. Hat in einer Gruppe von Magneten der bewegliche seine Bewegung vollendet, so wird durch den Commutator der Strom in dieser Gruppe gewechselt und in der andern Gruppe hergestellt, wodurch ein Aufwärtsbewegen des Magnetes
C
in der ersten und eine Abwärtsbewegung des Magnetes
C
in
Fig. 598.
Fig. 599.
Elektromotor von Hjorth.
der zweiten Gruppe bewirkt wird. Man erhält dadurch eine Bewegung ähnlich jener einer Dampfmaschine.
Von jenen älteren Motoren, welche auf magnetische Anziehung, beziehungs- weise Abstoßung basirt sind, hätten wir nun des von
Pacinotti
erfundenen Motors zu gedenken. Seine Beschreibung und Abbildung haben wir bereits gegeben (Seite 355).
Von jenen älteren Motoren, welche unter Benützung von Solenoiden con- struirt wurden, wollen wir jenen von
Tage
nachstehend beschreiben. Central zu den Solenoiden
A
und
B
, Fig. 600, sind an den beiden Zugstangen des um
F
drehbaren Balanciers
E G
die beiden Eisenkerne
C
und
D
aufgehängt. Die Ver- längerung des Balanciers trägt bei
H
eine dritte Zugstange, welche durch eine Kurbel
K
das Schwungrad in Bewegung setzt. Auf der horizontalen Axe des
Urbanitzky
: Elektricität. 53
letzteren ist der Excenter
L
aufgekeilt, der durch ein entsprechendes Gestänge einen Contact derart verschiebt, daß abwechselnd die Drahtwindungen des Solenoides
A
und
B
in den Stromkreis der Batterie eingeschaltet werden. Die Wirkungsweise dieses Motors ist sonach leicht einzusehen. Ist der Strom durch
B
geschlossen, so wird der Eisenkern
D
in das Solenoid hineingezogen und es senkt sich die linke Seite des Balanciers. Ist dann
D
in seiner tiefsten Stellung angelangt, so ist durch die Bewegung des Excenters indessen der Stromkreis über
B
unterbrochen und über
A
hergestellt worden; es wird also
C
in
A
hineingezogen und
D
steigt aus
B
wieder empor. Es senkt sich die rechte Seite des Balanciers. Obwohl mit
Fig. 600.
Elektromotor von Page.
diesem Motor viel Lärm gemacht wurde, leistete er doch ebenso wenig, wie die übrigen Motoren und ist daher gleichfalls ohne Belang für die Praxis geblieben.
Umkehrbarkeit elektrischer Maschinen.
Versetzen wir die Armatur einer magnetelektrischen Maschine, z. B. den Ring einer Gramme’schen Maschine, in Rotation, so entstehen in den Drahtwindungen des Ringes Ströme, welche in bereits beschriebener Weise zur Erregung der Elektromagnete und zu anderen Zwecken im äußeren Stromkreise verwendet werden können. Die Maschine verwandelt also mechanische Arbeit in elektrische Ströme. Verfährt man nun umgekehrt, d. h. verbindet man die Polklemmen einer derartigen Maschine mit den Poldrähten einer Elektricitätsquelle, so wird der Strom der letzteren offenbar die Drahtwindungen der Maschine durchlaufen müssen. Die Elektromagnete dieser werden dadurch erregt und müssen daher auf die stromdurch- flossenen Spiralen der Armatur ihre anziehende, beziehungsweise abstoßende Kraft geltend machen. Die Armatur geräth hierdurch, wie dies weiter unten eingehend erklärt werden soll, in Rotation, welche so lange andauert, als der Strom der Elektricitätsquelle die Drahtwindungen der Maschine durchfließt. Die Bewegung der Armatur kann dann, etwa durch Riemscheiben und Riemen, auf irgend eine Arbeitsmaschine übertragen, d. h. zur Leistung mechanischer Arbeit verwendet werden. In diesem Falle wird durch die elektrische Maschine Strom in mechanische Arbeit umgewandelt, also der umgekehrte Proceß bewirkt, wie im ersten Falle. Diese Eigenschaft der magnetelektrischen Maschinen, durch Aufwand von mechanischer Arbeit Strom zu liefern und, umgekehrt, durch Einleiten von elektrischen Strömen diese in mechanische Arbeit umzusetzen, nennt man die
Umkehrbarkeit der Maschine
.
Das Princip der Umkehrbarkeit ist es, welches eine rationelle Verwendung der Elektromotoren, welches die elektrische Uebertragung der Kraft ermöglicht. Es ist dies eines der am längsten bekannten Principien und besitzt allgemeine Geltung: Wir führen Wärme zu und erhalten Bewegung (Dampfmaschine); umgekehrt, Bewegung erzeugt Wärme (Reibung). Durch Wärme werden chemische Verbindungen zersetzt; umgekehrt, bei der Vereinigung von Körpern zu einer chemischen Verbindung wird Wärme erhalten. Jeder Wirkung entspricht eine Gegenwirkung.
Die Giltigkeit dieses Principes auch für die magnetelektrischen Maschinen wurde zuerst von
Pacinotti
(1861) erkannt und auch klar und deutlich aus- gesprochen (vergl. Seite 357);
Siemens
beobachtete die Umkehrbarkeit im Jahre 1867. Die Umkehrbarkeit, speciell der Gramme’schen Maschine, wurde experimentell gezeigt am 11. Juli 1873 in der Pariser physikalischen Gesellschaft. Die erste öffentlich vorgeführte
Kraftübertragung
fand im selben Jahre auf der Wiener Weltausstellung statt. Eine Gramme’sche Maschine mit permanenten Hufeisen- magneten wurde durch eine Dampfmaschine in Bewegung gesetzt und der hierdurch erhaltene Strom einer zweiten ebensolchen, etwa 500 Meter weit entfernten Maschine zugeleitet. Diese gerieth in Rotation und betrieb eine Pumpe.
Es dürfte hier am Platze sein, Nachstehendes zu bemerken: J.
Popper
in Wien stellte an die k. Akademie der Wissenschaften daselbst im Jahre 1882 das Ansuchen, es möge eine von ihm bei der genannten Körperschaft im Jahre 1862 deponirte, versiegelte Notiz eröffnet und publicirt werden. Das versiegelte Schreiben trägt die Ueberschrift: „Ueber die Benützung der Naturkräfte“; hierin heißt es unter Anderem: Der beste Vermittler zur Ueber- tragung der Kräfte, also gewissermaßen die vortheilhafteste Zwischenmaschine zwischen einem Motor und einer Arbeitsmaschine, ist die strömende Elektricität; unter Arbeit (an der Arbeits- maschine) ist sowohl elektrische, als mechanische, als auch chemische verstanden. Naturmotoren, wie Ebbe und Fluth, heftige Winde in öden Gegenden, Wasserfälle in den Tiefen der Gebirge u. s. w. können auf diese Weise aus fernen Orten in die Gebiete der Civilisation, in die Umgebung der passenden, zugehörigen Nebenumstände geleitet werden, die Kraft eines fließenden Wassers und überhaupt jeder vielleicht thatsächlich verwerthete Motor kann den für den industriellen, nationalökonomischen Zweck entsprechenderen Bedingungen zugeführt, also in seinem Werthe vervielfacht werden. In Kurzem, jedes industrielle oder ähnliche Unternehmen könnte in Zukunft auf ein ungefähres Moximum der Verwerthung, Rentabilität gebracht werden. Unsere technisch- chemischen Processe können daher durch mechanische hervorgebracht werden, auf directem und indirectem Wege, unter vollständiger oder theilweiser Benützung der Umwandlung. Dies Alles ist aber zu bewerkstelligen, wenn der Motor, z. B. der Wasserfall, eine passend aufgestellte magnetelektrische Maschine bewegt, der hierdurch entstehende galvanische Strom in einer Art Telegraphenleitung über Berg und Thal geleitet und am gewünschten Orte mittelst einer magnetelektrischen Maschine zu mechanischer und unmittelbar zu chemischer Arbeit — also zur Elektrolyse im Großen — verwendet wird.
53*
Zur ersten praktischen Anwendung gelangte die
elektrische Uebertragung der Kraft in der Präcisionswerkstätte von St. Thomas d’Aquin
im Jahre 1876. (Zeitschrift für angew. El. L. von Ph.
Carl
B.
I.
) Die Artillerie- Officiere hatten eine sehr gute Theilmaschine, welche so eingerichtet war, daß sie selbstständig arbeitete und sich auch in einem beliebigen Momente selbst arretirte; die Maschine sollte nun durch die Dampfmaschine des Etablissements, aber in ent- sprechender Entfernung von derselben, in Betrieb gesetzt werden. Eine von der Dampfmaschine geführte Gramme’sche Maschine liefert einen elektrischen Strom, der eine zweite magnetelektrische Maschine in Rotation versetzt. Diese letztere, welche mit der ersteren durch zwei über den Hof geführte Leitungsdrähte von mäßigem Durchmesser verbunden ist, setzt die Theilmaschine in Betrieb; die Anlage functionirte gleich vom Beginne an sehr gut.
Die zweite praktische Verwerthung der elektrischen Uebertragung der Kraft erfolgte durch
Cadiat
, dem Ingenieure der
Société du Val d’Osne
im Jahre 1878. In dem Etablissement der Gesellschaft (Boulevard Richard Lenoir in Paris) wurde eine mechanische Werkstätte durch eine achtpferdige Dampfmaschine betrieben, während eine Locomobile in einer zweiten Werkstätte (für galvanische Verkupferung) eine Gramme’sche Maschine in Bewegung versetzte. Cadiat stellte nun in der erst- genannten Werkstätte eine Gramme’sche Maschine auf, welche durch den achtpferdigen Dampfmotor betrieben wurde, leitete die hierdurch erhaltenen elektrischen Ströme durch (150 Meter lange) Kupferdrähte zu einer zweiten Gramme’schen Maschine in der galvanoplastischen Werkstätte und ließ nun durch die letztgenannte Maschine die galvanoplastischen Maschinen betreiben, wodurch die Locomobile überflüssig wurde. Die zu
Sermaize
ausgeführten Kraftübertragungsanlagen sollen uns weiter unten noch beschäftigen, gleichwie auch die älteren Vorschläge, elektrische Bahnen betreffend, bei Beschreibung dieser erwähnt werden sollen.
Vorgänge bei der elektrischen Uebertragung der Kraft.
Wir wollen nun die Vorgänge bei der elektrischen Uebertragung mechanischer Kraft näher betrachten. Eine dynamo-elektrische Maschine wird durch irgend einen Motor in Bewegung gesetzt und sendet die hierdurch erzeugten Ströme durch eine Leitung in eine zweite Maschine; diese geräth in Bewegung und kann zur Leistung einer entsprechenden mechanischen Arbeit benützt werden. Die erste Maschine, also die, welche den Strom liefert, nennen wir die
primäre
(die Franzosen
génératrice
), die zweite, also jene, welche mechanische Arbeit leisten kann oder welche den Strom empfängt, die
secundäre Maschine
(
motrice
oder
réceptrice
). Versetzen wir die primäre Maschine
I
(Fig. 601) in der Richtung in Bewegung, welche durch den innerhalb des Ringes gezeichneten, mehrfach gefiederten Pfeil angedeutet ist, so müssen, bei der durch die Buchstaben
S
1
und
N
1
bezeichneten Polarität der Magnete, in dem Ringe Ströme erzeugt werden, welche so gerichtet sind, daß positive Elektricität durch die bei
a
1
zu denkende Schleifbürste austritt. (Der Kürze und Deutlichkeit wegen wird hier wie bisher immer nur die Richtung des positiven Stromes berücksichtigt.) Die Ströme fließen dann von der Schleifbürste
a
1
, welche uns den positiven Pol darstellt, in die Drahtwindungen der Elektromagnete und gelangen von hier zur secundären Maschine
II
, deren Drahtwindungen sie in der durch die Pfeile angezeigten Richtung durchströmen, worauf sie bei
b
1
, welches uns den negativen Pol der Maschine
I
darstellt, zu dieser zurückkehren, womit der Stromkreis geschlossen ist. Der bei
A
in die secundäre Maschine eintretende Strom umkreist den ersten Elektromagnetschenkel in der Richtung der Uhrzeigerbewegung, muß also, wie wir aus früheren Betrachtungen uns erinnern (vergl. Seite 286), in dem Elektromagnetschenkel an jener Stelle Südmagnetismus erzeugen, welche seiner Eintrittsstelle am nächsten liegt. Ueberlegen wir in gleicher Weise die Wir- kung des Stromes auf die übrigen Elektromagnetschenkel der secundären Maschine, so werden wir leicht einsehen, daß der obere Polschuh Nord-, der untere Süd- magnetismus erhalten muß. Nun gelangt der Strom zur Schleif- bürste
a
2
, theilt sich dort in zwei Zweigströme, deren einer die obere Hälfte der Armaturwindun- gen, deren anderer die untere Hälfte durchfließt, worauf sich beide Zweigströme wieder ver- einigen und durch die Schleif- bürste
b
2
die secundäre Maschine verlassen. Wir haben nun in der Ringarmatur eine strom- durchflossene Spirale oder, wenn wir wollen, einen ringförmigen Elektromagnet vor uns, welcher sich in unmittelbarer Nähe der kräftigen Magnetpole
N
2
und
S
2
befindet und daher von diesen beeinflußt werden muß. In welcher Weise wird nun der Ring durch die ihn umkreisenden Ströme magnetisirt? Betrachten wir, wieder die Eintrittsstelle
a
2
des Stromes in den Ring als Stand- punkt wählend, die Richtungen, nach welchen die obere und die untere Hälfte der Armatur von Strömen durchflossen werden, so sehen wir, nach oben gewendet, die obere Hälfte in der Rich- tung der Uhrzeigerbewegung um- flossen und nach unten gewendet,
Fig. 601.
Elektrische Uebertragung der Kraft.
den Strom auch die Richtung der Uhrzeigerbewegung verfolgend. Der Ring muß daher bei
a
2
Südmagnetismus erhalten. Dieselbe Betrachtungsweise auf die Aus- trittsstelle
b
2
des Stromes aus dem Ringe angewandt, lehrt uns, daß hier Nord- magnetismus erregt werden muß. Und nun ist wohl auch klar, daß sich die Armatur in Folge dieser magnetischen Vertheilung unter Einwirkung der Pole
N
2
und
S
2
nach rechts (wie es der innen gezeichnete, mehrfach gefiederte Pfeil anzeigt) drehen muß. Der Nordpol
N
2
zieht den Südpol bei
a
2
an und stößt den Nord- pol bei
b
2
ab und der Südpol
S
2
stößt den Südpol bei
a
2
ab und zieht den Nordpol bei
b
2
an. Die Drehung muß auch, unter der Voraussetzung, daß der Maschine
II
continuirlich Ströme zugeführt werden, eine continuirliche sein, da der Ring immer bei
a
2
Süd- und bei
b
2
Nordmagnetismus erhält, also hier ebenso ein Wandern der Magnetpole entgegengesetzt der Drehrichtung des Ringes eintritt, wie wir es bei der Erklärung der Gramme’schen Maschine als Strom- erzeuger kennen gelernt haben (Seite 366).
Aus Fig. 601 ersehen wir auch, daß die Drehrichtung in der secundären Maschine entgegengesetzt ist, wie jene in der primären Maschine oder mit anderen Worten, daß sich die Armatur einer Maschine, die als secundäre Maschine ver- wendet wird, nach rechts dreht, wenn die Armatur derselben Maschine, diese als primäre verwendet, nach links gedreht werden muß, damit das Vorzeichen der Pole dasselbe bleibt.
Aus obiger Betrachtung und aus der Figur können wir aber noch eine Erscheinung erschließen, welche bei der elektrischen Uebertragung der Kraft eintritt. In der secundären Maschine rotirt die Armatur zwischen den beiden kräftigen Magnet- polen
N
2
und
S
2
, die Drahtwindungen der Armatur bewegen sich in magnetischen Feldern. Nun beruht ja aber hierauf die Stromerzeugung durch magnetelektrische Maschinen; folglich müssen auch in der Armatur der secundären Maschine Ströme inducirt werden, sobald die Armatur dieser secundären Maschine durch die Ströme der primären Maschine in Bewegung gesetzt wird, da die Art, in welcher die Armatur in Bewegung gesetzt wird, die Giltigkeit der Inductionsgesetze offenbar nicht beeinflussen kann. Welche Richtung werden nun diese Ströme haben, die in der Armatur der secundären Maschine in Folge der Bewegung derselben entstehen? Die Antwort hierauf können wir etwa durch folgende Ueberlegung erhalten: Die Elektromagnete der primären Maschine besitzen oben bei
S
1
einen Südpol, unten bei
N
1
einen Nordpol; die Armatur wird nach
links
gedreht und somit muß bei
a
1
der positive Strom austreten. Würden nun in der secundären Maschine Nord- und Südpol der Elektromagnete dieselben Plätze (unten und oben) ein- nehmen, so müßte wegen der Drehung der Armatur nach
rechts
(also in der entgegengesetzten Richtung wie in der primären Maschine) die Austrittsstelle des positiven Stromes bei
b
2
sein; weil aber auch die Lage der Magnetpole ver- wechsel ist, so muß auch der in der Armatur der secundären Maschine durch Induction erregte Strom bei
a
2
austreten, d. h. also dem bei
a
2
eintretenden, aus der primären Maschine kommenden Strome fließt ein in der Armatur durch Induction erregter Strom entgegen. Durch die in Rede stehende Verbindung zweier magnetelektrischer Maschinen, bei welcher eine derselben als Stromerzeuger, die andere als Empfänger oder Elektromotor benützt wird, erzeugt letzterer einen
Gegenstrom
.
Nachdem wir nun erfahren haben, daß in der secundären Maschine ein Gegenstrom entsteht, tritt offenbar an uns die Frage heran, welche Wirkung dieser in dem geschlossenen Stromkreise, denn einen solchen bilden ja die beiden miteinander verbundenen Maschinen, hervorruft. Sendet man durch einen Leiter zwei gleich starke, aber entgegengesetzt gerichtete Ströme, so heben sich diese gegenseitig auf, d. h. die Gesammtwirkung ist gleich Null. Bei ungleicher Stärke ist das Endresultat ein Strom, dessen Stärke gleich ist der Differenz der Stärken beider Ströme und dessen Richtung mit der Richtung des stärkeren übereinstimmt. Im Allgemeinen wird die Stromstärke bestimmt durch die elektromotorische Kraft und den Widerstand des Stromkreises. (Seite 194 u. f.) Die elektromotorische Kraft einer bestimmten dynamo-elektrischen Maschine hängt ab von dem Widerstande des Stromkreises und von der Tourenzahl der Armatur (vergl. auch Seite 446 u. f.). Wir wollen nun das Verhalten zweier vollkommen gleicher, dynamo-elektrischer Maschinen, die miteinander in der durch Fig. 601 angedeuteten Art verbunden sind, betrachten, wenn einerseits die Tourenzahl der primären Maschine und andererseits die Arbeits- leistung der secundären Maschine verschiedene Werthe erhält.
Lassen wir zunächst die primäre Maschine mit einer bestimmten Tourenzahl, z. B. 1000 Umdrehungen pro Minute rotiren. Ein in den Stromkreis eingeschaltetes Galvanometer wird uns dann erkennen lassen, daß die primäre Maschine Ströme entwickelt, deren Stärke in der bei dynamo-elektrischen Maschinen stets eintretenden Weise rasch zunimmt. Die Ströme gelangen in die secundäre Maschine und versetzen diese, wie oben erörtert, in Rotation. Im selben Momente aber, als sich die secundäre Maschine zu bewegen beginnt, muß sie auch, wie gleichfalls oben erörtert, Ströme erzeugen, die in demselben Maße an Stärke zunehmen werden, als die Rotations- geschwindigkeit zunimmt. In der That zeigt auch das Galvanometer, von demselben Momente an, in welchem sich die secundäre Maschine in Bewegung setzt, eine ständige Abnahme der Stärke der von der primären Maschine erregten Ströme. Da die Umdrehungsgeschwindigkeit der secundären Maschine in demselben Maße wachsen muß, als die Stromstärke der primären Maschine zunimmt, so wird erstere ihr Maximum erreicht haben, sobald die primäre Maschine die der fixirten Touren- zahl entsprechende Stromstärke erlangt hat. Da wir angenommen haben, daß die secundäre Maschine gar keine Arbeit leistet (die kleine Arbeit, welche zur Ueber- windung der Reibungswiderstände geleistet wird, kann hier vernachlässigt werden), so wird offenbar die Rotationsgeschwindigkeit der secundären Maschine so lange zunehmen, als die Stromstärke der primären Maschine größer ist als jene des Gegenstromes aus der secundären Maschine. Da nun aber beide Maschinen einander vollkommen gleich sind, so muß die secundäre Maschine dann Ströme ebensolcher Stärke entwickeln als die primäre, wenn sie gleich schnell rotirt. Dieser Zustand, bei welchem dann die Galvanometernadel auf Null weist, tritt bei der angegebenen Verbindung der Maschinen auch wirklich sehr rasch ein.
Bei der experimentellen Durchführung wegen Ueberwindung der Reibungswider- stände ꝛc. natürlich nur annähernd.
Dieser Fall ist gleich jenem, in welchem eine dynamo-elektrische Maschine mit offenem Stromkreise läuft. Sie verbraucht keine Arbeit (von jener zur Ueberwindung der Reibungswiderstände abgesehen), was auch an dem sie bewegenden Motor, z. B. der Dampfmaschine, zu sehen ist, ebenso wie auch die secundäre Maschine keine Arbeit verbraucht.
Betrachten wir nun den entgegengesetzten Fall: Die secundäre Maschine soll eine sehr bedeutende Arbeit leisten oder, um gleich den ganz entgegengesetzten Fall zu haben, wir halten den Ring der secundären Maschine fest, verhindern also gewaltsam seine Rotation. In diesem Falle kann die secundäre Maschine natürlich keinen Gegenstrom erzeugen, sondern bildet vielmehr einfach einen Schließungsbogen von geringem Widerstande für die primäre Maschine. Wir wissen von früher her (Seite 417), daß in diesem Falle, nämlich bei nahezu kurzem Schlusse der Maschine, die Stromstärke außerordentlich rasch zunimmt, während wir an der Dampfmaschine gleichzeitig eine bedeutende Arbeitsleistung beobachten können. Und wohin kommt diese Arbeitsleistung? Sie tritt in den beiden Maschinen als Wärme auf, so zwar, daß man das Experiment in kürzester Zeit unterbrechen muß, wenn man nicht die Maschinen zerstören will.
Nehmen wir jetzt an, die secundäre Maschine habe eine Arbeit zu leisten, z. B. eine Last zu heben. Hierdurch muß das Verhalten beider Maschinen ein verschiedenes werden, denn nun empfängt die primäre Maschine Arbeit von der Dampfmaschine und liefert elektrische Ströme, während die secundäre Maschine Ströme aufnimmt und Arbeit leistet. In Folge der Arbeitsleistung wird die Bewegung der secundären Maschine verlangsamt, und zwar in demselben Maße, als die zu leistende Arbeit (zu hebende Last) zunimmt. Im selben Maße muß aber auch die Stärke des Gegenstromes abnehmen, also die Stromstärke im gesammten Strom- kreise zunehmen. Hat die secundäre Maschine nur eine geringe Arbeit zu leisten, so wird ihre Bewegung auch nur unbedeutend verlangsamt, also ihre Tourenzahl unbedeutend geringer sein als die der primären Maschine, und daher muß auch die Stromstärke im Gesammtstromkreise eine geringe sein. Dieses Verhalten nähert sich also jenem im erstbetrachteten Falle, wo die secundäre Maschine gar keine Arbeit zu leisten hatte. Hat jedoch die secundäre Maschine eine erhebliche Arbeit zu verrichten, so wird ihre Bewegung bedeutend verringert, ebenso wie die Erzeugung des Gegenstromes, und daher die Stromstärke im Gesammtkreise erhöht. Ist endlich die Arbeit so groß, daß sie die Leistungsfähigkeit der secundären Maschine übersteigt, so bleibt diese ganz stehen und wir haben den in zweiter Linie betrachteten Fall vor uns, in welchem die secundäre Maschine festgehalten wird und die Stromstärke bis zur Zerstörung der Maschinen in Folge der Erhitzung wachsen kann.
Parallel mit dem Verhalten der secundären Maschine geht auch jenes der Dampfmaschine, welche die primäre Maschine in Bewegung setzt. Hat die secundäre Maschine nur eine geringe Arbeit zu leisten, so wird auch die Dampfmaschine nur in geringem Maße beansprucht; letztere wird zur stärksten Inanspruchnahme gebracht, wenn die secundäre Maschine in Folge der Arbeitsüberbürdung zu rotiren aufhört, die sich ihrer Rotation entgegensetzenden Widerstände nicht mehr überwinden kann. In jedem Falle aber giebt die secundäre Maschine jene Arbeit wieder, welche von der Dampfmaschine auf die primäre Maschine übertragen wurde. Natürlich erhält man an der secundären Maschine nie die ganze Arbeit wieder, welche von der primären aufgenommen wurde, sondern nur einen Bruchtheil derselben. Abgesehen davon, daß ein gewisser Theil der Arbeit der Dampfmaschine zur Ueberwindung der verschiedenen Reibungswiderstände verbraucht wird, liegt die Hauptursache des Arbeitsverlustes darin, daß der elektrische Strom jeden Leiter, welchen er durch- fließt, erwärmt.
Ein erheblicher Arbeitsverlust entsteht auch durch das Auftreten der Foucault’schen Ströme, die sich auch in Wärme umsetzen (Seite 450).
Die Arbeit der Dampfmaschine wird also zum Theile in Wärme umgesetzt, so lange die arbeitsleistende secundäre Maschine überhaupt noch läuft; bleibt letztere stehen, weil sie die zu große Arbeit nicht mehr leisten kann, so wird fast die gesammte Arbeit der Dampfmaschine in Wärme umgesetzt.
Einflutz der Entfernung.
Die im Gesammtstromkreise entwickelte Wärme hängt ab von dem Widerstande desselben und von der Stromstärke. Sie ist dem Widerstande und dem Quadrate der Stromstärke direct proportional (Gesetz von Joule, Seite 228). Die Berücksichtigung dieses Umstandes lehrt uns, daß die Größe der übertragenen Arbeit durch die Länge des Stromkreises, also bei bestimmten Maschinen durch die Länge der Leitung, welche beide Maschinen (primäre und secundäre) verbindet, beeinflußt wird, da der Widerstand eines Leiters mit dessen Länge wächst (Seite 195). Ist die primäre Maschine 3, 4 … mal so weit von der secundären Maschine entfernt, so wird unter sonst gleichen Umständen auch 3, 4 … mal so viel Wärme in den Drähten erzeugt und folglich muß die Größe der übertragenen Arbeit abnehmen. Der Leitungswiderstand ist aber auch umgekehrt proportional dem Querschnitte des Leiters. Will man deshalb trotz der doppelten Entfernung doch nicht mehr Arbeit in Form von Wärme verlieren, so kann man dies erreichen, indem man die Leitung doppelt so stark macht, denn der Widerstand einer Leitung ist gleich dem Widerstand einer doppelt so langen Leitung, wenn letztere auch einen doppelt so großen Querschnitt besitzt. Es ist jedoch unschwer einzusehen, daß dieses Mittel keinen praktischen Werth besitzt, sobald die Entfernungen der beiden Maschinen erhebliche werden, weil man hierbei schließlich zur Anwendung massiver Leitungsstangen gelangen würde, die das Anlagecapital weit über die Grenzen der Rentabilität hinaus erhöhen würden.
Die entwickelte Wärmemenge hängt aber auch von der Stromstärke ab. Wir können die erstere trotz der 4-, 9-, 16fachen Länge der Leitung constant erhalten, wenn wir die Stromstärke auf ½, ⅓, ¼ der ursprünglichen erniedrigen. Die Veränderung der Stromstärke soll natürlich den Arbeitsaufwand nicht verändern. Nun wissen wir aber aus dem Vorhergehenden, daß die Stromstärke im Gesammt- stromkreise der verbundenen Maschinen, also auch in der Leitung gleich ist der Differenz der Stromstärken, welche der von der primären Maschine erzeugte Strom besitzt und des Gegenstromes (von der secundären Maschine). Diese Differenz wird kleiner, wenn die Differenz der elektromotorischen Kräfte beider Maschinen kleiner wird, was wieder durch Verringern der Differenz in der Tourenanzahl beider Maschinen erreicht werden kann. Will man also trotz geringer Differenz in der Tourenzahl beider Maschinen doch Arbeit in größerem Betrage auf erhebliche Entfernungen übertragen, so müssen die elektromotorischen Kräfte beider Maschinen erhöht werden. Dies läßt sich aber erreichen, indem man entweder die Tourenanzahl erhöht oder die Anzahl der Drahtwindungen auf der Armatur vermehrt oder endlich, indem man Tourenanzahl und Drahtwindungen vermehrt. Mit Berücksichtigung dieses wäre es dann, wenigstens theoretisch, möglich, beliebig große Kräfte beliebig weit zu übertragen und hierzu nur gewöhnlichen Telegraphendraht als Leitung zu benützen. Die diesbezüglichen Versuche haben bis jetzt leider noch kein praktisch verwerthbares Resultat ergeben. Die Gründe hiefür liegen darin, daß einerseits die Tourenzahl einer Maschine nicht beliebig vermehrt werden kann, wenn letztere nicht einer rapiden Abnützung unterliegen soll, andererseits auch die Erhöhung der elektromotorischen Kraft (in der einen oder andern Weise) darin ihre Grenze findet, daß die Isolirungen der hohen Spannung der Ströme nicht mehr Stand halten. Dies führt nicht nur zu großen Stromverlusten auf den Leitungen, sondern gefährdet auch die Maschinen selbst, wodurch also der Betrieb sehr unsicher würde.
Die praktischen Anwendungen der elektrischen Uebertragung der Kraft, welche bisher gemacht wurden, beschränken sich daher auch auf Uebertragung mäßiger Kräfte auf geringe Entfernung. Es wäre nun noch die Frage zu beantworten, worin überhaupt der
Vortheil elektrischer Uebertragung
besteht. Man braucht einen Motor, der die primäre Maschine in Bewegung setzt, eine secundäre Maschine und die Leitung, welche beide Maschinen miteinander verbindet. Also zwei Zwischenmaschinen und die Leitung, lauter Quellen für ganz bedeutende Kraftverluste. Man wird sagen, es sei doch zweckmäßiger und rationeller, den Motor direct die verlangte Arbeit verrichten zu lassen, als diese erst aus dritter Hand, der secun- dären Maschine, zu erhalten. Allerdings, so lange der Motor am Arbeitsplatze sich befindet oder dorthin gebracht werden kann. Ist dies aber nicht möglich, so kann die verlangte Arbeit auch an jener Stelle überhaupt nicht geleistet werden. Die Uebertragung von Kraft durch Röhrenleitungen für comprimirte Luft, Dampf oder Wasser, durch Seile und Riemen ist nicht nur auf verhältnißmäßig sehr kleine Entfernungen ausführbar, sondern überdies auch noch für diese mit sehr großen Kraftverlusten und bedeutenden Kosten verbunden. Diese Hindernisse sind nun durch die elektrische Uebertragung der Kraft, wenn auch, wie wir gesehen haben, nicht vollkommen beseitigt, so doch in hohem Grade verringert. Eine Reihe von Beispielen praktischer Anwendungen der Kraftübertragung durch Elektricität, die weiter unten folgen soll, wird obige Bemerkungen ergänzen.
Bevor aber praktische Anwendungen selbst beschrieben werden sollen, wird es am Platze sein, durch eine
Vergleichung der älteren Elektromotoren mit den modernen Maschinen
die Ursachen zu skizziren, warum die ersteren praktisch unverwerthbar sind, die letzteren aber eine vielseitige Verwendung ermöglichen. Die Wirkungsweise der älteren Elektromotoren besteht darin, daß wenige oder auch viele Eisenmassen abwechselnd magnetisirt und entmagnetisirt werden; diese oder auch Solenoide ziehen dann eine entsprechende Anzahl von Ankern oder Eisenkernen an, und veranlassen hierdurch Bewegung. Letztere kommt daher nicht durch con- tinuirlich wirkende Kräfte, sondern durch einzeln nacheinander ausgeübte Impulse oder Stöße zu Stande, was schon an und für sich unvortheilhaft ist. Hierzu kommt aber überdies noch der sehr schwer in die Wage fallende Uebelstand, daß die Magnetisirung und Entmagnetisirung von irgendwie größeren Eisenmassen nicht momentan herbeigeführt werden kann, sondern immerhin eine gewisse Zeit erfordert. Hierdurch wird aber ein großer Arbeitsverlust bedingt, indem das Eisen sich bei raschem Wechsel des Magnetismus oder des magnetischen und unmagnetischen Zustandes erwärmt (Seite 278). Derlei Motoren produciren daher viel Wärme, die von ihnen nicht verlangt wird, nicht verwendet werden kann und daher einen Arbeitsverlust bedeutet. Ein weiterer Nachtheil der älteren Elektromotoren liegt darin, daß die stärkste Einwirkung der Elektromagnete nur auf eine äußerst kurze Zeit beschränkt ist, nämlich auf jenen Moment, in welchem der sich bewegende Anker dem Magnetpole gerade gegenüber zu stehen kommt. Sobald letzterer passirt ist, nimmt auch dessen Wirkung auf den Anker rapid ab, weil eben die magnetische Fernwirkung mit der Entfernung sehr rasch abnimmt. Dies sind die Hauptübel- stände der älteren Elektromotoren und diese lassen sich etwa in nachstehende drei Punkte kurz zusammenfassen: 1. Die Unzweckmäßigkeit einer durch einzelne Stöße erzielten andauernden Bewegung. 2. Die bedeutende Wärme-Entwicklung in Folge des fortwährend wechselnden magnetischen Zustandes. 3. Die schlechte Ausnützung der magnetischen Kräfte in Folge der Anordnung der wirksamen Theile gegen- einander.
Bei den modernen Maschinen ist der erste Uebelstand zwar nicht ganz beseitigt, denn auch hier (z. B. im Gramme’schen Ringe) setzt sich die Bewegung der secun- dären Maschine oder die Stromerzeugung in der primären Maschine aus einzelnen Impulsen zusammen. Doch folgen diese so rasch aufeinander, daß sie sich praktisch als continuirlich wirkend darstellen (vergl. Erklärung des Gramme’schen Ringes und Seite 393, 399). Der zweite Uebelstand ist dadurch beseitigt, daß die Elektro- magnete ständig und gleichartig magnetisch bleiben und auch in der Armatur kein Magnetisiren und Entmagnetisiren, sondern nur ein Wandern der Magnetpole eintritt. Die weitaus bessere Anordnung jener Theile, welche aufeinander wirken sollen, ergiebt sich aus dem Anblicke irgend einer modernen Maschine von selbst. Bei allen rotirt die Armatur in unmittelbarer Nähe an den Polen vorbei. Wir ersehen hieraus, daß es zur Ermöglichung der Kraftübertragung nicht genügte, nur die theuren Batterieströme durch billige Maschinenströme zu ersetzen, sondern daß überdies noch die Umkehrbarkeit der Maschinen hinzukommen mußte.
Praktische Anwendungen der elektrischen Uebertragung der Kraft.
Zu den wichtigsten Anwendungen der elektrischen Uebertragung der Kraft zählen gegenwärtig die elektrischen Bahnen. Kurz nach der Erfindung der elektro- magnetischen Maschinen bauten
Stratingh
und
Becker
in Gröningen (1835) und
Botto
in Turin (1836) einen elektromagnetischen Wagen.
Diese Angaben über ältere Vorschläge zu elektrischen Eisenbahnen sind der „Berliner Elektrotechnischen Zeitschrift“ (1882) entnommen.
Im Jahre 1838 wurde ein von
Davenport
gebautes Modell einer elektromagnetischen Maschine von
Coombs
aus Amerika eingeführt, Wagen, Locomotive, Batterie u. s. w. sollen zusammen 75 Pfund gewogen haben, die Schienen 43 Fuß lang gewesen sein. Im Jahre 1842 wurde auf der Edinburgh-Glasgower Bahn ein Versuch mit einer elektromagnetischen Locomotive von
Davidson
ausgeführt. Der vier- räderige Wagen war 16 Fuß lang und 7 Fuß breit. Acht auf drei Eisenstäbe wirkende Elektromagnete wurden paarweise abwechselnd durchströmt und stromlos gemacht. Die Batterie bestand aus Eisen- und Zinkplatten in verdünnter Schwefel- säure. Die Geschwindigkeit erreichte vier Meilen in der Stunde, die bewegte Last betrug sechs Tonnen. Im Jahre 1851 machte Dr.
Page
mit einer elektrischen Locomotive eine Probefahrt zwischen Washington und Bladensburg. Im selben Jahre soll auch
Amberger
mit einem Vorschlage zur Verwerthung des Elektro- magnetismus als Zugkraft aufgetreten sein. Während bei den vorstehend erwähnten Versuchen meist die galvanische Batterie auf der Locomotive selbst aufgestellt worden zu sein scheint, tritt der Gedanke, die Batterie bleibend an einem Orte der Bahn aufzustellen und der Locomotive den Strom durch isolirte, zwischen den Schienen liegende Zuleitungsdrähte zuzuführen, bestimmt bei dem 1865 in Versailles aus- gestellten, von allen früheren sehr wesentlich abweichenden Modelle von L.
Bellet
und Ch.
de Rouvre
auf. An dem hinteren Räderpaare waren je 20 Elektro- magnete angebracht, welche abwechselnd nacheinander durchströmt, von den Schienen angezogen wurden und die Axe in Drehung versetzten. Zuletzt sei noch eines französischen Patentes gedacht, welches der Militär-Unterintendant
Bou
é
in Belfort auf eine elektrische Eisenbahn nahm.
Auf diese älteren Vorschläge für elektrische Eisenbahnen wurde nicht näher eingegangen, da keiner derselben irgend eine praktische Bedeutung erlangte oder nach den obigen Betrachtungen auch überhaupt erlangen konnte. Und so müssen wir als ersten gelungenen Versuch die elektrische Bahn verzeichnen, welche durch
Siemens \& Halske
im Jahre 1879 auf der Berliner Gewerbe-Ausstellung in Betrieb gesetzt wurde, wie überhaupt auch die Ausbildung der elektrischen Bahnen vom ersten Versuche bis zum gegenwärtigen Stande dieser Firma zuzuschreiben und zu verdanken ist. Der hohen praktischen Bedeutung dieses Versuches wegen möge auch nachstehend eine kurze Beschreibung gegeben werden.
Fig. 602.
Elektrische Bahn auf der Berliner Gewerbe-Ausstellung (1879).
Die Bahn auf der Berliner Gewerbe-Ausstellung
besaß eine Streckenlänge von 300 Meter. Der Schienenweg bildete ein gestrecktes, in sich geschlossenes Oval, so daß der Wagen nach dem Durchlaufen seiner Bahn wieder in der Ausgangsstelle eintraf. Der Zug bestand aus der elektrischen Locomotive und einer auf niedrigen Rädern laufenden Plattform, welche zwei in der Richtung der Wagenlänge gestellte Bänke zur Aufnahme der Personen trug. Die perspectivische Ansicht in Fig. 602 (aus
Th. Du Moncel et Geraldy, L’électricité comme force motrice
) stellt den ganzen Zug dar, während die Fig. 603 und 604 die elektrische Locomotive im Quer- und Längsschnitte veranschaulichen. Die Locomotive besteht aus einem vierräderigen Wagengestelle, auf welchem eine Siemens’sche Maschine (Seite 388) derart angebracht ist, daß die Rotationswelle parallel zu den Schienen liegt. Die Rotation der Armatur übertragen die Zahnräder
l, t, v
und
x
auf die Räder der kleinen Locomotive. Der auf der letzteren angebrachten (als secundären) Maschine wurde der Strom der primären Maschine durch die Eisenschiene
N
zugeführt, welche von der Erde isolirt und auf Holzunter- lagen befestigt, in der Mitte der beiden Eisenbahnschienen diese in ihrer ganzen Länge begleitete. Von dieser Mittelschiene wurde der Strom durch Reiber
T
, welche durch Spiral-
Fig. 603.
Fig. 604.
Elektrolocomotive von Siemens \& Halske.
federn in gutem Contacte erhalten wurden, der secundären Maschine auf der Locomotive zugeführt. Die Rückleitung erfolgte durch die Räder der Locomotive und durch die Eisen- bahnschienen.
Dieser Versuch wurde mit gleich günstigem Erfolge hierauf bei verschiedenen anderen Ausstellungen wiederholt, z. B. in
Frankfurt
mit einer Bahnlänge von 250 Meter; hier stellte die elektrische Bahn die Verbindung zwischen dem Bahn- hofe und der Ausstellung her. Im Jahre 1880 wurde eine dieser ähnliche elektrische Bahn durch
Egger
in Wien bei der Gewerbe-Ausstellung in Betrieb gesetzt. Hierbei war die Mittelschiene weggelassen worden und vermittelte die eine Eisen- bahnschiene die Hin-, die andere die Rückleitung. Im Jahre 1881 wurde endlich die erste für andauernden Betrieb bestimmte Bahn dem Verkehre übergeben; es ist dies die von
Siemens und Halske
erbaute Bahn zu Lichterfelde. Wir wollen nun die gegenwärtig im Betriebe stehenden elektrischen Bahnen an einigen Beispielen näher betrachten.
Wir wählen hierzu zunächst eine Anlage, die seit mehr als anderthalb Jahren in Betrieb steht und sich den älteren Vorschlägen für elektrische Bahnen insoferne nähert, als hierbei die Elektricitätsgeneratoren, ebenso wie die galvanischen Batterien auf den älteren elektrischen Locomotiven, mittransportirt werden. Hierdurch ist allerdings ein Hauptvortheil des elektrischen Transportes, nämlich nur den Motor (die secundäre Maschine), nicht aber den Krafterzeuger und die hierzu nothwendigen Materialien (z. B. bei der Dampfmaschine den Dampfkessel, Wasser, Kohlen) mit- führen zu müssen, preisgegeben und überdies noch durch Anwendung von Secundär- elementen ein bedeutender Kraftverlust bedingt, aber die Anlage ist doch eine zweck-
Fig. 605.
Locomotive der elektrischen Eisenbahn.
mäßige zu nennen, weil eben ganz besondere Umstände, wie Nachstehendes zeigen wird, zur Ausführung der Anlage in dieser Art geführt hatten.
In der großen
Bleicherei zu Breuil en Auge
(Calvados) des Herrn
Duchesne-Fournet
sind seit längerer Zeit Maschinen zur elektrischen Beleuchtung der Fabriks- räume durch Glühlichtlampen von
Reynier
im Betriebe. Der technische Leiter dieses Unternehmens,
Clovis Dupuy
, verfiel nun auf den Ge- danken, die bereits vorhandenen Licht- maschinen auch während des Tages zu verwerthen, welchen Gedanken er auch thatsächlich mit Hilfe der Accumulatoren ausführte. Zur Durch- führung des Fabriksprocesses ist es erforderlich, daß die Leinwand sowohl in der Fabrik verschiedenen chemischen Behandlungen unterworfen wird, als auch, daß sie längere Zeit der Ein- wirkung freier Luft auf Wiesen aus- gesetzt werde. Die chemischen Arbeiten werden in der Art ausgeführt, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Operationen immer ein fünf- bis sechstägiges Aussetzen der Leinwand auf den Wiesen erfolgt. Das Hinaus- führen, Ausbreiten, Wiedereinsammeln und Zurückbringen der Leinwand in die Fabrik erfordert, wenn durch Menschenhände ausgeführt, viel Zeit und Geld. Clovis Dupuy trachtete daher darnach, die Handarbeit so viel als möglich durch Maschinenarbeit zu ersetzen. Heißluft- oder Dampfmaschinen konnten aber zum Hinaus- und Hereinführen, zum Vertheilen und Einsammeln der Leinwand nicht in Verwendung gebracht werden, da bei derartigen Maschinen die Erzeugung von Dampf, Rauch und Funken nicht zu vermeiden ist. Dies veranlaßte Clovis Dupuy, die Anlage einer elektrisch betriebenen Bahn in’s Auge zu fassen; dieser Gedanke lag umso näher, als, wie bereits erwähnt, elektrische Maschinen schon vorhanden waren und während des Tages keine Verwendung fanden. Der Grund, warum man sich der Accumula- toren bediente, anstatt direct die Maschinenströme zu benützen, ist darin zu suchen, daß bei Anwendung der ersteren diese von der Locomotive mitgenommen werden können, während bei Verwendung der Maschinenströme wohl isolirte Leitungen der gesammten Ausdehnung der Bahn entlang zu führen wären.
Der Ausführung einer derartigen Stromleitung hätten sich aber bei dem gegebenen Terrain, nämlich ausgedehnten, feuchten Wiesengründen, mannigfache Schwierigkeiten in den Weg gestellt. Die Erwägung aller dieser Umstände bestimmte Clovis Dupuy dahin, die Installation in nachstehend beschriebener Weise herzustellen.
Ein Schienennetz umgiebt und durchzieht in seiner Gesammtlänge von beiläufig 2040 Meter den ungefähr 15 Hektar bedeckenden Wiesenplan. Das Rollmaterial besteht aus der Locomotive, dem Batteriewagen und den zur Aufnahme der Leinen bestimmten Wagen, deren gewöhnlich sechs bis acht angehängt werden. Der Batteriewagen enthält die Accumula- toren, welche zu je sechs in Weidenkörben verpackt sind, um sie gegen die schädliche Einwirkung von Stößen zu schützen. Jeder dieser Faure’schen Accumulatoren wiegt 8 Kilogramm. Ihre Ladung dauert sieben bis acht Stunden und wird mit den Gramme’schen Lichtmaschinen bewerkstelligt, welche Abends zur Beleuchtung der Fabrik verwendet werden. Die Locomotive (Fig. 605) besteht aus einem Wagen, auf welchem eine Siemens’sche Maschine aufgestellt ist, die ihre Bewegung durch die Ströme der Accumulatoren erhält und entweder auf die Räder der Locomotive oder die Rollen und Walzen überträgt, welche das Einziehen der Lein- wand zu besorgen haben. Die auf der rechten Seite der Figur sichtbaren Hebel dienen dazu, diese verschiedenen Bewegungen einzuleiten. Mit ihrer Hilfe kann
bie
Locomotive in schnelleren
Fig. 606.
Elektrische Bahn.
oder langsameren Gang versetzt oder unter Mitwirkung einer Bremse zum Stillstande gebracht werden. Die Umstellung eines Hebels gestattet auch, die Bewegung der Siemens’schen Maschine je nach dem Bedürfnisse auf die Räder der Locomotive oder die Einziehvorrichtung zu über- tragen. Die Locomotive hebt ein Gewicht von 935 Kilogramm und zieht nebst dem Batterie- wagen im Gewichte von 700 Kilogramm sechs Waggons, deren jeder geladen 800 Kilogramm wiegt, also eine Gesammtlast von beiläufig 6400 Kilogramm. Der Zug, in Fig. 606 Leinen einsammelnd dargestellt, bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 12 Kilometer pro Stunde. Mit Hilfe dieser Einrichtung können 125 Meter Leinwand in 48 Secunden oder 5000 Meter in 35 Minuten eingesammelt werden, eine Arbeit, welche früher von 7 Menschen in 4 bis 5 Stunden geleistet wurde.
Eine ähnliche Anlage wurde auch in einer Bleicherei in Berlin ausgeführt. Wenngleich die Anwendung von Accumulatoren zum Betriebe einer elektrischen Bahn unter obigen oder ähnlichen, ganz ausnahmsweise gegebenen Bedingungen vortheilhaft erscheint, so steht doch einer allgemeineren Anwendung der Secundär- elemente für den angebenen Zweck die geringe Leistungsfähigkeit derselben hindernd im Wege. Die elektrischen Bahnen werden daher gegenwärtig mit directer Benützung des Maschinenstromes betrieben.
Die
Lichterfelder Bahn,
welche, wie bereits erwähnt, von
Siemens \& Halske
gebaut wurde und den Lichterfelder Bahnhof mit der Cadetenanstalt ver- bindet, besitzt eine Länge von 2½ Kilometer. Die primäre Maschine ist mit der zu ihrem Betriebe dienenden Dampfmaschine in Lichterfelde aufgestellt. Die Lichter- felder Bahn unterscheidet sich dadurch wesentlich von der oben beschriebenen Ver- suchsbahn auf den Gewerbe-Ausstellungen, daß sie keine eigene elektrische Locomotive besitzt, sondern jeder einzelne Wagen eine secundäre Maschine mit sich führt. Letztere ist am Gestelle eines Wagens, der sich, wie die Fig. 607 und 608 erkennen lassen, von den Wagen der in großen Städten befindlichen Pferdebahnen gar nicht unter- scheidet, unterhalb des Wagenkastens bei
D
angebracht. Sie ist so befestigt, daß
Fig. 607.
Wagen der elektrischen Bahn zu Lichterfelde.
ihre Rotationsaxe zu den Radaxen parallel steht. Die Rotation der Armatur wird durch sogenannte
Jarolimek
-Schnüre auf die an den Radaxen befestigten Riemen- scheiben
R
übertragen. (Diese Schnüre sind in Fig. 607 durch Strichpunktlinien angedeutet.) Am Führerstande befindet sich ein Hebel, durch dessen Drehung der Strom eingeleitet oder unterbrochen oder auch durch Einschaltung von Widerständen geschwächt werden kann. Die Regulirung der Stromstärke und somit auch der Schnelligkeit des Wagens bedarf bei elektrischen Bahnen nur theilweise besonderer Mittel (des Ein- und Ausschaltens von Widerständen), da sie sich in Folge der Wechselwirkung zwischen primärer und secundärer Maschine ohnehin selbst regulirt. Wie bereits ausführlich erörtert wurde, wird jede secundäre Maschine während ihres Betriebes auch zu einer stromerzeugenden Maschine. Eine langsame Rotation der secundären Maschine erzeugt einen schwachen, eine schnelle einen kräftigen Gegen- strom. Soll der elektrische Wagen in Gang gesetzt werden, so ist, wie auch bei jedem anderen Wagen, zunächst eine bedeutendere Kraft nothwendig, als dann zur Inganghaltung des Wagens. In diesem Momente rotirt die secundäre Maschine gar nicht, erzeugt also auch keinen Gegenstrom, und folglich wirkt die volle Strom- stärke der primären Maschine. Dann setzt sich der Wagen in Bewegung und die secundäre Maschine beginnt, einen Gegenstrom zu erzeugen. Mit der zunehmenden Geschwindigkeit des Wagens nimmt auch der Gegenstrom zu und der Wagen wird sich mit gleichmäßiger Schnelligkeit fortbewegen, sobald die Differenz von Strom und Gegenstrom constant geworden ist. Soll der Wagen nun eine Steigung über- winden, so wird von ihm eine größere Arbeitsleistung beansprucht und folglich wird die Rotationsgeschwindigkeit der secundären Maschine abnehmen; dies ver- ursacht aber auch eine Abnahme des Gegenstromes, also eine Verstärkung des Betriebsstromes und nach dem Constantwerden der Differenz abermals eine gleich- mäßige Bewegung des Wagens. Der umgekehrte Gang tritt ein, wenn sich der Wagen im Gefälle bewegt; hier wird ihm durch das Gefälle eine Kraft zu- geführt, er geräth in schnelleren Gang, veranlaßt aber hierdurch eine Verstärkung des Gegenstromes, bis eben auch unter dieser Bedingung wieder das Gleichgewicht hergestellt ist und der Wagen mit gleich- mäßiger Schnelligkeit seinen Lauf fortsetzt. Die Steigerung des Gegenstromes bewirkt sogar durch ihre Rückwirkung auf die primäre Maschine von einer gewissen Grenze an eine Bremsung des Wagens.
Die Stromleitung, d. h. die Ver- bindung der primären mit der secundären Maschine, ist bei der Bahn in Lichterfelde durch die Schienen hergestellt, welche auf Holzschwellen gelegt sind und mit Aus- nahme der Wegübergänge oberhalb der Erde stehen. Die einzelnen Schienen sind zur Sicherung einer ununterbrochenen Leitung an den Schienenstößen durch
Fig. 608.
Wagen der elektrischen Bahn zu Lichterfelde.
elastische Kupferstreifen miteinander verbunden. Die Ströme gelangen von der einen Schiene in den eisernen Radkranz, welcher das Holzscheibenrad umfaßt und von diesem zu einer cylindrischen Metallbüchse, welche auf der Radaxe aufgesetzt ist. Auf dieser schleift eine Metallfeder als directe Verlängerung eines Poles der secundären Maschine. In gleicher Weise erfolgt die Stromrückleitung durch das zweite Rad und die andere Schiene. Diese Art der Stromführung soll aber durchaus kein Muster für die Anlage von Straßenbahnen sein, sondern die Lichterfelder Bahn stellt, wie sich Siemens ausdrückt, gewissermaßen eine auf die Erde gesetzte Hoch- bahn dar. Bei Straßenbahnen kann diese Art der Stromleitung nicht angewendet werden, weil das Hohllegen der Schienen aus Rücksicht für den anderweitigen Verkehr in den meisten Fällen unzulässig erscheinen wird, weil bei größeren Anlagen, in Folge der Anwendung höher gespannter Ströme, das gleichzeitige Berühren beider Schienen durch Menschen oder Thiere gefährlich werden kann
Urbanitzky
: Elektricität. 54
und weil überdies auch noch große Stromverluste wegen der mangelhaften Isolirung der Leitung, namentlich bei nasser Witterung, nicht zu vermeiden sind. In welcher Weise man die Stromleitung ohne Benützung der Schienen bewirkt, werden uns die Beschreibungen anderer Bahnen zeigen.
Der elektrische Wagen in Lichterfelde macht seine Touren im regelmäßigen Anschlusse an die sämmtlichen Personenzüge der Anhalter Bahn und fährt mit einer mittleren Geschwindigkeit von 20 Kilometer. Er kann jedoch 35 bis 40 Kilo- meter Geschwindigkeit in der horizontalen und geraden Strecke bei voller Besetzung des Wagens mit 26 Personen erreichen. Vom 16. Mai 1881 bis 4. Januar 1882 verkehrte nur ein Wagen. Es waren in dieser Zeit wiederholt Zweifel aufgetaucht, ob das
Befahren elektrischer Eisenbahnen mit mehreren Wagen
überhaupt möglich sei. (Natürlich unter Voraussetzung entsprechend erhöhter Leistung der primären und der Dampfmaschine, aber bei Benützung derselben Leitung, also hier der Schienen.) Theoretisch lag kein Hinderniß vor und als am letztgenannten Tage der Versuch wirklich ausgeführt wurde, erhielt man auch die Bestätigung der Theorie durch die Praxis. Bei Parallelschaltung der secundären Maschinen und bei doppeltem Arbeitsaufwande liefen beide Wagen mit jeder nur wünschens- werthen Gleichmäßigkeit einzeln oder zusammen, hinter- oder gegeneinander, ohne daß auch die Entfernung irgend einen Unterschied in der Bewegung verursacht hätte. Das günstige- Ergebniß dieses ersten Versuches, welches einen weiteren dem Hause
Siemens \& Halske
zu verdankenden Fortschritt in der Entwicklung und Aus- bildung elektrischer Bahnen darstellt, ist auch deshalb wichtig, weil gerade ein solcher Betrieb, bei welchem die zu befördernde Last (die Nutzlast) weniger in großen Zügen zusammengestellt, als vielmehr auf viele einzeln laufende Wagen ver- theilt ist, der Natur eines elektrischen Betriebes am besten entspricht. Letzteres ist deshalb der Fall, weil die elektrische Locomotive als solche selbst kein großes Gewicht besitzt (wie z. B. die Dampf-Locomotive), kein großes „Adhäsionsgewicht“ hat. Natürlich ist aber hierdurch die Verwendung des elektrischen Betriebes für größere Wagenzüge nicht ausgeschlossen; es hindert vielmehr nichts, mehrere kleinere Maschinen zu einer kräftigen elektrischen Locomotive zu vereinigen oder gleich eine solche durch eine große dynamo-elektrische Maschine zu schaffen. Den Bedingungen, welchen die elektrischen Bahnen gegenwärtig noch gewöhnlich zu genügen haben, und welche zumeist gleich sind jenen, welche man an Pferdebahnen stellt, entspricht natürlich der Verkehr einzelner Wagen besser als der langer Wagenzüge.
Wie bereits bemerkt, kann jene Art der Stromleitung, wie sie in Lichter- felde benützt wird, nur in einzelnen Fällen zur Anwendung gelangen. In der That erhielt daher schon die zweite für den öffentlichen Verkehr von der Firma
Siemens \& Halske
gebaute 2·3 Kilometer lange Bahn zur Verbindung von Charlottenburg und Spandauerbock eine eigene, von den Schienen getrennte Leitung.
Auch die
elektrische Bahn Mödling-Brühl,
von welcher eine Theilstrecke (Mödling- Klausen) bereits den ganzen Winter 1883/84 über in Betrieb war und die gegenwärtig in einer Gesammtlänge von drei Kilometer befahren wird, erhielt eine von den Schienen unab- hängige Hin- und Rückleitung des Stromes. Die Leitung besteht aus eisernen Röhren
H
und
R
, Fig. 609 (Seitenansicht) und 610, welche an ihrer Unterseite der Länge nach auf- geschlitzt sind, durch über Isolatoren geführte Kabel
K
einerseits und durch Isolatoren
J J
andererseits getragen werden. Die Isolatoren für die Kabel, welche gleichzeitig mit den Röhren die Stromleitung besorgen, ebenso wie die Isolatoren für die Röhren, sind mittelst eiserner Träger an kräftigen Holzsäulen
S
befestigt.
Die Verbindung dieser Stromleitung mit der secundären Maschine am Wagen ver- mitteln in den Röhren gleitende Schiffchen
s,
welche durch Kabel
k
mit der Secundärmaschine in leitender Verbindung stehen. Dieses Schiffchen ist durch ein Zugseil am Wagen befestigt und wird von diesem bei seiner Vorwärtsbewegung nachgezogen. Die Einrichtung desselben ist aus Fig. 611 ersichtlich.
R
ist die unten der Länge nach aufgeschlitzte Eisenröhre,
C C
. . sind die vier Contactstücke, aus welchen sich das Gleitschiffchen zusammensetzt. Um diese Stücke im sicheren Contacte mit der Röhre zu erhalten, ist jedes derselben aus zwei Schalen zusammengesetzt, welche durch eine innen angebrachte Feder an die innere Röhrenwandung
Fig. 609.
Fig. 610.
Stromleitungen der Brühl-Mödling-Bahn.
Fig. 611.
Contactschiffchen.
angedrückt werden. Untereinander sind diese Contactstücke durch das Kabel
K
aus biegsamen Kupferdrähten leitend verbunden. Das erste und letzte Contactstück
C
besitzt je einen nach abwärts gerichteten Ansatz
P P
, welcher durch den Schlitz der Röhre aus dieser herausragt und mit der elastischen Stahlstange
M
fest verbunden ist. Auf dieser gleitet die Muffe
Q
, an der das Zugseil
S
sich anschließt. Um das stoßweise Anziehen des Wagens durch das Seil
S
zu mildern, ist zwischen der Muffe
Q
und dem Ansatzstücke eine Spiralfeder
F
eingeschaltet. Die Stromableitung aus dem Contactschiffchen erfolgt durch das Kabel
U
, welches an den Zapfen
H
befestigt ist; letzterer steht durch die Kupferseile
N N
und die Ansatzstücke
P P
mit dem Schiffchen in leitender Verbindung. Die Auflösung des Contactschiffchens in vier Contact- stücke einerseits und die Elasticität der Stahlstange
M
andererseits ermöglicht das Passiren
54*
von Krümmungen mit sehr geringem Radius. Jeder Wagen oder Zug (es fahren auch bis zu drei Wagen zusammen) führt zwei solcher Schiffchen mit sich, von welchen das eine in der stromzuleitenden, das andere in der stromableitenden Röhre gleitet.
Da die Bahn eingeleisig erbaut wurde, mußten, um das gleichzeitige Befahren der Bahn in entgegengesetzten Richtungen zu ermöglichen, Ausweichstellen eingeschaltet werden. Für diese genügte es natürlich nicht, Weichen nach Art jener bei Dampfbahnen herzustellen, sondern es war auch für die Leitung des Stromes eine ähnliche Vorrichtung zu ersinnen. Die von
Siemens \& Halske
angegebene elektrische Weiche ist in Fig. 612 abgebildet, und zwar in einer Ansicht von unten. Bei der Weiche angelangt, theilt sich die positive Leitungsröhre +
E
1
in zwei Zweige +
E
2
und +
E
3
und ebenso die negative Röhre —
E
1
in die Zweige —
E
2
und —
E
3
; bei
H
kommen also die negative und die positive Stromleitung zum Durchschnitte und würden die Stromleitung mit Ausschluß der secundären Maschine am Wagen in sich kurz schließen. Um dies zu vermeiden, ragen die sich kreuzenden Leitungsröhren nur zum Theile in den Block
H
aus hartem Holze hinein, so daß sie untereinander, nämlich +
E
3
mit —
E
2
, nicht in leitender Verbindung stehen. Für die ununterbrochene Leitung in den
gleichnamigen
Theilen, nämlich +
e
3
und +
E
3
einerseits und —
e
2
und —
E
2
andererseits, ist dadurch gesorgt, daß +
e
3
mit +
E
3
und —
e
2
mit —
E
2
durch je einen Metallbügel verbunden sind. Diese Metallbügel liegen innerhalb des Holzklotzes (in der
Fig. 612.
Elektrische Weiche.
Zeichnung nicht sichtbar) und übergreifen sich derart, daß sie vollkommen voneinander isolirt sind.
An jenen Stellen, an welchen sich die Röhren +
E
1
und —
E
1
theilen, sind Zungen
Z
angebracht, welche durch Federn in der gezeichneten Stellung festgehalten werden. Die Figur zeigt beide Weichen, nämlich jene an der Eintrittsstelle und jene an der Austrittsstelle des Doppelgeleises oder der Ausweichstelle. Die Figur läßt leicht erkennen, daß jeder von links kommende Wagen seine Contactschiffchen in das Röhrenpaar
I
schleifen muß, weil das Röhren- paar
II
durch die Zungen
Z
verschlossen ist; ebenso muß jeder von rechts kommende Wagen seine Schiffchen in das Röhrenpaar
II
ziehen. Will nun z. B. der von rechts kommende Wagen seinen Lauf fortsetzen, so gleiten die Schiffchen in den Röhren +
E
3
und —
E
3
weiter, stoßen von rückwärts auf die Zungen
Z Z
, drücken diese dadurch seitwärts und setzen ihren Weg durch +
E
1
und —
E
1
fort. Hat das letzte Contactstück die Zungen verlassen, so schnellen diese wieder in die gezeichneten Stellungen zurück. Die gleichen Vorgänge spielen sich bei Abgang des zweiten, nach entgegengesetzter Richtung laufenden Wagens ab. Der Anblick der Figur lehrt auch, daß jedes Schiffchen auf dem ganzen Wege durch die Weichen mit der Rohr- leitung eines und desselben Vorzeichens in Contact bleibt, womit eine Umkehr des Stromes hintangehalten wird. Die Stellung des elektrischen Wechsels findet also automatisch statt; natürlich kann auch die Wechselstellung mit Hilfe einer einfachen Vorrichtung (z. B. einer Zugschnur) durch die Hand bewirkt werden, oder es kann die elektrische Weiche mit der Weiche der Laufschienen so verbunden werden, daß die Weichenstellung der letzteren immer gleichzeitig auch eine correspondirende Stellung der ersteren veranlaßt.
Die Wagen, primären und secundären Maschinen sind ebenso construirt wie jene der Bahn zu Lichterfelde. Zum Betriebe der Maschinen stehen zwei 12pferdige Locomobile und eine eventuell 120pferdige feststehende Locomotive zu Gebote.
Eine äußerst interessante Anlage bildet die
elektrische Bahn von Portrush
in
Irland
, weil sie ein Beispiel der Verwerthung von Naturkräften durch elektrische Ueber- tragung der Kraft darbietet. Die Bahn hat eine Länge von 9600 Meter, theilweise erhebliche Steigungen und scharfe Curven. Wir wollen jedoch auf die Beschreibung der Bahn selbst nicht näher eingehen, sondern nur die Anlage der Betriebsmaschinen näher in’s Auge fassen. Fig. 613 (nach
„La lumière électrique”
1883) läßt die Gesammtanordnung erkennen. Die primären Maschinen (dynamo-elektrische von Siemens) erhalten ihren Antrieb durch zwei
Alcott
-Turbinen, deren jede bei normaler Tourenzahl (225 T.) 50 Pferdekräfte entwickelt. Man verwendet hierzu den Wasserfall des Bush-Flusses, welcher etwa 1 Kilometer von der Bahnstation entfernt ist. Der 7·9 Meter hohe Fall wurde gefaßt und das Wasser fließt in einem hölzernen Aquäduct von 2·7 Meter Breite zu den Turbinen, welche durch eiserne Fall- rohre von 1·05 Meter Durchmesser mit der Wasserleitung verbunden sind. Die Geschwindig- keit der Turbinen wird durch einen, dem Watt’schen ähnlichen Regulator (mit zwei Schwung- kugeln) automatisch constant erhalten; es ist jedoch auch möglich, die Regulirung vom Maschinen- hause aus vorzunehmen. Die Turbinenwellen tragen an ihren oberen Enden Zahnräder, welche in die Zahnräder der horizontalen Wellen, zu denen sie rechtwinkelig stehen, eingreifen, und zwar das eine Rad von der rechten, das andere von der linken Seite. Die zwei Zahn- räder an den entgegengesetzten Enden der horizontalen Wellen setzen gemeinschaftlich ein drittes Rad in Bewegung, auf dessen Welle die Riemenscheibe im Innern des Maschinenhauses auf- gekeilt ist, welche den Antrieb der dynamo-elektrischen Maschine vermittelt. In der Mitte der horizontalen Wellen ist auf jeder derselben zwischen den Zahnrädern eine Kuppelung angebracht, welche gestattet, die zu beiden Seiten jeder Kuppelung befindlichen Axenstücke miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen und so ein Leerlaufen der Turbinen zu veranlassen oder den Betrieb der elektrischen Maschine zu bewirken.
Wir haben also hierin thatsächlich eine praktisch durchgeführte Verwerthung der Kraft eines Wasserfalles zum Betriebe einer elektrischen Bahn. Die Anlage ist überdies eine ein- fache. Sie dürfte jedoch in Folge der vielen Arbeiten im Felsen eine verhältnißmäßig kost- spielige sein.
Eine hervorragende Bedeutung wird die elektrische Uebertragung der Kraft im
Berg- und Hüttenwesen
, sowie auch im
Tunnelbau
in kurzer Zeit gewinnen. Elektrische Bahnen, wie sie gegenwärtig bereits in verschiedenen Bauen eingeführt sind, bilden nicht die einzige Anwendung. Die Wetterführung, Förderung, Wasser- haltung, das Betreiben von Bohrmaschinen u. s. w., Alles erfordert Kraft, und zwar tief unter der Erde in engen, oft schwer ventilirbaren Räumen. Maschinen, die Rauch erzeugen oder großen Raum beanspruchen, sind in der Regel unverwendbar. Man muß sich daher häufig der
mechanischen
Uebertragung der Kraft eines Motors bedienen, welcher oftmals in bedeutender Entfernung von der Arbeitsstelle betrieben wird; hierzu dienen Seiltransmissionen, pneumatische Röhrenleitungen u. dgl. Die Ausführung dieser stößt in den sich oft mannigfach verzweigenden Gängen nicht selten auf sehr bedeutende Schwierigkeiten und kann sogar dazu zwingen, daß man das Weitervorgehen in die Tiefe aufgeben muß. Ferner ist, abgesehen von der Kostspieligkeit derartiger Anlagen, die Kraftausbeute an Ort (d. h. an der Arbeits- stelle) so gering, daß die Arbeitskosten kaum die Gewinnung der Erze lohnen oder sogar sich so weit erhöhen, daß aus diesem Grunde die Erzgewinnung aufgegeben werden muß.
Hier ist nun die elektrische Uebertragung der Kraft bereits gegenwärtig im Stande, Abhilfe zu schaffen. Die elektrische Uebertragung gewährt den Vortheil, daß nicht nur außerhalb des Bergbaues stehende Dampfmaschinen, sondern auch Naturkräfte, wie z. B. Wassergefälle, die ja gerade an solchen Orten häufig zur Verfügung stehen, zur Arbeitsleistung im Bergbaue herangezogen werden können. Die Aufstellung der secundären Maschine im Baue stößt auf keine besonderen
Fig. 613.
Maschinenanlage der elektrischen Bahn zu Portrusy
Schwierigkeiten, da diese wenig Raum einnimmt, keines Feuerungsmateriales bedarf und keine die Luft verderbenden Verbrennungsproducte erzeugt. Die Leitung für die elektrische Kraftübertragung ist bei den Leitungen mechanischer Uebertragung der Kraft in noch höherem Maße überlegen; für erstere giebt es nämlich keine Terrainschwierig- keiten, sie läßt sich ebenso leicht durch Wasser, wie durch die Luft oder unter der Erde führen und wird überdies in der Regel weitaus billiger herzustellen sein.
Wenden wir zunächst unsere Aufmerksamkeit elektrisch betriebenen Gruben- bahnen zu. Einem Berichte in der „Elektrotechnischen Zeitschrift“, Januar (1883), über die
Grubenbahn im königlich sächsischen Bergwerke zu Zankerode
entnehmen wir nachstehende Angaben. Es handelt sich bei dieser Bahn um eine
Fig. 614.
Grubenbahn zu Zaukerode.
700 Meter lange, 260 Meter tief unter der Erde liegende Strecke, auf welcher die elektrische Locomotive mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Kilometer in der Stunde eine Last von 8000 Kilogramm in 10 Wagen befördert. Die Einrichtung stieß namentlich dadurch auf Schwierigkeiten, daß die zu befahrenden Gänge nur eine sehr geringe Breite haben und deshalb auch eine äußerst kleine Locomotive erforderlich ist. Dieselbe wurde von
Siemens \& Halske
construirt und besitzt bei einer Gesammtlänge von 2·4 Meter, einer Höhe von 1 Meter und einem Gewichte von 1550 Kilogramm nur eine Breite von 80 Centimeter und eine Spurweite von 56·6 Centimeter. Die Anordnung der Maschine auf der Locomotive und die Art, in welcher die Rotation der Armatur auf die Räder übertragen wird, ist ähnlich wie bei der Locomotive der Berliner Gewerbe-Ausstellung (S. 845). Ihre äußere Form läßt Fig. 614 erkennen.
Zur Erzeugung des elektrischen Stromes ist außerhalb der Grube eine mittelst einer kleinen Cylinderdampfmaschine betriebene dynamo-elektrische Maschine aufgestellt. Mit Hilfe eines Kabels wird der Strom durch den Schacht den an der Decke der Gänge angebrachten, aus
T
-Eisen gebildeten Stromleitungsschienen zugeführt und gelangt durch Vermittlung kleiner auf den
T
-Schienen gleitender Contactwagen, die von der elektrischen Locomotive an Leitungsdrahtseilen mitgezogen werden, in die secundäre oder Locomotiv-Maschine. Der Führer kann durch Drehen einer Einschaltkurbel die Vor- oder Rückwärtsbewegung veranlassen. Die ganze Einrichtung hat sich seither als völlig lebensfähig erwiesen und es darf mit Sicherheit angenommen werden, daß die Locomotive bei entsprechender Einrichtung das Doppelte der gegenwärtig ihr zugemutheten Arbeit zu leisten, also 15.000 bis 16.000 Kilo- gramm Last mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Kilometer pro Stunde zu befördern im Stande ist. (In derselben Grube wird auch ein Ventilator durch elektrische Uebertragung der Kraft betrieben.)
Die obengenannte Zeitschrift berichtet auch über die
elektrische Grubenbahn der Hohenzossern-Grube
bei
Beuthen
, O.-S., welche gleichfalls von der Firma
Siemens \& Halske
gebaut wurde. Von der Förderstrecke dieser Grube sind vorläufig 800 Meter mit Schienen versehen; zwischen dem sogenannten Bremsschachte und dem Förderschachte, einer 680 Meter langen Strecke, findet die Hauptförderung statt. Die doppelgeleisige Bahn kann nach Bedarf mit einer oder zwei Locomotiven der bereits beschriebenen Construction (Fig. 614) befahren werden. Die eisernen Kipplowrys besitzen jeder geladen ein Gesammt- gewicht von 900 Kilogramm. Gegenwärtig fördert man per Stunde 500 bis 600 Centner (will jedoch bis zu 1000 Centner gehen) in Zügen mit 10 bis 14 Wagen, die in Zeiträumen von je 10 Minuten verkehren und eine Fahrgeschwindigkeit von durchschnittlich 14 Kilometer pro Stunde erreichen. Die über Tag (d. h. außerhalb der Grube) stehende Compound- Maschine wird von einer 50pferdigen Dampfmaschine betrieben, macht 1000 Touren pro Minute und entwickelt einen Strom von 37 Amp
è
res und 350 Volts. Die Dampfmaschine und überhaupt die ganze Anlage ist auf Aufstellung einer zweiten dynamo-elektrischen Maschine berechnet. Die primäre Maschine sendet ihre Ströme durch zwei 230 Meter lange Kabel in die
T
-förmigen Leitungsschienen, von welchen aus durch Gleitcontacte die Weiterleitung zur secundären Maschine erfolgt.
Um ohne Umdrehen der Locomotive nach jeder Richtung fahren zu können, sind nicht nur beiderseits Führersitze angebracht, sondern es befinden sich auch beiderseits ein Hebel für die Bremse und einer zum Ein- und Ausschalten des Stromes; die hierzu nöthigen Wider- stände sind zu beiden Seiten auf der Locomotive angebracht, während zwei Paare von Schleif- bürsten beim Einschalten je nach der Fahrtrichtung abwechselnd und in entgegengesetzter Richtung sich an den Stromsammler der secundären Maschine anlegen, während zugleich der Widerstand allmählich verringert wird. Der Stromschluß oder die Stromunterbrechung darf nicht momentan erfolgen, da dies starke Funkenbildung zur Folge hat und die Isolirungen der Maschine gefährden kann, indem durch das plötzliche Unterbrechen eines kräftigen Stromes auch äußerst kräftige Inductionserscheinungen bewirkt werden. Man wird deshalb zum Bremsen einer Locomotive immer eine selbstständige Bremse anwenden und die weiter oben (S. 849) erwähnte, allerdings außerordentlich kräftige Bremsung durch Stromumkehr nur in Fällen anwenden, wo man um jeden Preis sofort anhalten will, gleichviel, ob die Maschine zerstört wird oder nicht, also wenn z. B. ein Menschenleben in Gefahr ist.
Die Elektrolocomotive leistet beiläufig zehn Pferdekräfte und ist ebenso leicht als sicher beim Rangiren wie auch beim Durchfahren der Weichen mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu führen. Ueberhaupt bewähren sich alle Einrichtungen der Bahn so gut, daß man auch den elektrischen Betrieb für das zweite Geleise einzuführen gedenkt und dann gleichzeitig die Strecke mit 40 Glühlichtern beleuchten wird. Nach einer vorläufigen Berechnung erwartet man eine jährliche Ersparniß von 4000 Mark gegenüber dem bisherigen Pferdebetrieb. — Gegenwärtig werden auch fünf kleinere Locomotive des abgebildeten Modells für die Staß- furter Werke gebaut.
Die Verwendung elektrisch betriebener Bahnen ist jedoch keineswegs die einzige Form, in welcher die elektrische Uebertragung der Kraft in Bergbauen zur Förderung dienstbar gemacht werden kann. So bildet gleich ein Beispiel anderer Art die
elektrische Förderung in der Grube La Peronni
è
re bei Grand-Croix.
Hier geht die Hauptförderstrecke vom Förderschachte St. Antoine aus und theilt das Abbaufeld in zwei annähernd gleiche Partien. Der ansteigende Theil ist bereits so ziemlich abgebaut, weshalb man gezwungen wurde, nach abwärts zu weiter zu arbeiten. Die Kohle wurde dann durch Pferde auf schiefer Ebene zur Haupt- förderstrecke hinaufbefördert. Bei zunehmender Ausdehnung wurde jedoch diese Förderung zu kostspielig. Die Betriebsleitung von La Peronni
è
re sah sich vor die Wahl gestellt, entweder den Schacht St. Antoine um 70 Meter weiter abzuteufen und einen 400 Meter langen Querschlag zu treiben oder maschinelle Förderung auf geneigter Bahn einzurichten. Sie entschied sich für letzteres und wählte hierzu die elektrische Kraftübertragung, weil sich jede andere Uebertragungs- art der bedeutenden Länge wegen als praktisch undurchführbar darstellte. Die Betriebs-Dampf- maschine wurde über Tag (am Schachte „Ch
ê
ne“) aufgestellt und überträgt ihre Bewegung durch Frictionsräder auf zwei Gramme’sche Maschinen. Von diesen führen sorgfältig isolirte Kabel die elektrischen Ströme in die Grube, indem sie durch den 390 Meter langen Schacht „Ch
ê
ne“ und einen 380 Meter langen Querschlag gehen, hierauf abermals einen Schacht von 30 Meter Länge und dann mehrere Strecken von zusammen 375 Meter Länge zurücklegen. Alle diese Wege, welche die Kabel zu machen haben, sind von sehr unregelmäßiger Beschaffenheit und haben häufig wechselnde Niveauverhältnisse und viele Krümmungen. Von der Hauptförder- strecke aus verläuft die geneigte Bahn, an deren oberem Ende auf einem Fundamente von Beton die Fördervorrichtung aufgestellt ist. Letztere bilden zwei secundäre Maschinen (derselben Construction wie die primären), die Seiltrommel und Uebersetzungen. Durch diese, bestehend aus Riemenscheiben und Frictionsrädern, wird die Bewegung der Armatur in der Dynamo- maschine auf die Seiltrommel übertragen und dabei auf 1/37 verlangsamt. In die Ueber- setzung sind ferner Zahnräder eingeschaltet, mit deren Hilfe die Drehung der Seiltrommel sowohl in dem einen als auch im entgegengesetzten Sinne bewirkt werden kann. An dem über die Trommel geschlagenen Seile werden die Förderwagen derart angehängt, daß die leeren hinunterlaufen, wenn die vollen heraufgezogen werden. Für vier geladene Wagen am Seile stellte sich der Nutzeffect auf 26·1 Procent, hingegen bei einem Wagen auf nur 12·2 Procent; es rührt dies daher, daß die Widerstände in den Transmissionen für beide Fälle dieselben bleiben. Diese Installation ist jedoch unter keineswegs günstigen Bedingungen ausgeführt, wenn man bedenkt, wie viel Kraft durch die sehr bedeutenden Uebersetzungen, die Reibung des Seiles auf der geneigten Bahn u. s. w. verloren geht, und daß auch der in Verwendung stehende Dampfmotor unvollständig ausgenützt wird. Trotzdem arbeitet diese Anlage besser, als eine beispielsweise pneumatisch betriebene, da für letztere durch Untersuchungen festgestellt wurde, daß diese bei langen Leitungen einen Nutzeffect von 20 bis 25 Procent nicht übersteigt.
Bei der Erbauung des
Gotthardt-Tunnels
nutzte man das Gefälle der
Reuß
in folgender Weise aus: Einige hundert Schritte vor der Mündung des Tunnels bei
Göschenen
wurden 1000- bis 1200pferdige Turbinen betrieben, welche Luft zu comprimiren hatten. Die comprimirte Luft leitete man dann in Röhrenleitungen, die beim Fortschreiten der Arbeit immer weiter verlängert werden mußten, zur Bohrmaschine. Die Compressoren zu sieben Atmosphären Druck gaben 70 Procent der dem Gefälle der Reuß entsprechenden Arbeit ab. Die Leistung einer mit der comprimirten Luft arbeitenden Maschine (Locomotive) betrug 23 Procent der in der Wasserkraft enthaltenen Arbeit. Die Bohrmaschine im Stollen gab jedoch nur eine Leistung von
vier bis acht Procent
.
Gesteinsbohrer werden angewendet bei der Sprengarbeit in Bergbauen, Steinbrüchen, bei der Regulirung von Flüssen und beim Baue von Straßen zum Wegsprengen der Felsen, im Tunnelbau, zum Abteufen von Schächten u. s. w. Die zahlreichen Bohrmaschinen kann man eintheilen in solche, welche stoßend wirken (Percussionsmaschinen), und in drehend wirkende (Rotationsmaschinen). Eine durch das ersterwähnte Princip wirkende Bohrmaschine für elektrischen Betrieb hat
Siemens
construirt, eine Rotationsbohrmaschine
Taverdon
.
Caverdon’s elektrischer Gesteinsbohrer
bietet doppeltes Interesse dar, weil sowohl zu seiner eigenen Herstellung als auch zu seinem Betriebe die Elek- tricität dienstbar gemacht wird. Zur Erzeugung von Bohrlöchern im harten Gesteine
Fig. 615.
Gesteinsbohrer von Taverdon.
wendet man gegenwärtig bei den Rotationsmaschinen fast nur Diamantbohrer an, weil Bohrer mit Bohrköpfen aus Stahl nicht leistungsfähig genug sind. So besteht z. B.
Leschot’s
Bohrkopf aus einer eisernen cylindrischen Hülse, deren vorderes Ende acht schwarze Diamanten trägt, von welchen vier an der Innen- und vier an der Außenseite befestigt sind. Die Befestigung selbst, durch eine einfache Fassung hergestellt, ließ jedoch viel zu wünschen übrig und führte häufig zu einem Aus- brechen der Steine. Statt die Steine, wie es bei dieser Art der Befestigung nicht anders sein kann, nur an einzelnen Stellen zu fassen, befestigt Taverdon dieselben durch Löthung. Da aber die Diamanten nicht direct verlöthet werden können, versieht sie Taverdon auf galvanoplastischem Wege mit einer ganz dünnen Kupferschichte, welche dann ein Verlöthen gestattet. An jenen Stellen, mit welchen der Diamant arbeitet, reibt sich die dünne Kupferschichte natürlich sofort von selbst ab. Der Betrieb des Bohrers erfolgt auf elektrischem Wege, wie es die Fig. 615 (nach
„La lumière électrique”
) zeigt, oder auch durch com- primirte Luft, Dampf oder Wasser unter Druck. Die ersterwähnte Betriebsart ist es, die uns hier interessirt. Bohrmaschine und Motor sind auf getrennten Wagengestellen angebracht. Der Bohrer ist an einer Muffe, die auf einer Säule auf- und abwärts geschoben werden kann, drehbar befestigt, damit dem Bohrer jede erforderliche Höhe und Richtung gegeben werden kann. Die Feststellung der Tragfäule erfolgt durch eine oben angebrachte Schraube, die sich durch Herausdrehen gegen den First des Stollens preßt. Der Bohrkopf erhält seine rotirende Bewegung durch einen Rollen- mechanismus, der in einer am entgegen- gesetzten Ende der Bohrmaschine angebrach- ten Büchse eingeschlossen ist; die Einrich- tung der letzteren kann aus der Fig. 616 ersehen werden. Das Triebseil
a a'
ist nicht direct über die Rolle
e
geführt, welche den Bohrer in Rotation versetzt,
Fig. 616.
Taverdon’s Gesteinsbohrer.
sondern muß die Schnurscheiben
b b'
passiren. Diese Anordnung ermöglicht ein Drehen der Bohrmaschine, ohne das Triebseil in Unordnung zu bringen. Als Motor oder secundäre Maschine wird eine Gramme’sche Maschine (S. 372) verwendet, von deren Riemenscheibe aus das Triebseil über eine Rolle mit horizontaler Axe (zum Betriebe der Wasserpumpe) und eine verstellbare Rolle zur Bohrmaschine läuft. Auf dem Wagengestelle der secundären Maschine ist auch ein Windkessel nach Art derjenigen bei Feuerspritzen befestigt, durch welchen Wasser unter Druck dem Bohrer zugeführt wird. Der in das Bohrloch eingeleitete Wasserstrahl hat den Zweck, den Bohrsand im Maße seines Entstehens aus dem Bohrloche zu entfernen.
Der
elektrische Hammer
oder
Percussionsbohrer von Siemens
hat, kurz angedeutet, nachstehend beschriebene Construction. Von drei übereinander angeordneten Sole- noiden wird das mittlere stets von Strömen gleicher Richtung durchflossen, während durch das obere und das untere Solenoid Wechselströme kreisen. Innerhalb der Solenoide kann sich eine Eisenröhre oder Stange, mit entsprechenden Führungen versehen, auf- und abwärts bewegen. Der Strom gleichbleibender Richtung im mittleren Solenoide macht die Eisenröhre oder Stange magnetisch und diese geräth dann zwischen dem oberen und unteren Solenoide, in welchem die Stromrichtung fortwährend wechselt, in hin- und hergehende Bewegung, welche bei hinlänglich starken Strömen kräftig genug ist, um den Apparat als Hammer oder Bohrer benützen zu können.
Der
elektrische Hammer von Deprez,
Fig. 617, besteht gewissermaßen aus einem gerade gestreckten Gramme’schen Ringe, in welchem der Eisencylinder beweglich ist. Die Säule
A B
Fig. 617.
Elektrischer Hammer von Deprez.
ist nämlich aus 80 flachen (circa 1 Centimeter dicken) Solenoiden oder Drahtspulen aufgebaut, die miteinander und mit dem Commutator so ver- bunden sind, wie im Gramme’schen Ringe, d. h. Ende und Anfang je zweier benachbarter Spulen stehen in Verbindung und von dieser Verbindungs- stelle aus führt ein isolirter Draht zum Commutator, der, weil der Ring gewissermaßen zu einer geraden Säule aufgebogen ist, um einen Contactstreifen mehr besitzen muß, als Verbindungsstellen der einzelnen Spulen existiren. Ueber die Metallstreifen
G F
des Commutators können durch die Handhabe
H J
die federnden Metallstreifen
E D
geführt werden. Der Streifen
E
läßt sich gegen
D
in einen beliebigen Winkel verstellen und dann in dieser Stellung durch Anziehen einer Schraube festhalten. Stellt man ihn also z. B. derart, daß zwischen
E
und
D
zehn Contactstreifen liegen, so wird der in den Apparat eingeleitete Strom immer zehn Spiralen oder Solenoide durchfließen, gleichgiltig, in welchem Sinne der Commutator gedreht wird. Ist der Strom hinlänglich stark, so wird er den durch ihn magnetisch gewordenen Eisencylinder im Innern dieser zehn Spiralen schwebend erhalten. Er wird sich nach der einen oder andern Richtung (auf- wärts oder abwärts) bewegen, wenn der Commu- tator in der einen oder andern Richtung gedreht wird. Die Kraft seiner Bewegung wird sich unter sonst gleichen Verhältnissen als Function der Stromstärke des in den Solenoiden circulirenden Stromes darstellen. Deprez hat einen Hammer gebaut, dessen Eisenkern 23 Kilogramm wiegt, der aber einen Effect von 70 Kilogramm giebt, wenn durch 15 Spulen ein Strom von 43 Amp
è
res kreist. Der Apparat zeichnet sich dadurch aus, daß der Strom nie unterbrochen, nie in seiner Stromstärke oder Richtung geändert und auch der Magnetismus des Eisenkernes stets unverändert erhalten wird.
Eine sehr vortheilhafte Anwendung der elektrischen Kraftübertragung ist in dem
elektrischen Betriebe von Aufzügen und Krahnen
gegeben. Dies erhellt aus folgendem von
Uppenborn
gegebenen Beispiele: Auf dem Centralbahnhofe zu Hannover befindet sich eine Anzahl hydraulischer Aufzüge, deren jeder nicht mehr als zwei Pferdekräfte beansprucht. Zum Füllen der (hydraulischen) Accumulatoren wird jedoch eine 40pferdige Dampfpumpe benöthigt. Erfahrungsgemäß benutzt man höchstens zwei Aufzüge gleichzeitig. Hätte man nun statt der hydraulischen Aufzüge elektrische gewählt, so würde eine 6pferdige Dampf- oder Gasmaschine genügt haben und es wären Anlage und Betrieb ganz erheblich billiger.
In ähnlicher Weise wies
Hospitalier
darauf hin, daß die Anwendung des hydraulischen Druckes zur Kraftübertragung für den gemeinschaftlichen Betrieb der Krahne eines Docks Nachtheile bietet, welche durch den elektrischen Betrieb beseitigt werden. Bei dem bisher angewandten hydraulischen Systeme pumpt eine entsprechend starke Dampfmaschine Wasser unter hohem Drucke, in Marseille z. B. unter einem Drucke von 55 Atmosphären, in einen Behälter, von dem aus die Pumpen der einzelne Krahne durch Röhrenleitungen gespeist werden; hierbei tritt durch Reibung, Undichtigkeit u. s. w. ein Kraftverlust von 50 Procent ein, der, wie nachstehendes Beispiel zeigen wird, auf mehr als 80 Procent anwachsen kann.
Hat ein Krahn von 2000 Kilogramm Maximaltragkraft diese Last 4 Meter hoch zu heben, so wird, da seine Construction darauf berechnet ist, das verbrauchte Wasser einer Arbeitsleistung von 2000 × 4 = 8000 Kilogramm entsprechen und die höchste Ausnutzung der Kraft stattfinden. Beträgt hingegen die Belastung des Krahnes nur 500 Kilogramm, so ist seine Arbeitsleistung gleich 500 × 4 = 2000 Kilo- gramm. Da nun aber im zweiten Falle eine gleich große Wassermenge von dem- selben Drucke verbraucht worden ist wie im ersten, also auch ein gleich großer Arbeitsaufwand stattgefunden hat, so werden im zweiten Falle nur ungefähr 12 Procent der ursprünglichen Kraft ausgenützt worden sein. Bei der elektrischen Uebertragung der Kraft, die sich überdies in Anlage und Betrieb viel einfacher gestalten würde, kann dieser Uebelstand nicht eintreten, wie sofort klar wird, wenn wir uns des über die inneren Vorgänge bei der Kraftübertragung Gesagten (S. 839) erinnern. Die secundäre Maschine wirkt auf die primäre durch Erzeugung des Gegen- stromes stets zurück; hat die secundäre Maschine eine geringe Arbeit zu leisten, so läuft sie rascher und erzeugt einen kräftigen Gegenstrom, die Stromstärke im Gesammt- stromkreise nimmt ab und die primäre Maschine verlangt einen geringeren Arbeits- aufwand; die sie treibende Dampfmaschine arbeitet mit geringerer Kraft. Das Ent- gegengesetzte tritt ein, wenn die secundäre Maschine eine bedeutende Arbeit zu leisten hat. Mit einem Worte, das elektrische System arbeitet immer mit demselben Güte- verhältnisse, die aufgewandte Kraft wird immer diesem entsprechend vollständig ausgenützt.
Hospitalier sagt am Schlusse seiner Betrachtung: „Um den Vorschlag zu verwirklichen, handelt es sich nur noch darum, wie der Strom für den in Rede stehenden Zweck zu erzeugen und die Theilung desselben in viele verschiedene ungleiche und in jedem Augenblicke veränderliche Zweige zu bewirken ist, eine Aufgabe, die zur Zeit (1880) einer befriedigenden Lösung noch harrt.“ Wir glauben, daß gegenwärtig diese Lösung durch die Construction der Compoundmaschinen gefunden ist.
Ein
elektrischer Aufzug
wurde zum erstenmale bei der Ausstellung in
Mann- heim
(1880) durch die Firma
Siemens \& Halske
in Thätigkeit gesetzt; ein zweiter Aufzug fungirte in der Pariser Ausstellung. Die Einrichtung desselben ist eine ganz einfache. Unter- halb des Fahrstuhles, welcher zur Aufnahme von Personen bestimmt ist, befindet sich eine dynamo-elektrische Maschine
A
, Fig. 618, deren Rotationsaxe vertical gestellt und an einer Seite mit einer Schraube ohne Ende versehen ist. Durch die Umdrehung der letzteren werden die Zahnräder
B B
und durch diese die Räder
C C'
in Umdrehung versetzt. Die Zähne der letzteren greifen in die Sprossen der eisernen Leiter
D D
ein und bewirken dadurch ein Hinauf- oder Hinabklettern der Maschine und mit ihr des ganzen Fahrstuhles;
E E'
sind Führungs- rollen. Ein an diesen angebrachter Hebel gestattet, einen Commutator so zu stellen, daß der Strom die secundäre, d. h. am Fahrstuhle befestigte Maschine in der einen oder anderen Richtung durchfließt oder auch ganz unterbrochen ist. In dieser Weise wird das Auf- und Abwärtsgehen, sowie auch das Stillstehen bewirkt. Um die Arbeit beim Aufwärts- und Abwärtsgehen annähernd gleich zu machen und die Arbeit zu ersparen, welche die Hebung des Fahrstuhlgewichtes erfordert, ist das Gewicht dieses und seiner mittleren Belastung durch Gegengewichte
P P
, welche an den Führungsstangen
G H
gleiten, ausbalancirt. Die Draht- seile, welche diese Gegengewichte tragen, dienen gleichzeitig zur Stromleitung. Ein Herab-
Fig. 618.
Siemens’ elektrischer Aufzug.
schnellen des Aufzuges bei Unterbrechung des Stromes oder Reißen der Drahtseile kann nicht eintreten, da die Ganghöhe der Schraube ohne Ende sehr klein gemacht wird.
Wir lassen hier die Schilderung eines
elektrisch betriebenen Elevators
folgen, dessen Anlage auch deshalb Interesse verdient, weil sie zeigt, wie bisher unbenützte Maschinen- kräfte verwerthet werden können. Die in Rede stehende und eine hierauf zu besprechende Anlage wurde durch die Ingenieure
Chr
é
- tien
und
Felix
in der Zuckerfabrik zu
Sermaize
(Departement Marne) aus- geführt. Die „Campagne“, d. h. die Arbeits- zeit einer Zuckerfabrik ist nur auf einen kleinen Theil des Jahres beschränkt, nämlich auf die Zeit unmittelbar nach der Ernte der Zuckerrüben. Der Saft derselben erfordert, wenn er nicht verderben soll, eine sehr rasche Verarbeitung. Dies hat zur Folge, daß die Maschinen einer derartigen Fabrik den größten Theil des Jahres über stillstehen, also sehr schlecht ausgenützt werden. Nun sind aber solche Zuckerfabriken in der Regel mit mehr oder minder ausgedehnten Oekonomien ver- bunden, in welchen die Hauptarbeiten gerade außerhalb der Fabriks-Campagne fallen. Es ist daher einleuchtend, daß es Vortheile ge- währen muß, die sonst in der Fabrik brach liegende Maschinenkraft außerhalb derselben zu verwerthen. Hierzu benützen nun die genannten Ingenieure die elektrische Ueber- tragung der Kraft und verwenden so die sonst unbenützte Dampfmaschine und die während der Campagne zur elektrischen Be- leuchtung benützten Lichtmaschinen.
Der größte Theil der in der Fabrik zur Verarbeitung gelangenden Runkelrüben wird durch Schiffe auf dem Marne-Rhein- Canal zugeführt. Die Rüben werden im Hafen von Sermaize, der in gerader Linie beiläufig 100 Meter von der Fabrik entfernt ist, ausgeladen und dann in die Fabrik ge- führt. Während nun früher das Ausladen durch Handarbeit besorgt wurde, dient seit ungefähr fünf Jahren hierzu ein elektrisch betriebener Elevator; die hiermit gegenüber der Handarbeit erzielte Ersparniß beträgt beiläufig 40 Procent. Der Elevator stellt, wie die Fig. 619 (nach Th. du Moncel \& Geraldy) erkennen läßt, eine Art Bagger- maschine dar. Auf einem fahrbaren Gerüste ist ein kräftiger Stamm drehbar befestigt, der an seinem unteren Ende und beiläufig in der Mitte die Trommeln zur Führung und Be- wegung der endlosen mit Schaufeln oder Platten versehenen Kette trägt, oben durch ein Gegen- gewicht ausbalancirt ist und durch Seile in der verlangten Stellung festgehalten wird. Um ein Schiff auszuladen, wird der Elevator bis zu ersterem hingerollt und hierauf sein Balken
Fig. 619.
Elektrisch betriebener Elevator.
sammt der Kette in das Schiff eingesenkt, bis er den Boden berührt. Setzt man hierauf die Kette in Bewegung, so nehmen die nach aufwärts gehenden Schaufeln die in den unten angebrachten Fülltrichter eingeworfenen Rüben mit und lassen sie, am oberen Wendepunkte der Kette angekommen, durch eine Holzrinne in die darunterstehenden Wagen der Bahn fallen. Zur Bewegung der Trommeln mit der Kette dienen zwei Gramme’sche Maschinen, von welchen die eine (die primäre) in der Fabrik steht und durch die dort befindliche stabile Dampfmaschine betrieben wird, die andere (secundäre) aber auf dem Gerüste des Elevators angebracht ist. Die Verbindung beider Maschinen ist durch eine Kupferdrahtleitung von drei Millimeter Drahtstärke hergestellt. Somit wird also eigentlich durch die Fabriksdampfmaschine die Ausladung der Rübenschiffe bewirkt.
Die zweite Anwendung, für welche eben diese Fabriksdampfmaschine herangezogen wurde, besteht in dem
elektrischen Psiugsysteme.
Dasselbe besteht aus zwei Wagengestellen mit je zwei Gramme’schen Maschinen, von welchen das eine auf der einen Seite des Feldes, das andere auf der gegenüberliegenden Seite desselben aufgestellt wird. Durch Auf-, beziehungs- weise Abwinden eines Drahtseiles auf Trommeln, welchen die Gramme’schen Maschinen die
Fig. 620.
Elektrischer Pflug.
Bewegung ertheilen, wird der Pflug quer über das Feld hin- und hergezogen. Ein derartiger Wagen ist in den Fig. 620 und 621 in Quer- und Längsansicht abgebildet. Auf dem eisernen Gestelle des Wagens sind die beiden Gramme’schen Maschinen
G G
um die horizontalen Axen
a a
drehbar befestigt. Die Rotationsaxen der beiden Gramme’schen Maschinen tragen an ihren beiden Enden Frictionsscheiben und werden mit diesen an die großen Frictionsräder
R R
durch eine Zugstange mit Kautschukfedern
F
angedrückt. Die Frictionsräder
R R
übertragen dann durch Zahnräder
z z
ihre Rotation auf die Seiltrommel
S
, welche durch Aufwinden des Drahtseiles den Pflug zieht. Die Größe der Frictionsräder
R
und das Uebertragen ihrer Bewegung durch kleine Zahnräder auf die großen Zahnräder der Trommel muß deshalb erfolgen, weil die rasche Rotation der Gramme’schen Ringe in eine langsame der Seiltrommel zu verwandeln ist. Durch geeignet angebrachte konische Räder kann die Rotation der Gramme- schen Maschinen unter Vermittlung der Kette
K
auf die Räder des Wagens übertragen werden, so daß dann nicht die Seiltrommel gedreht, sondern der ganze Wagen nach der einen oder andern Richtung in Bewegung gesetzt wird.
Den Strom für die secundären Maschinen auf dem eben beschriebenen Wagen liefern primäre in der Fabrik aufgestellte Maschinen, die wie beim Elevator durch die stabile Fabriks- Dampfmaschine betrieben werden. Die Leitung, welche die primären mit den secundären Maschinen verbindet, ist nach Art der Telegraphenleitungen auf Pfählen isolirt geführt. Im Vergleiche zu den Dampfpflügen besitzt der elektrische Pflug den Vortheil, daß er weder Wasser noch Heizmaterial mitzuführen braucht, daß eine stabile, sonst nicht benützte Dampf- maschine zu seinem Betriebe verwendet werden kann und daß er ein bedeutend geringeres Gewicht hat.
Schon vor ziemlich langer Zeit tauchten Vorschläge auf, nach welchen das
Bremsen eines Eisenbahnzuges durch elektrische Ströme
, beziehungsweise den durch sie erregten Magnetismus beabsichtigt wurde. Es war namentlich
Achard
, der die
elektrische Bremse
zum Gegenstande ebenso ausgedehnter als eingehender Studien machte. „Die Vortheile der elektrischen Eisenbahnbremse,“ sagt
Uppen- born
, „werden durch einen dem
Verviers-Brüssel
-Expreß zugestoßenen Unfall sehr gut illustrirt. Besagter Zug war mit der automatischen Wagenbremse von
Fig. 621.
Elektrischer Pflug.
Westinghouse
ausgerüstet. Etwa 100 Meter vor der Station
Ans
brach ein Rohr, wodurch die Bremsung momentan eintrat. Die Folgen waren sehr fatal; Reisende und Gepäck wurden mit Vehemenz gegen die Wände und Decken der Waggons geschleudert. Mehrere Passagiere und Beamte wurden ernstlich verletzt. Was wäre wohl passirt, wenn die Bremsung bei voller Fahrgeschwindigkeit ein- getreten wäre? Die Bremsung muß sich naturgemäß successive durch den ganzen Zug fortpflanzen; es sind daher noch einige Wagen frei, wenn die anderen schon gebremst sind. Hieraus folgt mit Nothwendigkeit eine heftige Contusion. Bei elektrischen Bremsen können derartige Zusammenstöße der einzelnen Wagen nicht stattfinden, da die Bremsung überall im selben Momente beginnt.“
L.
Regray
hat über die von der französischen Ostbahn-Gesellschaft angestellten zahlreichen Versuche mit elektrischen Bremsen in
„La lumière électrique”
(1883) eingehenden Bericht erstattet. Um eine beiläufige Vorstellung dieser Anwendung elektrischer Ströme zu ermöglichen, wollen wir nachstehend eine der erprobten Anordnungen skizziren. Die Construction des die Bremse in Thätigkeit setzenden Elektromagnetes ist aus Fig. 622 zu ersehen. Auf der in den Trägern
T T'
Urbanitzky
: Elektricität. 55
drehbaren Axe
c c'
ist bei
a
und
b
unter Vermittlung von Bronze-Zwischenstücken der Elektromagnet mit seinen Polschuhen
f f'
aufgesetzt. Die Drahtenden
e
seiner Windungen gehen durch Bohrungen in der Axe
c c'
zu den von dieser Axe isolirten Contactstücken
g g'
. Als Stromquelle dient eine Gramme’sche Maschine, die sammt ihrem Motor, einer Brotherhood-Maschine, auf der Locomotive montirt ist.
Die Anordnung und Wirkungsweise des Magnetes am Wagen läßt Fig. 623 erkennen. Die Träger
T
, in welchen der Magnet
M
vor den Wagenaxen
A
herab- hängt, sind unterhalb am Boden des Waggons in Gelenken befestigt. Sendet
Fig. 622.
Elektrische Eisenbahnbremse.
Fig. 623.
Elektrische Bremse.
man durch den Magnet einen Strom und ertheilt hierdurch seinen Polschuhen kräftige magnetische Polarität, so wird in Folge der hierdurch hervorgerufenen Anziehung zwischen dem Magnete und der Radaxe der erstere sich gegen die letztere bewegen und von ihr festgehalten werden. Der Magnet wird dann durch Friction genöthigt, sich zu drehen, windet hierbei eine über die Rolle
R
gehende Kette
K
auf seiner Axe auf und bewirkt hierdurch und mit Hilfe der Hebel und Zug- stangen
G G
das Anlegen der Bremsklötze
B B
an die Räder des Wagens. Soll die Bremsung aufgehoben werden, so sorgen entsprechend angebrachte Federn für die Entfernung der Bremsklötze von den Rädern.
Neuere kleine Elektromotoren und deren Anwendungen.
Unter kleinen Elektromotoren versteht man solche, deren Leistungsfähigkeit etwa 10 Secunden-Kilogramm-Meter nicht übersteigt. Man verfertigt für solche Leistungen besonders construirte Maschinen, statt die uns bereits bekannten in kleinem Maßstabe auszuführen, weil einzelne Theile der Großmaschinen bei so starker Verkleinerung zu zart ausfallen würden und überhaupt in kleinen Dimen- sionen nicht immer dieselben Anordnungen ein gutes Resultat geben wie bei ihrer Ausführung im Großen.
Solche kleine Motoren wurden z. B. von
Deprez
construirt; einer derselben ist in Fig. 624 abgebildet. Dieser Motor ist, wie ein Vergleich mit Fig. 223 (Seite 345) lehrt, eine Siemens’sche Maschine, bei welcher die Cylinder-Armatur parallel zu den Schenkeln der Elektromagnete liegt. Dieser Motor, der natürlich auch umgekehrt als Elektricitätsgenerator verwendet werden kann, giebt bei nach- stehend angegebenen Dimensionen die Wirkung von drei Bunsen-Elementen. Als
Fig. 624.
Motor von Deprez.
Motor benützt, erhielt Deprez folgende Resultate: Bei Anwendung eines Elementes 0·04 Secunden-Meter-Kilogramm, bei
Die Magnete dieses Modells waren 145 Millimeter lang, deren Pole 33 Millimeter voneinander entfernt, die Armatur hatte eine Länge von 60 und einen Durchmesser von 32 Millimeter und der ganze Apparat wog 2·85 Kilo- gramm. Dieser Motor diente z. B. in der Pariser Ausstellung zum Betriebe vieler Nähmaschinen im Deprez’schen Stromvertheilungs-Systeme.
Ebenso stellt auch der Motor von
Crouv
é
eine kleine Siemens’sche Maschine dar. Die Drahtspule
C
, Fig. 625, ist auf einem Gestelle
E
befestigt und besitzt zwei nach aufwärts gerichtete Polplatten
A A.
Zwischen diesen rotirt eine Siemens’sche Cylinder-Armatur. Die Stromzuleitung erfolgt durch die Klemmen bei
E
und
H.
Am entgegengesetzten Ende ist eine kleine Riemenscheibe angebracht, um durch einen Schnurlauf die Bewegung des Ankers auf andere Apparate übertragen zu können. Der Anker zeigt nur darin von der sonst gebräuchlichen Form eine Abweichung,
55*
daß dessen Polflächen spiralig gekrümmt sind. Der Zweck dieser abgeänderten Form ist, todte Punkte bei der Drehung der Armatur zu vermeiden, d. h. Punkte, über welche hinaus kein Anlaß zur Weiterdrehung vorliegt. Wo sich diese befinden, zeigt Fig. 228 (Seite 351). Die Armatur hat keine Veranlassung, sich weiter zu drehen, sobald der Nordpol
n
der Armatur dem Südpole
S
des Magnetes und
s
gerade
N
gegenübersteht. Bei der Spiralform ist ein Theil der Armatur schon über diese Stellung hinaus, wenn der andere eintritt.
Trouv
é
’s Motor ist gleichfalls im Stande, eine Nähmaschine, ein Velociped oder ein kleines Boot zu treiben, sobald der Strom einiger Chromsäure-Elemente durch seine Draht-
Fig. 625.
Motor von Trouv
é.
Fig. 626.
Motor von Trouv
é.
windungen gesendet wird. Auf eine
Nähmaschine
überträgt Trouv
é
die Rotation seines Motors dadurch, daß er dessen Axe mit einer kleinen Frictionsscheibe versieht, welche auf die Axen des oberen Riemenrades der Nähmaschine einwirkt. Die Anordnung des Motors zum Betriebe eines
Bootes
zeigt Fig. 626. Der Motor ist hierbei oberhalb des Steuerruders auf diesem selbst befestigt und theilt seine Bewegung mittelst Riemenscheibe und Schnurlaufes der Propellerschraube mit, deren Lager gleichfalls am Steuerruder angebracht find. In dieser Weise ausgerüstet, sah man in der Pariser Ausstellung für Elektricität ein Boot im Central- bassin, in dessen Mitte das große Modell eines Leuchtthurmes stand, herumschwimmen. Das Boot, vom Erfinder „Telephon“ getauft, hatte eine Länge von 5½ und eine Breite von 1·2 Meter; sein Gesammtgewicht betrug 80 Kilogramm. Den Strom zum Betriebe des Motors lieferte eine Chromsäure-Batterie von 12 Elementen, welche in der Mitte des Bootes auf- gestellt war. Ihr Gewicht betrug 24 Kilogramm. Zwei Kabel leiteten den Batteriestrom in den Motor und dienten gleichzeitig zur Lenkung des Steuerruders. Trouv
é
machte mit seinem Boote auch größere Probefahrten auf der
Seine
und erreichte hierbei, wenn das Boot mit drei Personen belastet war, eine Geschwindigkeit von 1 Meter per Secunde, als er strom- aufwärts fuhr und eine Geschwindigkeit von 2·5 Meter per Secunde bei der Thalfahrt.
Griscom’s
Motor ist in Fig. 627, angewandt zum Betriebe einer Näh- maschine, und in Fig. 628 schematisch dargestellt. Die Cylinder-Armatur
A A
ist von dem röhrenförmigen Elektromagnete
E E
, der bei
N
und
S
seine Pole hat, eingeschlossen. Der Stromwechsel wird durch den Commutator
C
besorgt. Der aus der Batterie
B
kommende Strom gelangt durch die Schleiffeder
f'
und das links- seitige Commutatorsegment in die Drahtwindungen der Armatur, von dieser durch das rechtsseitige Segment und die Schleiffeder
f
in die Drahtwindungen des Elektro-
Fig. 627.
Fig. 628.
Griscom’s Motor.
magnetes
E E
und kehrt wieder zur Batterie zurück. Die hiermit bewirkte Pol- vertheilung im Elektromagnete und Anker ist durch die der Figur beigesetzten Buchstaben gekennzeichnet. Ist die Armatur durch die Anziehung der ungleichnamigen und durch die Abstoßung der gleichnamigen Pole in die Richtung der Linie
x y
gekommen, so tritt in Folge der gleichzeitigen Drehung des Commutators ein Wechsel der Stromrichtung und somit auch ein Polwechsel ein, welcher die Armatur zur Forsetzung ihrer Rotation veranlaßt.
Griscom’s Motor hat eine Länge von beiläufig 10 Centimeter und wiegt 1150 Gramm. Zu seinem Betriebe verwendet man eine Chromsäure-Batterie von sechs Elementen, die in einem Kasten, welcher gleichzeitig als Sitz der mit der Nähmaschine arbeitenden Person dienen kann, angeordnet ist. Um den Motor und somit auch die Nähmaschine schneller oder langsamer gehen zu machen, taucht man die Platten der Elemente mehr oder weniger tief in die Chromsäure ein, was durch einen Hebel, der mit einem Trittbrette in Verbindung steht, durch den Fuß der arbeitenden Person bewerkstelligt werden kann.
Die bisher betrachteten Motoren besitzen alle einen Siemens-Anker; in Folge dessen arbeiten alle mit zweimaligem Polwechsel während jeder Umdrehung. Da ferner eine sehr rasche Rotation oder sehr große Tourenzahl in der Minute gefordert wird, müssen die Polwechsel außerordentlich rasch aufeinanderfolgen. Darin liegt aber ein Nachtheil dieser Motoren, da der rasche Polwechsel mit Kraftverlust verbunden ist. Das weiche Eisen braucht, wie wir wissen, eine gewisse Zeit zur Aenderung seines magnetischen Zustandes. Es tritt daher bei rascher Rotation des Ankers bei jedem Polwechsel der Fall ein, daß das Eisen noch die Polarität der einen Art besitzt, wenn der Strom in den es umgebenden Drahtwindungen bereits die Richtung gewechselt hat, also das Eisen in der entgegengesetzten Art zu polari- siren strebt. Die Folge davon ist, daß ein Theil des letzterwähnten Stromes dazu
Fig. 629.
Motor von Borel.
verwendet werden muß, die frühere Polarität des Eisens zu vernichten und nur der übrig bleibende Stromantheil zur entgegengesetzen Polarisirung des Eisens, also zur eigentlichen Arbeitsleistung benützt wird. Von diesen Uebelständen sind die Motoren von
Bürgin, Borel
und
Jablochkoff
frei, da bei diesen kein Pol- wechsel im Eisen eintritt. Die beiden ersten sind dem Principe nach in massiver Art ausgeführte Galvanometer und verhalten sich auch nach Art dieser Instrumente. Hängt man innerhalb einer Drahtspule eine Magnetnadel auf und schickt dann durch die Windungen der ersteren einen hinlänglich starken Strom, so dreht sich die Magnetnadel so lange, bis sie zur Richtung der Spuldrähte senkrecht steht. Dabei wird sich der Nordpol der Magnetnadel jener Stirnseite der Spule nähern, auf welcher der elektrische Strom in der Richtung der Uhrzeigerbewegung kreist, der Südpol der Nadel der entgegengesetzten Stirnseite. Würde man nun in dem Momente, in welchem die Nadel die angegebene Stellung erreicht hat, die Strom- richtung in der Drahtspule umkehren, so müßte sich die Nadel abermals drehen, und zwar um 180 Grade. Dann stehen sich wieder Nordpol der Nadel und Südpol der Spule einander gegenüber.
Fig. 630.
Motor von Bürgin.
Wie dieses Princip von
Borel
zur Construction eines Elektromotors aus- genützt wurde, zeigt Fig. 629. Die Magnetnadel ist hierbei durch einen von Drahtwindungen umgebe- nen Eisenkern ersetzt, der durch die in ersteren stets in derselben Richtung ver- laufenden Ströme magneti- sirt wird. Er ist innerhalb einer Drahtspule drehbar angebracht und bewirkt mittelst eines Commutators den fortwährenden Strom- wechsel in der Spule.
Auf demselben Prin- cipe beruht der Motor von
Bürgin,
welcher in Fig. 630 abgebildet ist. Der auf einer horizontalen Axe befestigte Eisenkern
B
ist derart mit Draht
M M
bewickelt, daß er nach außen zu kugelförmig begrenzt erscheint. Eine kugelför- mige, diese Drahtlagen in geringer Entfernung um-
Fig. 631.
Jablochkoff’s
l’écliptique.
hüllende Kapsel ist ebenfalls mit Draht bewickelt. Der auf der Rotationsaxe des Elektromagnetes
M B M
befestigte Commutatur
C
bewirkt bei jeder halben Um- drehung des Elektromagnetes einen Wechsel der Stromrichtung in den äußeren Draht- windungen und veranlaßt in dieser Weise eine continuirliche Rotation, die sehr rasch erfolgt, weil in der ganzen Maschine kein die Bewegung hemmender Wechsel des Magnetismus eintritt.
In ähnlicher Weise ist der magnetische Polwechsel bei dem Motor von
Jablochkoff,
Fig. 631, ausgeschlossen. Der Motor,
l’écliptique
genannt, be- steht aus einer vertical gestellten, feststehenden Spule und einer um eine horizontale Axe beweglichen Spule, welche auf dieser Axe, unter einem bestimmten Winkel zur Horizontalen geneigt, befestigt ist. Der günstigste Neigungswinkel der beweglichen Spule wird durch Versuche bestimmt und ist zum Theile auch von den Bedingungen ab- hängig, unter welchen die Maschine fungiren soll. Diese Spule ist auf einen Kern aus weichem Eisen gewunden und an beiden Stirnflächen durch kreisrunde Platten desselben Materiales abgeschlossen. Diese Platten bilden, sobald ein Strom die Draht- windungen durchfließt, die Pole eines kurzen Magnetes. Die feststehende Spule enthält kein Eisen, sondern ist auf einen kupfernen Rahmen gewickelt. Die Strom- zuleitung erfolgt durch zwei Schleifbürsten unter Vermittlung eines auf die Rota- tionsaxe der beweglichen Spule befestigten Commutators in der Weise, daß die Stromrichtung in der beweglichen Spule stets constant bleibt, in der feststehenden aber bei jeder halben Umdrehung wechselt. Jablochkoff’s Motor, der übrigens unter
Fig. 632.
Elektrische Briefpost.
Beibehaltung desselben Principes in verschiedener Weise ausgeführt wird, kann ebenfalls auch als Elektricitätsgenerator dienen.
Von verschiedenen Seiten wurde vorgeschlagen, kleine elektrische Bahnen zur Beförderung der Briefe in großen Städten zu verwenden. Sie hätten hier an Stelle der pneumatischen Briefpost zu treten und würden vor dieser den bedeutend geringeren Kraftaufwand voraus haben. Die pneumatische Post in Paris erfordert zu ihrem Betriebe 120 Pferdekräfte; den elektrischen Betrieb glaubt man durch etwa 12 Pferdekräfte erhalten zu können. Die von
Siemens
gegebene Anordnung einer
elektrischen Briefpost
versinnlicht Fig. 632. Die Elektrolocomotive ist ein Wagen- gestelle mit einer Siemens’schen Maschine gewöhnlicher Construction im sehr ver- kleinerten Maßstabe. Es zeigte sich eben, daß diese Maschine auch bei bedeutender Herabminderung ihrer Dimensionen leistungsfähig bleibt.
Zu den Elektromotoren kleinster Sorte gehört
Edison’s elektrische Feder
(Fig. 633); das elektrische Maschinchen derselben ist beiläufig 4 Centimeter hoch und 2 Centimeter breit. An dem bügelförmigen Gestelle
A A
ist der Elektromagnet
E E
unverrückbar befestigt und ein kleines Schwungrädchen
R
mit seiner horizontalen Axe bei
b
und
d
gelagert. Das Schwungrädchen
R
, welches sich unmittelbar vor den Polen des Elektromagnetes
E
dreht, trägt einen in der Richtung seines Durchmessers angebrachten Stabmagnet
n s.
Auf der Rad- axe
b d
ist bei
c
ein Commutator aufgesetzt, durch welchen die Richtung der in die Draht- windungen des Elektromagnetes gesandten Ströme zweimal bei jeder vollen Umdrehung des Rades gewechselt wird. Die Verbindung der Drahtwindungen mit der Batterie wird durch Klemmen, welche bei
p
und
p'
angebracht sind, hergestellt. Eine dieser Klemmen steht durch die Feder
f
, deren Stellung durch die Schraube
t
regulirbar ist, mit dem Commutator in Verbindung. Die Welle
b d
ist an jener Stelle, an welcher der Stab
S S
vorbeikommt, nach Art einer Daumenwelle gestaltet und veranlaßt daher durch ihre Rotation ein rasches Auf- und Abbewegen dieses Stabes und der an dessen unterem Ende befestigten Nadel
N.
Den eigentlichen Federhalter bildet das Rohr
F
, welches mit seinem Gewinde bei
y
in den Metallbügel bei
x
ein- geschraubt wird.
F
ist an seinem unteren Ende mit einer Oeffnung versehen, um die Nadel
N
durchzu- lassen.
Die Function des Apparat- chens ist sehr einfach. Sobald ein Strom durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes fließt, zieht die- ser den Magnetstab entsprechend seiner eigenen Polarität und jener des Sta- bes an und veranlaßt dadurch eine Drehung des Rädchens in bestimmter Richtung; stehen sich in Folge dieser Bewegung die ungleichnamigen Pole einander gegenüber, so wird der Strom im Elektromagnete durch den Commutator unterbrochen und das außerordentlich leicht bewegliche Räd- chen setzt vermöge des Beharrungs- vermögens seine Drehung fort. Hier- durch stellt aber der Commutator neuerdings den Stromschluß her und erregt abermals den Elektromagnet; doch da jetzt die Ströme denselben in umgekehrter Richtung durchfließen, so hat er seine Polarität gewechselt, so daß jetzt gleichnamige Pole (z. B.
n
des Stabes und
N
des Elektro- magnetes) sich nahe aneinander be- finden. Es tritt daher Abstoßung ein und diese bewirkt die Fortsetzung der Raddrehung in derselben Richtung. Da sich dieses Spiel fortwährend wiederholt, geräth das Rädchen in dauernde Rotation. Es macht pro Secunde 65 Touren und hebt, be- ziehungsweise senkt hierdurch die Nadel
Fig. 633.
Edison’s elektrische Feder.
in derselben Zeit etwa 130mal. Führt man die Feder in beliebigen Linien über ein Papier, so erscheinen in diesem, gegen das Licht betrachtet, alle Linien durch feine Nadelstiche gezeichnet, die mehr oder weniger enge aneinander sich befinden, je nachdem man die Feder schneller oder langsamer über das Papier geführt hat. Die Feder wird derart regulirt, daß die Nadel nicht mehr als 0·2 bis 0·3 Millimeter aus dem Federhalter herausstößt.
Die Anwendung der Feder ist die eines Vervielfältigungsapparates. Man schreibt oder zeichnet mit ihr gerade so wie mit jeder anderen Feder, trägt aber hierbei dafür Sorge, daß man sie möglichst senkrecht hält. Die in dieser Weise hergestellte Matrize oder Patrone wird dann auf ein Blatt Papier aufgelegt und mit einer Farbenwalze Farbe durch die enge aneinander befindlichen Stiche durchgedrückt. Das darunter befindliche Papier zeigt dann eine vollkommen scharfe Copie. Man kann auf diese Weise von einer Matrize 4000 bis 5000 Copien herstellen. Zum Betriebe der Feder genügt eine kleine, zweielementige Chromsäure-Batterie. Die meisten Regierungsabtheilungen der einzelnen Departements Nordamerikas, sowie viele Geschäftsleute und Industrielle bedienen sich derselben mit bestem Erfolge.
Ein kleiner Elektromotor, der sich durch die außerordentliche Regelmäßigkeit seines Ganges auszeichnet, ist das
phonische Rad von Paul La Cour
(Fig. 634). Ein Zahnrad aus weichem Eisen ist vor dem einen Pole eines geraden Elektromagnetes um eine verticale Axe drehbar aufgestellt, so daß die Zähne des Rades zwar so nahe als möglich an den Magnetpol vorbeikommen, denselben aber nicht berühren. Sendet man durch die Draht- windungen des Elektromagnetes eine Reihe von Strömen in gleichen Zwischenpausen, so erhält
Fig. 634.
Das phonische Rad.
Fig. 635.
La Cour’s Stimmgabel-Apparat.
das Rad in Folge der Anziehung, welche der Magnetpol auf die Eisenzähne des Rades ausübt, eine Reihe von Impulsen, die eine äußerst regelmäßige Rotation des Rades ver- anlassen. Die Bewegung dieses Rades hängt nur von der Zahl der Stromimpulse und der Breite, beziehungsweise Zahl der Radzähne ab
Die fortgesetzten Stromimpulse oder den vibrirenden Strom, durch welchen der Magnet erregt wird, bringt La Cour mit Hilfe einer Stimmgabel zu Stande. Die Stimmgabel wird zu diesem Ende in horizontaler Lage derart befestigt, daß ihre Zinken zwischen die Pole eines hufeisenförmigen Elektromagnetes zu stehen kommen (Fig. 635), ohne jedoch in ihren Schwin- gungen verhindert zu werden. Zwischen den Zinken sind Platincontacte angebracht, die den Stromkreis einer Batterie, welche mit dem Apparate verbunden ist, dann schließen, wenn sich die Stimmgabel in Ruhe befindet. Hierdurch wird aber der im selben Stromkreise befindliche Elektromagnet erregt und zieht nun die Zinken der Stimmgabel an; im selben Momente, als diese sich nach außen bewegen, ist aber auch der Contact unterbrochen und die magnetische Anziehung aufgehoben. Die Zinken schwingen daher wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück und schließen den Strom neuerdings. Es ist einleuchtend, daß auf diese Art ein fort- währendes Stromöffnen und Schließen entstehen und die Gabel in andauernde Schwingungen gerathen muß. Eine auf einen bestimmten Ton abgestimmte Stimmgabel kann aber nur diesen Ton geben, d. h. immer nur mit einer und derselben Geschwindigkeit schwingen, woraus folgt, daß der den Stromkreis durchfließende Strom auch genau mit derselben Regelmäßigkeit und Schnelligkeit intermittiren muß; La Cour nennt einen derartigen Strom einen
phono- elektrischen Strom
und verwendet ihn in der bereits angegebenen Weise zum Betriebe seines Rades, welches in Folge der äußerst regelmäßigen Intermittenz der magnetischen Kraft auch äußerst regelmäßig rotirt. Diese Regelmäßigkeit wird weiter noch dadurch gesichert, daß man auf das Rad eine hölzerne Büchse aufsetzt, in welche man Quecksilber giebt, das dann die Rolle eines Schwungrades spielt (Fig. 634).
Da die Geschwindigkeit der Raddrehung nur von dem phonoelektrischen Strom und der Breite, beziehungsweise Zahl der Radzähne abhängt, so folgt daraus, daß alle derartigen Räder von gleicher Größe und gleicher Zahnzahl genau gleich schnell rotiren müssen, wenn sie von einem und demselben phonoelektrischen Strome durchflossen werden. Somit stellt das phonische Rad einen eben so sicheren als einfachen Apparat dar, durch welchen der Syn- chronismus, d. h. die genaue Uebereinstimmung des Ganges zweier oder mehrerer Apparate, z. B. Uhren, erhalten werden kann. In der Telegraphie, wo in bestimmten Fällen (die wir später noch kennen lernen werden) der Synchronimus der Apparate Grundbedingung ist, kann das phonische Rad ebenso wie zu mancherlei anderen Zwecken, deren Besprechung zu weit führen würde, vortheilhafte Verwendung finden.
4. Die Celephonie.
Es müßte ein müßiges Beginnen genannt werden, gegenwärtig noch die Bedeutung der Telephonie hervorheben zu wollen. Welche Verbreitung das Telephon im Verlaufe weniger Jahre gefunden hat, erhellt aus einigen beispielsweise auf- gegriffenen Zahlenangaben. Das ausgedehnteste Netz, das der
Central-Union Telephone Company
in
Chicago
, zählt jetzt nicht weniger als 17.000 Abon- nenten, das von Habana 650; die
Melbourne Telephone Exchange Company
hat in Melbourne 650, in Ballarat 81 und in Sandhurst 37 Abonnenten. Die durch die australische Regierung installirte Telephon-Station von Sidney hat bereits 260 Abonnenten; in Neuseeland bestehen Telephonnetze in Dunadia von 237 Abon- nenten, in Auckland von 151, in Christchurch von 125 und in Wellington von 60 Abonnenten. Die China und Japan Telephone Company besitzt jetzt in Shang- hai 77 und in Hongkong 40 Telephone.
„New-York-Review of the Telegraph and Telephone”
vom Juli 1882 bringt über die Verbreitung des Telephones nachstehende Angaben: In 7 Städten Frankreichs waren zusammen 2620 Theilnehmer, von welchen 1780 auf Paris entfielen; 10 Städte Englands besaßen 2898 Theilnehmer (1561 in London), in Oesterreich besaß nur Wien eine Centralanstalt mit 334 Theilnehmern, in drei Städten der Schweiz betrug die Zahl der Theilnehmer 770, in sechs Städten Belgiens 1961, in 13 Städten Italiens 1890 und in 10 Städten Deutschlands 1950 Theilnehmer. Das erste Fernsprechamt wurde im November 1877 zu Friedrichsberg bei Berlin dem Verkehre übergeben; im Jahre 1881 zählte das deutsche Reichspostgebiet bereits 1280 Fernsprechämter. Wir begnügen uns mit diesen Zahlenbeispielen und wollen nun unsere Aufmerksamkeit der geschichtlichen Entwicklung des Telephones zuwenden.
Historische Entwicklung der Celephonie.
Da in den Rahmen vorliegenden Werkes nur die Anwendungen der Elektricität und des Magnetismus zu behandeln sind, entfällt die Aufgabe, jene Versuche eingehend zu besprechen, die auf nicht elektrischem Wege die Hörbarmachung des gesprochenen Wortes über jene Entfernung hinaus bezweckten, welche die Kraft der menschlichen Stimme zu überwinden im Stande ist. Es sollen daher die dies- bezüglichen, theilweise gegenwärtig noch in Anwendung stehenden Methoden nach- stehend nur kurz erwähnt werden. Schon im Jahre 1667 theilte R.
Hooke
mit, daß ein gespannter Faden sowohl Töne als auch gesprochene Worte auf ziemlich große Distanzen fortzuleiten vermag. Gegenwärtig bildet das
Fadentelephon
ein allgemein bekanntes und verbreitetes Kinderspielzeug. Es besteht aus zwei konischen Bechern aus Metall oder Pappe, deren Böden durch einen gespannten Faden miteinander verbunden sind. Spricht man in den Becher an einem Ende des Fadens hinein, so können die Worte am andern Ende des Fadens vernommen werden, wenn man den dort befindlichen Becher an das Ohr hält. Wem die Erfindung dieses Fadentelephones zuzuschreiben ist, blieb unbekannt. Es soll in Spanien schon lange Zeit zur Correspondenz zwischen Verliebten benützt worden sein. Andererseits wird die Erfindung desselben Ad. L.
Weinhold
zugeschrieben. Das Sprachrohr, wie bekannt, noch gegenwärtig vielfach in Anwendung, erfand
Morland
im Jahre 1670. Im Jahre 1819 producirte
Wheatstone
seine
magische Lyra
. Zur Schall-Leitung diente hierbei ein Stab aus Tannenholz in Verbindung mit Resonanzkästen.
Den grundlegenden Versuch für das elektrische Telephon bildet das
gal- vanische Tönen
, welches im Jahre 1837 von
Page
entdeckt und seither durch
Wertheim, de la Rive
u. A. eingehend studirt wurde. Das galvanische Tönen kommt dadurch zu Stande, daß man einen Eisenstab in sehr kurzen Intervallen magnetisirt und entmagnetisirt. Dieses Experiment bildete auch die Grundlage für die Construction des ersten Telephones durch Philipp
Reis
. Zwar ist die Priorität des deutschen Erfinders vielfach in Zweifel gezogen worden, doch glauben wir, daß in dem ganzen vorliegenden sehr umfangreichen Materiale
Wir führen hiervon z. B. an:
Thompson
:
„Philipp Reis, Inventor of the Tele- phon”, „La lumière électrique”
,
t. VI, VII, X, XI,
„Elektrotechnische Zeitschrift“, Bd.
IV,
Uppenborn, „Zeitschrift für angewandte Elektricität“, B.
IV
, „Zeitschrift für Elektrotechnik“,
II
, u. s. w.
nichts enthalten ist, was zur ernstlichen Bestreitung eine annehmbare Grundlage bieten würde. So wollte man in jüngster Zeit für Ch.
Bourseul
die Priorität reclamiren, wegen eines Berichtes, den Dr.
Lunckenbein
in
„l’Illustration”
vom 26. August 1854 veröffentlicht hatte; nachstehend folgen die diesbezüglichen Stellen dieses Berichtes.
.... „Ich habe mich z. B. gefragt, ob es nicht möglich sei, die Sprache auf elek- trischem Wege zu übertragen; mit einem Worte, ob man nicht das in Wien Gesprochene in Paris hören könne. Die Sache ist ausführbar, und zwar folgendermaßen: Die Töne werden, wie man weiß, durch Schwingungen gebildet und dem Ohre durch Schwingungen der Luft vermittelt (Schallwellen). Aber die Intensität dieser letzten Schwingungen vermindert sich äußerst schnell mit Zunahme der Entfernung, so daß sogar bei dem Sprachrohre bestimmte Grenzen gezogen sind, welche man nicht überschreiten kann. Denken wir uns nun, daß man gegen eine Metallplatte spräche, welche derart beweglich und biegsam wäre, um alle durch die Stimme erzeugten Schwingungen wiederzugeben, und würde diese Platte mit einem elektrischen Strome so verbunden werden können, daß sie je nach den Luftschwingungen, von denen sie getroffen wird, diesen elektrischen Strom abwechselnd herstelle und unterbreche — so würde es dadurch auch möglich, eine zweite ähnlich construirte Metallplatte dazu zu bringen, gleichzeitig genau dieselben Schwingungen zu vollführen.“ Es ist also ausdrücklich gesagt, wenn die Platte so und so beschaffen
wäre, so würde
es möglich sein …, dies ist unseres Dafürhaltens doch nicht mehr als der
Wunsch
, das Telephon zu erfinden.
Daß Bourseul dieser Wunsch nicht erfüllt wurde, zeigen nachstehende Stellen: „Frei- lich würde die Intensität der erzeugten Tonschwingungen an der Stelle, wo die Metallplatte durch die Stimme vibrirt, eine wechselnde sein, während sie an der Stelle, wo die Metallplatte vermittelst der Elektricität vibrirt, eine constante bleibt. Aber es ist bekannt, daß dieses an der Tonhöhe nichts ändert. So ist es klar, daß die Töne sich in der- selben Tonhöhe der Tonleiter reproduciren werden.
Der augenblickliche Stand der
Fig. 636.
Philipp Reis.
akustischen Wissenschaft gestattet es nicht,
a priori
auszusprechen
, daß es mit
den ausgesprochenen Silben der menschlichen Sprache sich ebenso verhalte
. Man kennt noch nicht die Art und Weise, wie jene Laute hervorgebracht werden .... Wie dem auch sei, die Silben lassen sich genau wiedergeben durch Schallwellen;
reproducirt genau diese Schallwellen und ihr werdet auch genau die sie erzeugenden Silben reproduciren
.“ Aus diesen Stellen scheint uns doch vollkommen klar hervorzugehen, daß Bourseul nicht wußte, wie die Platte beschaffen sein müsse, wie sie elektrisch mit einer zweiten Platte zu verbinden sei und wie die Schallwellen genau reproducirt werden sollen, damit sie die Silben wiedergeben, geschweige denn, daß er ein geeignetes Instrument geschaffen hätte. In dem citirten Aufsatze heißt es am Schlusse auch: „Ich habe mit Experimenten ange- fangen, sie sind schwierig und erfordern Zeit und Geduld, aber die erreichten Fortschritte lassen ein günstiges Resultat
voraussehen
“. Also
erhalten
wurde es noch nicht, und auch die Angabe der Mittel und Wege zur Erreichung der angestrebten Resultate sind nirgends zu erkennen, und zwar umso weniger, wenn man bedenkt, daß man nach der damals herrschenden Theorie allgemein annahm, eine Platte müsse für verschieden hohe Töne durch Spannungs- verschiedenheiten gestimmt werden.
Die Priorität von Reis wurde auch in der Art angegriffen, daß man behauptete, Reis habe allerdings ein Instrument erfunden, durch welches man
Töne
auf große Entfernungen fortleiten und wiedergeben kann, welches aber nicht im Stande ist, die menschliche
Sprache
zu reproduciren. Doch läßt sich auch diese Ansicht nicht aufrecht erhalten, wenn man die vorhandenen Documente und Publicationen einer unparteiischen Würdigung unterzieht. Reis ist, wie
Grah- winkel
vollkommen zutreffend bemerkt, nicht der Erfinder
eines
Telephones, sondern
des
Telephones.
Fig. 637.
Reis’sches Telephon.
Philipp Reis
wurde am 7. Januar 1834 in der Reichsstadt
Geln- hausen
geboren. Sein Vater, der Bäckermeister und Ackerbürger Reis, er- kannte bald die hervor- ragenden Geistesanlagen seines Sohnes und sandte daher diesen in das Gar- nier’sche Erziehungsinstitut zu Friedrichsdorf bei Ham- burg. Letzterer verließ das- selbe im Alter von 14 Jah- ren und genoß dann eine weitere Ausbildung im In- stitute Hassel in Frankfurt a. M. Obwohl seine Lehrer dem jungen Reis zum Be- suche der polytechnischen Schule in Karlsruhe rie- then, mußte er sich doch, dem Einflusse seines Onkels nachgebend, dem Kaufmannsstande zuwenden. Er trat, 16 Jahre alt, als Lehrling in ein Farbwaarengeschäft ein, studirte aber in seinen freien Stunden mit Vorliebe Chemie, Physik und Mathematik und besuchte naturwissenschaftliche Vorlesungen an der Handelsschule. Als er seine Lehrjahre vollendet hatte, gab er jedoch die kaufmännische Laufbahn auf und trat in die Lehranstalt des Dr. Poppe zu Frankfurt ein, um sich dem Lehrerstande zu widmen. Im Jahre 1855 mußte er sich nach Cassel begeben, um seiner Militärpflicht Genüge zu leisten, worauf er im Jahre 1858 am Garnier’schen Institute eine Lehrerstelle erhielt. Schon frühzeitig, nämlich im Jahre 1852, beschäftigte sich Reis mit Versuchen, betreffend die Schallübertragung. Da ihm keine Hilfsmittel zur Ver- fügung standen, mußte er sich mit sehr primitiven Apparaten behelfen. Der erste Apparat bestand nach Mittheilungen Dr.
Messel’s
aus einer Biertonne, in deren Spundloch ein kleiner Konus eingesetzt wurde. Den Verschluß des letzteren an seiner engeren Mündung bildete eine thierische Membrane, auf welcher durch einen Tropfen Siegellak ein kleiner Platinstreifen oder Draht befestigt war. Dieser Streifen besorgte entsprechend den Schwingungen der Membrane das Strom- öffnen und Schließen. Gleich einfach wurde der Receptor oder Empfänger ge- staltet, d. h. jener Apparat, welcher die Stromimpulse aufnimmt und die Töne wiedergeben soll. Er bestand aus einer auf einer Violine befestigten Stricknadel, welche von einer Drahtspule umgeben war; die Violine diente als Resonanzkasten. Später gab er seinem Sender, d. h. jenem Apparate, welcher die Stromimpulse dem Receptor sendet, also die Schallwellen aufnimmt und in elektrische Impulse umsetzt,
Fig. 638.
Reis’sches Telephon.
die Form des menschlichen Ohres, wie dies in Fig. 637 dargestellt ist. Bei diesem aus Holz roh geschnitzten Modelle war auf der Membrane
M
der Platindraht
f
mit einem Ende durch Siegellak befestigt und stellte so gewissermaßen den Hammer im menschlichen Ohre dar. Diesem war an seinem freien Ende, auf der Feder
R
befestigt, der Platineontact
L
gegenübergestellt. Die Schraube
V
ermöglichte die Regulirung dieser Feder. Die Drähte
P P'
vermittelten die Verbindung des Apparates mit der Batterie. Wurde also die Membrane
M
durch Schallwellen in Schwin- gungen versetzt, so mußte dem entsprechend der Stromkreis
P f L R
und
P'
geöffnet oder geschlossen werden, je nachdem
f
und
L
außer Contact standen oder sich berührten.
Der Apparat machte im Laufe der Zeit mannigfache Wandlungen durch, die alle zu beschreiben zu weit führen würde. Auch gaben die Versuche mit den erst construirten Apparaten keine befriedigenden Resultate. Dies die Veranlassung, warum hier gleich zu der Beschreibung des endgiltigen Apparates übergegangen wird.
Letzterer ist in Dr. F. J.
Pisko
, „Die neueren Apparate der Akustik“, Wien 1865, abgebildet und sehr ausführlich besprochen; dieses Werk enthält auch genaue Angaben der Versuchsresultate, welche der Verfasser citirten Werkes mit dem Apparate erhalten hat. Fig. 638 ist daraus entnommen.
Dieser besteht, wie Fig. 638 erkennen läßt, aus drei Theilen, nämlich dem Zeichengeber
A
, dem Zeichenbringer
C
und der galvanischen Batterie
B
, welche drei Bestandtheile durch Leitungsdrähte untereinander verbunden sind. Der obere Theil des Zeichengebers
A
, in
D
separat dargestellt, besteht aus einem parallelo- pipedischen Holzkörper von 9 Centimeter Seitenlänge und 2·8 Centimeter Höhe. In der Höhlung dieses Holzkörpers ist die Membrane
m m
befestigt, auf welcher das schaufelförmige Platinstreifchen
n s
im Mittelpunkte der Membrane bei
s
durch Klebwachs aufgeklebt ist; dieses Platinstreifchen steht mit einer bei
n
angebrachten Klemmschraube in Verbindung. Das Blättchen
s
bildet mit einem Stahl- oder Platinstiftchen, das von dem Messingwinkel
a s b
gehalten wird, den Contact zur Weiterleitung des Stromes. Der Messigwinkel hat einen Stützpunkt in
a
und taucht bei
b
in ein Quecksilbernäpfchen, welches an der zur Weiterleitung des Stromes bestimmten Klemmschraube angebracht ist. Der untere Theil des Appa- rates in Form eines Holzkästchens von 6·8 Centimeter Höhe und 7·7 Centimeter Breite trägt zur Aufnahme der Töne den trichterförmigen Ansatz
S.
Den Zeichen bringer
C
bildet eine 21·5 Centimeter lange und 0·9 Millimeter dicke Eisennadel, über welche die Magnetisirungsspirale
M
geschoben ist. Die Nadel ruht unter Vermittlung der Stege
T T'
auf dem Resonanzkasten
R
auf; über diesen kann ein zweiter Resonanzkasten
R'
in Form eines Deckels gesetzt werden. Der Resonanz- kasten
R
ist 22·9 Centimeter lang, 9·6 Centimeter breit und 2·5 Centimeter hoch. Die Vorrichtungen
e v
am Apparate
A
und
f
am Apparate
C
stellen eine Art elektromagnetischen Telegraphenapparates dar, welcher mit dem Telephone selbst nichts zu schaffen hat, sondern nur eine bequeme Correspondenz zwischen den beiden Personen an der Aufgabs- und Empfangsstation vermitteln soll. Reis gab auch hiefür ein Zeichensystem an.
Ist der Contact bei
s
geschlossen, so geht der Strom von der Batterie aus durch den Platinstreifen
n s
, den daselbst aufruhenden Platinstift in das Winkel- stück
s b
, von hier durch den Telegraphenapparat
e v
, gelangt dann durch einen Verbindungsdraht in die Spirale
M
und von dieser zur Batterie zurück. Zeichen- geber und Bringer sind also von dem Batteriestrome durchflossen. Spricht oder singt man in den Schalltrichter
S
hinein, so geräth die im Kästchen eingeschlossene Luft in Schwingungen, an welchen auch die Membrane
m
Antheil nehmen muß. Die Schwingungen der letzteren bewirken dann, wie leicht einzusehen, Verände- rungen des Contactes bei
s
und somit Stromschwankungen im Schließungsbogen. Diese rufen dann die Veränderungen des magnetischen Zustandes der Eisennadel her- vor, welche dadurch in Schwingungen geräth und so die Schallwellen reproducirt, welche die Schwingungen der Membrane veranlaßten.
Das erstemal und noch in sehr primitiver Form zeigte Reis seinen Apparat der physikalischen Gesellschaft zu Frankfurt a. M. im Jahre 1861, in der durch die Fig. 638 dargestellten Form derselben Gesellschaft am 4. Juli 1863. Diesmal waren Zeichengeber und Zeichenbringer 300 Fuß voneinander entfernt. Im Jahre 1863 wurde der Apparat durch Professor
Böttger
der Naturforscher-Versamm- lung zu Stettin vorgeführt. Der Apparat wurde von
Albert
in Frankfurt und später von
Hauck
in Wien angefertigt und jedem Apparate ein von Reis ver- verfaßter Prospectus beigegeben.
Der Prospectus lautet
F. J.
Pisko
, „Die neueren Apparate der Akustik“,
p.
241.
:
Telephon
. Jeder Apparat besteht, wie aus Fig. 638 ersicht- lich, aus zwei Theilen, dem eigentlichen Telephon
A
und dem Reproductionsapparat
C.
Diese beiden Theile werden in solcher Entfernung voneinander aufgestellt, daß das Singen oder das Tönen eines musikalischen Instrumentes auf keine andere Weise, als durch den Apparat von einer Station zur andern gehört werden kann Beide Theile werden unter sich und mit der Batterie
B
wie gewöhnliche Telegraphen verbunden. Die Batterie muß hinreichen, auf Station
A
die Anziehung des Ankers an dem seitlich angebrachten Elektromagnete (
v
) zu bewirken (3—4 sechszöllige Bunsen’sche Elemente genügen für mehrere Hundert Fuß Ent- fernung). Der galvanische Strom geht alsdann von
R
nach der Klemme bei
n
, von hier durch das Kupferstreifchen an das Platinplättchen auf der Mitte der Membrane, alsdann durch den Stift bei
s
des Winkels nach der Schraube
b
, in deren kleine Grube man ein Tröpfchen Quecksilber bringt. Von hier geht der Strom alsdann durch den kleinen Telegraphir- apparat
e v
, dann zum Schlüssel der Station
C
und durch die Spirale nach
B
zurück.
Werden nun hinreichend starke Töne vor der Schallöffnung
S
erzeugt, so kommen durch die Schwingungen derselben die Membrane und das auf ihr liegende winkelförmige Hämmerchen in Bewegung; die Kette wird für jede volle Schwingung einmal geöffnet und wieder geschlossen und hierdurch werden auf Station
C
in dem Eisendraht der Spirale ebenso viele Schwingungen hervorgebracht, welche man dort als Ton oder Tonverbindung (Accord) wahrnimmt. Durch festes Auflegen des Oberkästchens auf die Spiralmasse werden die Töne auf
C
sehr verstärkt.
Außer der menschlichen Stimme
können (nach meinen Erfah- rungen) noch ebenso gut die Töne guter Orgelpfeifen von
F — c
und die des Claviers reproducirt werden. Zu letzterem Zwecke stellt man
A
auf den Resonanzboden des Claviers. (Von 13 Dreiklängen konnte ein geübter Experimentator 10 ganz genau wieder erkennen. Was den seitlich angebrachten Telegraphirapparat anbelangt, so ist derselbe zur Production der Töne offenbar unnöthig; aber er bildet eine zum bequemen Experimentiren sehr angenehme Zugabe. Durch denselben ist es möglich, sich mit dem
vis-à-vis
recht gut und sicher zu ver- ständigen. Es geschieht dies etwa auf folgende einfache Weise: Nachdem der Apparat voll- ständig aufgestellt ist, überzeugt man sich von der Continuität der Leitung und der Stärke der Batterie durch Oeffnen und Schließen der Kette, wobei auf
A
Anschlagen des Ankers und auf
C
ein sehr vernehmliches Picken der Spirale gehört wird. Der Prospectus giebt hierauf eine Art Alphabet an, durch welches die gegenseitige Verständigung ermöglicht wird.
Es ist viel und lebhaft darüber gestritten worden, ob das Reis’sche Telephon nur Töne oder auch Worte zu übertragen im Stande war. Wir erachten es nach den vorliegenden Documenten für unzweifelhaft, daß auch Worte übertragen wurden und fügen zum Beweise dessen zu dem Materiale, welches
Thompson
in seiner Biographie über Reis mit außergewöhnlicher Sorgfalt zusammengestellt hat, einen Brief in Form eines Autographes (Fig. 639) bei, welcher am 18. October 1863 von
Reis
an F. J.
Pisko
geschrieben wurde.
Herr Regierungsrath Director F. J. Pisko hatte die Liebenswürdigkeit, mir diesen interessanten Brief zur Verfügung zu stellen. Den Inhalt des Briefes betreffend, muß hier bemerkt werden, daß man damals meinte, eine Membrane müßte für verschieden hohe Töne durch Spannungsverschiedenheit gestimmt werden, und daß sie gleichzeitig nicht alle Töne zu geben vermöge. Hiernach konnte in der That nicht erwartet werden, daß ohne Accommodations- vorrichtung an einer Membrane diese alle Töne eines Klanges aufzunehmen und wieder- zugeben vermöge. Die Praxis hat hier die Theorie überholt.
Wir heben aus diesem nach- stehende Stelle hervor: „Der Apparat giebt ganze Melodien, die Tonleiter zwischen
C
und
c
ganz gut
und ich versichere Sie, daß, wenn Sie mich hier
Urbanitzky
: Elektricität. 56
Fig. 639.
Reis’ Schreiben an F. J. Pisko.
besuchen wollen, ich Ihnen zeigen will, daß man im Stande ist, allerdings auch Worte zu verstehen
.“
Reis war sich aber auch der Bedeutung seiner Erfindung, die damals als „Spielzeug“ bezeichnet wurde, bewußt, wie aus einer Aeußerung erhellt, die er
Garnier
gegenüber machte: „Daß er der Welt den Weg zu einer großen Erfin- dung gezeigt habe, nun aber Anderen überlassen müsse, denselben zu verfolgen.“ Im Jahre 1862 wies sogar
Poggendorff
eine ihm eingesandte Beschreibung des Apparates für die Annalen zurück, da er die Uebertragung von Sprachlauten durch Elektricität für eine „Mythe“ hielt. Im Jahre 1864, nachdem das Telephon bereits mehrfach in verschiedenen Versammlungen gezeigt worden war, ersuchte Poggendorf um einen Bericht. Da antwortete aber der enttäuschte arme Schul- lehrer: „Ich danke Ihnen recht sehr, Herr Professor, es ist zu spät. Jetzt will
ich
ihn nicht mehr schicken. Mein Apparat wird auch ohne Beschreibung in den Annalen bekannt werden.“
Seiner Zeit weit vorausgeeilt, unverstanden und ungenügend unterstützt, voll- endete ein Lungenleiden, was Kränkung und Entmuthigung begonnen hatten: im Jahre 1873 warf sein Leiden den bedauernswerthen Erfinder auf das Kranken- lager, nachdem er schon im Jahre 1871 die Sprache verloren hatte, sich aber wieder scheinbar erholte und neuerdings seine Lehrthätigkeit aufnahm. Er starb am 14. Januar 1874 und ruht am Kirchhofe zu Friedrichsdorf, wo ihm vom physi- kalischen Vereine in Frankfurt a. M. ein Denkmal gesetzt wurde.
Obgleich die Priorität des deutschen Erfinders Ph. Reis nicht bestritten werden kann, darf doch keineswegs übersehen werden, daß das Reis’sche Telephon noch mannigfache und sehr bedeutende Wandlungen durchmachen mußte, bis es unter den Händen
Graham Bell’s
jene Gestalt und Leistungsfähigkeit erhielt, die seine ausgedehnte praktische Anwendung ermöglichten. An der Vervollkommnung des Telephones arbeiteten
S. Yeates (1865), Wright (1865), C. Varley (1877), C
. und L.
Wray (1876), E. Gray (1874), van der Weyde (1868), Pollard
und
Garnier
. So hat z. B.
Yeates
neben anderen Abänderungen des Reis’schen Telephones auch die angegeben, zwischen dem Platinplättchen auf der Membrane und dem Contactstifte einen Tropfen angesäuerten Wassers zu bringen. Hierdurch wurden an Stelle der Stromöffnungen und Schließungen Stromschwankungen gesetzt, weil jetzt bei Entfernung des Stiftes von dem Plättchen das angesäuerte Wasser die Stromleitung übernimmt; statt der Unterbrechung erfolgt also nur die Einschaltung eines größeren oder geringeren Widerstandes in den Stromkreis. Es soll zwar Yeates gelungen sein, Worte ziemlich deutlich zu übertragen, doch wurden die Versuche nicht weiter verfolgt.
Van der Weyde
änderte das Reis’sche Tele- phon in nachstehender Weise ab. Der Eisenstab mit seiner Drahtspule wurde gewissermaßen in der Mitte entzweigeschnitten, so daß also zwei gerade Elektro- magnete entstanden, deren Axen in eine Linie fielen. Der Tonsender erhielt statt der kubischen Form die eines Doppel-Schreibpultes; die eine geneigte Fläche ent- hielt in einem kreisförmigen Ausschnitte die Membrane mit der Contactvorrichtung, die zweite schiefe Fläche blieb unbedeckt. Hingegen war von der Zusammenstoßkante der beiden geneigten Flächen gegen den Boden des Pultes eine Kautschukmembrane gespannt. Wright und Varley construirten Telephone, welche auf dem elektrischen Condensator beruhten.
Der singende Condensator, durch
Pollard \& Garnier
in einfachere Form gebracht, machte unter dem Namen „
Das singende Buch
“ seinerzeit ziemlich großes Aufsehen.
56*
Fig. 640 ist eine schematische Darstellung desselben. Der Condensator
d d
ist in ähnlicher Weise gebildet, wie ein solcher Seite 305 bereits beschrieben wurde. Zwischen 30 übereinander gelagerten Papierblättern sind 28 Blätter Zinnfolie eingelegt, so daß das Ganze eine Art Heft oder Buch bildet. An einer Seite sind die paaren, an der entgegengesetzten Seite die unpaaren Zinnblätter leitend miteinander verbunden und bilden, wie bei Franklin’schen Tafeln, die Belegungen für die Papierblätter. Entsprechend angebrachte Papierschleifen sorgen für das Zusammenhalten der Blätter untereinander und mit dem als Unterlage dienenden Carton. Bei
Fig. 640.
Pollard \& Garnier’s singendes Buch.
d d
ist der Condensator mit Kupferfassungen versehen, welche Klemmschrauben zur Befestigung der Leitungsdrähte tragen. Der Uebergangsapparat oder Transmitter besteht aus einem hölzernen Ringe, welcher oben durch die dünne Eisenplatte
c c
geschlossen ist; über diese Platte ist das Mundstück
e
an- gebracht. Der engen Oeffnung dieses Mundstückes gegenüber, also im Mittelpunkte dieser Platte, trägt diese das Contact- stück
K
aus Retorten- oder Batteriekohle oder auch aus Platin. Das zweite diesem gegenüberstehende Stück
K
1
aus demselben Materiale sitzt auf dem Holzstäbchen
h
, welches auf einer Seite des Ringes befestigt ist, auf der andern durch die Schraube
V
verstellt werden kann; letzteres bezweckt, die beiden Kohlenstücke
K K
1
in die richtige Lage zu einander bringen zu können. Diese besteht darin, daß sich
K K
1
nicht berühren, so lange die Eisenplatte
c c
sich in Ruhe befindet, aber bei der geringsten Schwingung derselben einen Contact bilden, der dem Strome der Batterie
B
(bestehend aus etwa 6 Leclanch
é
- Elementen) den Durchgang gestattet. Zu diesem Behufe ist nämlich die eine Klemmschraube
p
mit dem Kohlenstücke
K
und die andere Klemmschraube
p
mit dem Kohlenstücke
K
1
verbunden. Der eine Pol der Batterie ist mit einer dieser Klemm- schraube in Verbindung, der andere mit den primären Windungen der Inductionsspule
S.
Fig. 641.
Janssens’ Apparat.
Das andere Ende dieser Windungen steht mit der zweiten Klemm- schraube
p
des Transmitters in Verbindung. Von den Kupferfassungen des Condensators führen Drähte zu der secundären Spirale. Sonach ist das Spiel des ganzen Apparates folgendes: Wird die Platte
c c
, z. B. durch Hineinsingen in das Mundstück
e
, in Schwingungen ver- setzt, so werden hierdurch vibrirende Ströme durch die primäre Spirale gesandt. Hierdurch entstehen ähnliche Inductionsströme in der secundären Spirale und bewirken durch Verbindung der letzteren mit dem Conden- sator den Schwingungen der Eisenplatte entsprechende Ladungen des- selben. Der Condensator beginnt zu tönen und giebt den Gesang mehr oder minder gut wieder, je nachdem der Sänger der Natur des Apparates mehr oder weniger Rechnung zu tragen versteht.
Eine weitere Vereinfachung, welche dem Apparate durch
Janssens
gegeben wurde, stellt Fig. 641 dar. Der Transmitter ist in eine Holz- büchse eingeschlossen, welche eine ähnliche Form hat wie die der jetzt gebräuchlichen Telephone, und trägt ein nach abwärts gerichtetes Rohr, das die Inductionsrolle
m
enthält. Mit
c c
ist in der Figur wieder die Eisenmembrane bezeichnet,
k
und
k
1
sind die beiden Kohlenstücke und
h
ist der das untere Kohlenstück tragende Hebel, der durch die Schraube
V
und die Feder
f
in die geeignete Stellung gebracht werden kann. Um die Schwingungen der in der Büchse eingeschlossenen Luft nicht zu hemmen, ist die erstere mit seitlichen Oeffnungen versehen. Die an der unteren Fläche des Rohres angebrachten Klemmschrauben gestatten, die gewünschten Drahtverbindungen bequem herzustellen.
Wir begnügen uns mit obigen Angaben über Telephone, welche ausschließlich oder wenigstens vorwiegend doch nur zur Uebertragung von Tönen, nicht aber von gesprochenen Worten geeignet sind und deshalb auch mit dem Namen
Musik- Telephone
bezeichnet wurden und gehen nunmehr zu jenen von
Graham Bell
durchgeführten Untersuchungen über, welche zur Construction des endgiltigen, magnet- elektrischen Telephones, zu der des Fern
sprechers
führten. Bell, aus Edinburg stammend, kam im Jahre 1868 als Taubstummenlehrer nach Boston. Bekanntlich sind die Taubstummen nicht deshalb stumm, weil ihre Sprechwerkzeuge fehlerhaft sind, sondern weil sie in Folge ihrer Taubheit das gesprochene Wort nicht hören können. Es ist ebenfalls bekannt, daß man sich in neuerer Zeit bemüht, und zwar mit Erfolg bemüht, den Taubstummen den Mechanismus des Sprechens auf anderem Wege als durch das Gehör zur Kenntniß zu bringen. Erreicht man dies, so kann der Taubstumme in der Regel auch sprechen lernen, weil, wie bereits erwähnt, die Sprechorgane normal entwickelt sind. Zur Ausbildung dieser Lehrmethode studirte nicht nur Graham Bell, sondern auch schon dessen Vater
Alexander Melville Bell
eingehend den Mechanismus des Sprechens, die Bildung der Vocale und den Zusammenhang zwischen Ton und der graphischen Darstellung desselben. Vater und Sohn studirten gemeinschaftlich die Beziehungen zwischen den Elementen der Worte verschiedener Sprachen und zwischen den Vocalen und Tönen. Graham Bell wurde durch dieses Studium zur künstlichen Darstellung der Vocale durch Stimmgabeln geführt und durch das Studium der Arbeiten und Forschungen von
Helmholtz
(1859 bis 1862) zur Anwen- dung der elektrischen Ströme bei diesen Versuchen angeregt.
Musikalische Klänge ent- stehen durch harmonische Vereini- gung von Tönen und ebenso entstehen auch die Vocale, die eben auch nichts Anderes als harmonische Tonverschmelzungen darstellen; die Consonanten hin- gegen setzen sich aus Geräuschen zusammen, welche rasch und un- regelmäßig aufeinander folgen. Es gelingt daher auch verhältniß- mäßig leicht, die Vocale künstlich zu erzeugen, indeß die Erzeu- gung der Consonanten bedeutende Schwierigkeiten bereitet. Die
Fig. 642.
Bell’s elektrische Harmonika.
Klangfarbe, also auch die menschliche Stimme, wird, wie Helmholtz gezeigt hat, durch die Zahl und relative Stärke jener Obertöne bestimmt, welche den Grundton begleiten. Derartige Studien, sowie auch solche über Telegraphie veranlaßten Bell (wie auch Andere) zunächst zur Erfindung einer Art elektrischen Harmonika, in der Absicht, die Zeichen des Morse-Telegraphen hörbar zu machen. Bell hatte hierbei (wie auch ungefähr zur selben Zeit
Lacour, E. Gray, Edison
und
Varley
) den Hintergedanken, durch diese Methode die gleichzeitige Beförderung mehrerer Depeschen auf einem und demselben Drahte zu ermöglichen. Diese erste Form eines Bell’schen Telephones ist in Fig. 642 schematisch angedeutet. Eine Stabharfe
H H'
ist an den Polen des permanenten Magnetes
N S
befestigt. Versetzt man irgend einen der magnetischen Harfenstäbe
H
in Schwingung, so werden in den Drahtwindungen des Elektromagnetes
E
Ströme inducirt (weil die Schwingung eines solchen Stabes ein Annähern und Entfernen eines Magnetes an oder von den Drahtwindungen
E
darstellt; vergl. Seite 290). Da die Drahtwindungen eines zweiten Elektromagnetes
e
durch die Leitung
l
und die Erdleitung
L L'
mit dem ersten in Verbindung stehen, muß auch dieser erregt werden und einen der Stäbe
h
auf dem permanenten Magnete
n s
anziehen und abstoßen, d. h. in Schwingung bringen. Die Impulse, welche der Elektromagnet
e
erhält, sind aber genau dieselben, welche in
E
durch die Schwingung des Stabes erregt werden; folglich muß auch in
h
eine vollkommen gleiche Schwingung eintreten. Da ferner jeder Stab nur die ihm eigenartige Schwingung vollführen kann und keine andere, so kann auch von den Stäben in
h
nur jener Stab in Schwingung gerathen, welcher jenem Stabe in
H
gleichartig ist, durch dessen Schwingung in den Draht- windungen von
E
die Inductionsströme hervorgerufen wurden. Es ist ein bekanntes Experi- ment, daß ein geöffnetes Clavier, gegen dessen Saiten man einen Ton hineinsingt, diesen wiedergiebt, und zwar desto getreuer, je mehr Saiten das Clavier enthält. Durch das Hinein- singen gelangen nämlich jene Saiten in Schwingung, welche den Grundton geben; es schwingen aber auch jene Saiten mehr oder minder kräftig mit, welche die Obertöne geben. Je mehr derartige Saiten vorhanden sind, desto genauer wird also auch die Klangfarbe des hinein- gesungenen Tones wiedergegeben werden können. Dasselbe gilt nun auch für die elektrische Harmonika und daher kann diese in der durch Fig. 642 angedeuteten Weise zur Uebertragung der Töne sammt ihrer Klangfarbe verwendet werden. Die Kosten der Herstellung eines solchen Apparates hielten Bell von der Construction und weiteren Verfolgung der Idee ab.
Die Fortsetzung seiner Arbeiten bildete dann ein eingehendes Studium der verschiedensten Arten von Schwingungen, welche durch verschiedene Arten der Strom- einwirkung erhalten werden können, und Bell unterschied dreierlei Stromarten, oder richtiger Arten der Stromgebung. Um einen fixen Anhaltspunkt zu haben, nehmen wir an, der in Schwingung zu versetzende Körper sei eine Eisenplatte, der die Schwingung derselben veranlassende Körper ein Elektromagnet. Wird nun dieser in der Weise magnetisirt und entmagnetisirt, daß man den ihn erregenden Strom schließt und unterbricht, daß also Stromschließungen und Stromunterbrechungen rasch aufeinander folgen, so nennt Bell dies einen
intermittirenden Strom
. Verfährt man der Hauptsache nach in derselben Weise, sorgt aber bei der Oeffnung des Stromkreises dafür, daß diesen immer noch ein Strom von bestimmter, wenn auch geringer Stärke durchfließt, so werden diese Ströme als
Impulsionsströme
bezeichnet. Diese beiden Arten der Ströme wurden in den älteren, uns bereits bekannten, Telephonen benützt, und zwar der letztere von Yeates; durch die Ein- schaltung des Wassertropfens an der Contactstelle wurde zwar wie bei Reis der Stift von der Platte während der Schwingungen derselben abgehoben, hingegen aber der Stromkreis nicht ganz unterbrochen, sondern nur ein größerer oder geringerer Widerstand (der Wasserschichte) eingeschaltet und somit auch der Strom nie ganz unterbrochen, sondern nur in größerem oder geringerem Grade geschwächt. Stellt man die Schwingungen der Platte, welche nach einer der obigen Methoden in Bewegung gesetzt wird, graphisch dar, indem man mit der Platte in geeigneter Weise ein Federchen verbindet, welches auf einer rasch vorüber geführten berußten Fläche schleift, so erhält man scharf und kantig gebrochene Linienzüge, entsprechend der
plötzlichen
Schließung oder Unterbrechung, beziehungsweise Verstärkung oder Schwächung jenes Stromes, durch welchen der Magnet auf die Platte zu wirken befähigt wird. Da nun die menschliche Sprache eine ununterbrochene Aufeinander- folge von Klängen und Geräuschen ist, so wird man jetzt auch leicht einsehen, daß weder die Impulsionsströme noch die intermittirenden Ströme im Stande sein können, Worte zu reproduciren oder die Sprache an Orten wiederzugeben, welche von der Erregungsstelle mehr oder minder weit entfernt sind. Zwar hat auch Reis ganz richtig erkannt, daß die Sprache nur dann reproducirt werden kann, wenn es gelingt, an jenem Orte wo die Reproduction stattfinden soll, genau dieselben Schwingungen hervorzurufen, doch ist es erst Bell gelungen, das Mittel hierzu in der Anwendung jener Ströme zu finden, welche er mit dem Namen
Undulationsströme
(Wellenströme) bezeichnete. Diese charakterisiren sich dadurch, daß sie im Allgemeinen nicht plötzlich auftreten oder verschwinden, zur Maximal- stärke anwachsen oder zur Minimalstärke herabsinken, sondern allmählich anschwellen oder abnehmen. Dieser Charakter tritt bei der graphischen Darstellung der durch solche Ströme bewirkten Schwingungen dadurch zu Tage, daß die Linien- züge einen wellenartigen Verlauf zeigen. Rasche, kräftige Schwingungen werden steile Wellenberge erzeugen, schwache, langsame Schwingungen sanft verlaufende Wellenzüge. Die Undulationsströme werden daher eine genaue Copie der menschlichen Sprache geben können, da sie sowohl langsam als auch rasch verlaufende Wellen wieder zu erregen im Stande sind, während die intermittirenden Ströme nur gewisser- maßen Stöße reproduciren können; sie werden daher Töne ganz gut reproduciren, nie aber deren Klangfarbe geben können, sie werden Worte nur unverläßlich und schwer verständlich, viele aber gar nicht wiedergeben können. Die Impulsionsströme stehen zwischen den intermittirenden und den Undulationsströmen in der Mitte; sie können sich zwar nicht jeder Art von Schwingungen anschmiegen und diese wieder erregen, sind aber, weil der Stromschluß nie ganz unterbrochen wird, doch befähigt, bis zu einem gewissen Grade der Art der Schwingungen zu folgen. Dies ist auch die Ursache, warum Yeates mit seinen Sprechversuchen besseren Erfolg hatte als Reis.
Obige Betrachtungen glaubten wir hier in der Vorgeschichte des Telephones bereits einschalten zu müssen, einerseits um das Verständniß der einzelnen Entwicklungs- stadien selbst zu erleichtern, andererseits um die Verdienste keines Erfinders zu schmälern.
Von obigen Gedanken geleitet, construirte
Bell
den in Fig. 643 dargestellten Apparat. Der Konus
C
wurde an seiner engeren Oeffnung durch ein Goldblättchen
M
verschlossen, mit welchem durch ein Stäbchen die Armatur
a b
des Elektromagnetes
E
dreh- bar verbunden war. Wurde die Membrane
M
durch Schall- erregung in Schwingungen versetzt, so inducirte die mit- schwingende Armatur Undu- lationsströme in
E
, welche, wenn der Apparat
C
mit dem
Fig. 643.
Bell’s Telephon.
ihm ganz gleichen Apparate
C'
in Verbindung gesetzt wurde, durch den Magnet
E'
und dessen Armatur
a' b'
die Membrane
M'
zu genau denselben Schwingungen veranlaßte, durch welche die Membrane
M
die Undulationsströme eben hervorgerufen hatte, d. h. also, die Membrane
M'
gab die Schallschwingungen wieder, welche die Membrane
M
aufgenommen hatte.
Diese Form des Apparates war es auch, welche Bell in seinem Patente vom Jahre 1876 angab. Schon im Jahre 1875 wurde
Brown
von Bell beauftragt, im Namen des Letzteren die europäischen Patente zu nehmen. Da aber die Gelehrten in London, welchen Brown den Apparat zeigte und erklärte, die Sache nicht für wichtig genug hielten, zögerte Brown, die nöthigen Schritte zu thun. Bell schrieb und drängte zur Anmeldung der Patente, konnte sie aber doch nicht erhalten, da inzwischen Brown ermordet wurde. Bell entschloß sich nun, zunächst in Amerika ein Patent zu erwerben und überreichte am 20. Januar 1876 die Beschreibung seines Telephones; die officielle Anmeldung erfolgte jedoch erst am 14. Februar 1876.
Es ist als ein merkwürdiger Zufall zu bezeichnen, daß ungefähr zwei Stunden nach Einreichung von Bell’s Patent durch den Agenten von
Elisha Gray
die Bitte um ein „Caveat“, gleichfalls ein Telephon betreffend, welches auch Worte zu übertragen im Stande ist, im amerikanischen Patentamte gestellt wurde. Gleich- zeitig erfolgte die Uebergabe eines Modelles und einer präcisen Beschreibung. Bei Gray’s Telephon sind, wie Fig. 644 zeigt, Sender und Empfänger verschieden gestaltet. Der Sender, also jener Apparat, gegen welchen die Person spricht, besteht aus einer Büchse
B
, welche unten durch eine dünne Membrane aus irgend welcher Substanz abgeschlossen ist. Diese Membrane trägt an ihrer Unterseite einen Metallstab
t
, dessen Fortsetzung die Schraube
t'
bildet, welche durch den Boden des den Stab
t
umgebenden Gefäßes
G
dringt. Das Gefäß
G
ist mit einer schlecht
Fig. 644.
Telephon von E. Gray.
leitenden Flüssigkeit gefüllt. Der Empfänger besteht aus dem Schallbecher
B'
, welcher auf einer Seite durch die Membrane
m'
abgeschlossen erscheint; an jener Stelle, welcher der Elektromagnet
e
gegenübersteht, trägt die Membrane ein Stück weichen Eisens. Beide Apparate sind durch den Draht
l
und die Erdleitung
L L'
mit- einander verbunden und in den Stromkreis einer Batterie geschaltet. Das Verhalten dieses Telephones ist dasselbe wie jenes von Yeates. Die durch das Sprechen in Schwingungen versetzte Membrane
m
schaltet durch Vermittlung des Stabes
t
schneller oder langsamer einen größeren oder geringeren Widerstand in den Strom- kreis ein und erregt dadurch, wenn wir die Bell’sche Bezeichnung beibehalten, Impulsionsströme, welche, in den Elektromagnet des Empfängers geleitet, die Mem- brane
m'
zu denselben Schwingungen veranlassen, welche die Membrane
m
im Sender gemacht hat.
Wie vorauszuschen, entspann sich zwischen Bell und Gray ein Patentstreit, über welchen hier zu berichten der Raum zu enge begrenzt erscheint. Es mag daher nur mitgetheilt werden, daß derselbe zu Gunsten Bell’s entschieden worden ist.
Die Resultate, welche Bell mit dem in Fig. 643 dargestellten Apparate erhielt, waren keineswegs vollkommen befriedigende. Bell ging daher unverweilt daran, sein Telephon weiter auszubilden. Hierbei erhielten Sender und Empfänger wie Fig. 645 zeigt, voneinander verschiedene Formen. Ersterer besteht aus dem Elektromagnete
m m
, der durch eine Schraube von dem auf dem Grundbrette des Apparates befestigten hölzernen Träger in horizontaler Lage gehalten wird. Auf demselben Brette ist der Metallring
e
in verticaler Stellung aufgeschraubt. Die Schrauben
V V
, welche diesen Metallring durchsetzen, dienen sowohl dazu, eine Mem- brane aus Pergamentpapier in ihrer Lage gegenüber den Magnetpolen zu erhalten, als auch deren Spannung zu reguliren. Auf der Membrane ist als Anker für den Elektromagnet ein Plättchen aus weichem Eisen aufgekittet. Die Drahtwindungen des Elektromagnetes sind mit ihren Enden an die auf dem Grundbrette angebrachten Klemmschrauben angeschlossen, welche zur Aufnahme der Leitungsdrähte dienen. Letztere sind mit ihren anderen Enden in den Klemmschrauben des Empfängers
Fig. 645.
Bell’s Telephon.
eingeschraubt. Der Empfänger besteht aus einem graden Elektromagnet, welcher von einem cylindrischen Eisenrohre
d
umschlossen ist (vergl. S. 279), und der auf diesem Rohre einseitig befestigten Eisenplatte
c
, die als Anker dient. Die ganze Vorrichtung ist unter Vermittlung einer Resonanzbrücke
g
auf dem Grundbrette des Empfängers befestigt.
Wird gegen die Membrane des Senders gesprochen, so geräth dieselbe mit ihrem Eisenplättchen in Schwingungen, im Elektromagnetewelche
m m
Undulations- ströme hervorrufen; diese fließen durch die Leitung zum Empfänger, erregen daselbst den Elektromagnet und versetzen die Eisenplatte
C
in ebensolche Schwingungen, wie sie die Membrane des Senders gemacht hat. In der durch Fig. 645 dar- gestellten Form gelangte das Bell’sche Telephon auch im Jahre 1876 in Phila- delphia zur Ausstellung. Ebendort war auch ein Bell’scher Transmitter zu sehen, dessen Construction mit jener des Transmitters von Elisha Gray (Fig. 644) identisch ist.
Das Bell’sche Telephon in der zuletzt beschriebenen Form erwies sich zwar ganz geeignet zur Uebertragung der Sprache, hatte aber den Nachtheil, daß dessen Empfänger nur eine einseitige Anwendung, nämlich nur als Empfänger, nicht aber als Sender zuließ, wodurch man, um von einem Orte zum andern und umgekehrt sprechen zu können, genöthigt wurde, an beiden Orten einen Sender und einen Empfänger aufzustellen. Um auch diese Unbequemlichkeit zu beseitigen, setzte Bell seine Versuche neuerdings fort und gelangte endlich zu jenem Apparate, der als definitives Modell gegenwärtig in ausgedehntester Anwendung steht und uns im nächsten Abschnitte beschäftigen wird. Bell’s Telephon kam im November 1877 zum erstenmale nach Europa
Verfasser vorliegenden Werkes, damals Assistent für Physik an der Wiener technischen Hochschule, hatte im December desselben Jahres Gelegenheit, mit einer größeren Anzahl von Telephonen gemeinschaftlich mit dem Ingenieur Herrn F.
Nissl
zu experimentiren. Die Versuche, welche sich nicht nur auf das Sprechen mit Einschaltung größerer oder geringerer Widerstände in die Drahtleitung erstreckten, sondern auch auf Uebertragung von Musik (Clavier, Violine, Zither, Zither und Ocarina und vielstimmige Chöre) ergaben so günstige Resultate, daß wir uns entschlossen, diese Versuche wiederholt öffentlich durchzuführen und so die
ersten Telephonconcerte
in Europa veranstalteten. Das Wiener „Fremdenblatt“ (vom 23. December 1877) schrieb über eines derselben: „Es war ein veritables telephonisches Concert, welches gestern im Polytechnicum stattfand, und das Problem, ob Töne auf die weitesten Distanzen zu Gehör gebracht werden können, scheint beinahe gelöst. Während in einem Saale des zweiten Stockes sich sechs (bei anderen Versuchen auch mehr) Personen einfanden, welche in die auf kurze Entfernung vorgehaltenen Telephone sangen, saßen in einem am entgegengesetzten Ende eines langen Ganges sich befin- denden Zimmer 20 Herren vor einem Tische, an welchem sich eben so viele Telephone befanden. Die telephonische Leitung entsprach einem Widerstande von 30 Meilen (Telegraphendraht). Nachdem das Signal gegeben war, begannen die Productionen. Zuerst ein einfaches Lied, welches etwas schwach klang, und bei dem die Melodie auch nicht ganz zur Geltung gelangte. Offenbar muß sich das Ohr zuerst an das Telephon gewöhnen. Dann kam ein Choral, bei dem es schon etwas besser ging, nur blieb der Text noch unverständlich. Dann aber sangen sie „Die Capelle“ mit einer Präcision, einer Deutlichkeit, welche geradezu verblüffte und zu lautem Beifall, der auch sofort den Sängern telephonisch mitgetheilt wurde, hinriß … An das Vocalconcert schlossen sich einige Instrumentalproben, welche gleichfalls geradezu glänzend verliefen; jede Note kam zur Geltung, die Töne wurden mit einer außerordentlichen Reinheit telephonirt … Einen überraschenden Effect machte zum Schlusse ein Versuch mit einem großen Telephone, bei welchem sogar die Nothwendigkeit entfiel, das Ohr an den Schallbecher anzulegen. Die Töne waren in einer Distanz von drei bis vier Schritten noch vernehmbar.“
und gewann außerordentlich rasch eine ausgedehnte Verbreitung. So wurde z. B. schon 12. November 1877 zu Friedrichsberg bei Berlin das erste Fernsprechamt eröffnet.
Bevor jedoch die Telephonie jene hervorragend praktische Bedeutung erlangen konnte, die sie gegenwärtig besitzt, war noch eine Aufgabe zu lösen. Die Bell’schen Telephone in ihrer endgiltigen Form übertragen zwar die Sprache vollkommen exact, so lange die Entfernung beider Stationen voneinander keine zu große ist, zeigen sich jedoch in ihrer Wirkung zu schwach, wenn die Distanz eine bedeutende wird. Dieser Uebelstand wurde endlich durch die Erfindung des
Mikrophones
beseitigt.
Hughes
bezeichnet als das Wesentliche eines Mikrophones das Vor- handensein eines Leiters, welcher seinen Widerstand genau im Einklange mit tönenden Schwingungen zu ändern vermag. Ein derartiger Apparat erlaubt die Anwendung von Batterieströmen und daher eine kräftigere Wirkung. Das wissenschaftliche Princip, welches darin besteht, daß beim Uebergange eines elektrischen Stromes durch den Berührungspunkt zweier Körper die elektrische Leitungsfähigkeit sich ändert mit der Veränderung des Berührungsdruckes dieser beiden Körper, wurde bereits im Jahre 1856 vom Grafen
Th. du Moncel
entdeckt. Zur praktischen Anwen- dung kam dieses Princip jedenfalls schon beim Reis’schen Telephone, da durch die Schwingungen der Membrane offenbar nicht nur plötzliche Stromöffnungen und Schließungen bewirkt wurden, sondern auch einfache Veränderungen der Berührungs- punkte zwischen Platinstift und Platinplättchen eintraten. Veränderungen des Durch- gangswiderstandes wurden auch bei den Apparaten von
Yeates, E. Gray
und
Bell
durch die eingeschaltete Flüssigkeit bewirkt.
Die für Contacte von veränderlichem Leitungswiderstande besenders geeignete Kohle wurde zuerst von
Edison
praktisch für die Telephonie verwerthet, und zwar durch Construction seines Kohlentelephones, dessen Beschreibung in einem nächsten Abschnitte folgen soll. Er befestigte auf der Platte eines Bell’schen Telephones ein Platin- oder Graphitstückchen und ließ gegen dasselbe durch eine Feder abermals ein Graphitstückchen mit schwachem Drucke aufruhen. Edison’s Kohlentelephon zeichnet sich zwar durch eine kräftige Wirkung aus, ist aber nicht empfindlich genug. (Wie wir bereits erfahren haben, wurde der Kohlencontact auch schon von Pollard und Garnier zur Uebertragung von Musik benützt; S. 883.)
Am 16. October 1877 erhielt E.
Berliner
in Boston sein amerikanisches Patent (datirt vom 7. Juli 1877) auf den mikrophonischen Apparat, welcher durch Fig. 646 schematisch dargestellt ist. Hierbei sind die Apparate an der Absende- und an der Empfangstation einander gleich construirt. Die secundären Spiralen der Inductionsrollen
j j'
verbindet die Leitung
L L'
; die primären Spiralen sind in je einen die Batterie
B
, beziehungsweise
B'
, und den Kohlen- contact
s
, beziehungsweise
s'
enthaltenen Stromkreis geschaltet. Dr. R.
Lüdtge
erhielt am 12. Januar 1878 ein deutsches Reichspatent auf sein Universaltelephon; in der Patent-
Fig. 646.
Berliner’s Transmitter (1877).
beschreibung heißt es: „Wenn man in den Stromkreis einer Batterie eine Unterbrechungsstelle hervorbringt, etwa durch ein einfaches Zerschneiden des Leitungsdrahtes, und die beiden Schnittflächen gegeneinander legt, so ist freilich der Strom wieder geschlossen; jedoch findet an der Schnittfläche ein Uebergangswiderstand statt, der um so geringer wird, je stärker man die beiden Schnittflächen aneinander drückt … Construirt man die eine Schnittfläche nun so, daß sie durch Sprechen oder andere Geräusche in Schallschwingungen versetzt wird, so wird sie gegen die andere berührende Schnittfläche verschieden drücken, je nach Intensität und Form der einzelnen Schwingung. Der Uebergangswiderstand an dieser Stelle wird genau durch Intensität, Form und Anzahl der Schallschwingungen der tönenden Schnittfläche in seiner Größe beeinflußt und bestimmt, mithin auch die Intensität des im Stromkreise vor- handenen Batteriestromes … und ein in den Stromkreis eingefügtes Bell’sches Telephon wird der Amplitude der Schallschwingung entsprechende Vergrößerung der Intensität des Stromes wieder in die entsprechende Schallwirkung übersetzen. Im Bell’schen Telephon als
Empfangs-Apparat
wird man alle die Schwingungen hören, welche von der einen Schnittfläche an der Unterbrechungsstelle als
Aufgabe-Apparat
ausgeführt werden, und zwar mit allen Feinheiten, da kein Schließen und Oeffnen des Stromes, sondern ein An- und Abschwellen der Intensität stattfindet … Bei der Construction sollen die beiden — bisher als Schnittflächen bezeichneten — Enden der Unterbrechungsstellen in dauernder Berührung miteinander sein, so daß der Stromkreis stets geschlossen ist; sie dürfen sich aber nur so berühren, daß an der Berührungsstelle ein merklicher Uebergangswiderstand der Elektricität stattfindet, und daß die Innigkeit dieser Berührung sich ändert, sobald das eine der beiden Enden oder beide in Schallschwingung gerathen. Die Berührung darf auch des- wegen nicht eine zu innige sein, damit die Schallschwingungen des einen Endes wenigstens merklich stattfinden können.“
In der Zeichnung zu dieser Patentbeschreibung ist der Aufgabe-Apparat durch ein Blättchen aus Metall, versilbertem Glase oder dergleichen dargestellt, welches in einem Holz- ringe gefaßt erscheint. Das eine Drahtende einer Batterie wird mit dem Blättchen verbunden, das andere mit einem Metallstifte, welcher durch eine Mikrometerschraube gegen das Blättchen so gestellt werden kann, daß er mit diesem in leichte Berührung kommt und den Strom- kreis schließt.
Es würde uns zu weit führen, aller mikrophonischen Versuche zu gedenken, welche ausgeführt wurden, bevor
David Eduard Hughes
seine eingehenden und ausgedehnten Versuche über das Mikrophon durchführte (1877) und seine Mikro- phone construirte. Der Name „Mikrophon“ soll sagen, daß man mit Hilfe eines solchen Apparates auch die schwächsten Töne oder Geräusche (Schallwellen im All- gemeinen) hörbar machen kann. Das von Th. du Moncel entdeckte Verhalten eines veränderlichen Contactes im Stromkreise einer galvanischen Batterie wurde aller- dings schon früher mit Vortheil in der Telephonie verwendet, doch hat erst
Hughes
, der Erfinder des Typendrucktelegraphen, die mikrophonischen Erscheinungen einer zusammenfassenden und systematischen Behandlung unterzogen und gilt daher als der Erfinder des Mikrophones. Hughes’ Arbeiten wurden im Jahre 1878 durch
Huxley
in der Royal Society in London bekannt gemacht. Hughes bezeichnet in denselben als Wesen des Mikrophones das Vorhandensein eines Leiters, dessen
Fig. 647.
Fig. 648.
Mikrophonische Versuche von Hughes.
Widerstand sich in genauer Uebereinstimmung mit Schallschwingungen zu ändern vermag, und giebt als zu diesem Zwecke geeignete Körper, Leiter in Pulverform (Eisenfeile, Bronzepulver u. s. w.) oder auch in Flächenform an, die durch gelinden Druck in Contact gebracht werden.
Von den Versuchen, welche Hughes durchgeführt hat, mögen nachstehend einige beschrieben werden. Ein Glasrohr, von ungefähr 8 Centimeter Länge, wurde mit Bronzepulver gefüllt und an beiden Enden durch Pfropfen aus Retortenkohle so geschlossen, daß das Metallpulver leicht zusammengedrückt war. Die an den Kohlenpfropfen befestigten Drähte bildeten mit einer Batterie und einem Galvano- meter einen geschlossenen Stromkreis. Faßte man das Rohr an den Enden mit beiden Händen an und übte auf dasselbe einen Zug oder Druck aus, so zeigte das Galvanometer einen kräftigen Ausschlag. Auch zur Herstellung eines einfachen telephonischen Apparates erwies sich dieses Rohr geeignet. Hierbei wurde letzteres (
x, y
, Fig. 647) auf einen Resonanzkasten gelegt, ein Ende oder Pfropfen des- selben mit einem Bell’schen Telephone
T
, das andere mit der Batterie
B
und diese mit dem Telephone verbunden. Gegen den Resonanzkasten gesprochene Worte konnten in dem beliebig weit entfernten Telephone
T
ganz deutlich gehört werden. Dieselben Resultate wurden erhalten, wenn an Stelle des Glasrohres ein Stäbchen Zeichenkohle gesetzt war, welches man zuvor zur Weißgluth erhitzt und dann in Quecksilber getaucht hatte; mit Platinchlorid getränkte Holzkohle oder durch Eisen metallisirte Kohle erwiesen sich ebenfalls als brauchbar. Eine, wenn möglich, noch einfachere Anordnung veranschaulicht Fig. 648; zwei Drahtstiften sind parallel nebeneinander und ein dritter quer darüber gelegt. Die unterhalb liegenden Stifte sind bei
x
und
y
in den Stromkreis ein- geschaltet. Bei dieser An- ordnung bilden die Con- tacte des quergelegten Stiftes mit den beiden darunter liegenden Stiften den veränderlichen Wider- stand, welcher die Er- reichung der oben an- gegebenen mikrophonischen Wirkungen ermöglichte.
Mikrophone von großer Empfindlichkeit zei- gen die in den Fig. 649 und 650 abgebildeten Formen. In Fig. 649 ist auf dem Grundbrette
D
ein Resonanzboden vertical befestigt. Dieser trägt die beiden Kohlenklötzchen
C C
, welche an den einander zugewandten Flächen kleine Aushöhlungen zeigen, in deren unterer der beider- seits zugespitzte Kohlenstab
A
aufruht, während die obere dazu dient, den Kohlenstab in einer verti- calen Stellung zu erhalten. An die beiden Kohlen- klötzchen
C C
sind die Drähte
x y
zur Ein- schaltung in den Strom- kreis angebracht. Um mit
Fig. 649.
Fig. 650.
Mikrophone von Hughes.
diesem Mikrophone zu experimentiren, stellt man dasselbe auf ein mehrfach zu- sammengelegtes Tuch, oder auf eine Unterlage aus Watte oder endlich auf zwei Stücke eines Kautschukrohres. Man verhindert hierdurch die Aufnahme fremder Schwingungen durch das Mikrophon. Die Drähte
x y
werden ebenso mit einem Bell’schen Telephone und einer Batterie (von 1 bis 2 Leclanch
é
- oder 3 Daniell- Elementen) verbunden, wie bei den vorbeschriebenen Anordnungen. Dieses Mikrophon ist so empfindlich, daß man durch das Telephon die Bewegungen eines sich auf dem Brette
D
bewegenden Insectes sehr vernehmlich hören kann; Worte werden verstanden, selbst wenn sie in einer Entfernung von acht bis zehn Meter vom Mikrophon gegen dieses gesprochen wurden. Da die Leistungsfähigkeit eines Mikro- phones von der Art des Contactes sehr stark beeinflußt wird, ist es zweckmäßig, diesen regulirbar zu machen. Man erreicht dies z. B. in bequemer Art durch die in Fig. 650 dargestellte Anordnung. Die zwei durch Klemmen gehaltenen Kohlen- stücke stoßen mit ihren spitzen Enden zusammen und die Art ihrer Berührung kann durch die Schraube regulirt werden, welche eine Klemme durchsetzt und auf der andern mit der Spitze aufruht. Die wirksamste Stellung beider Kohlen gegen- einander erhält man in der Weise, daß man z. B. eine Taschenuhr auf den Reso- nanzboden des Mikrophones legt, das Ticken derselben im Telephone beobachtet und dabei die Stellung der beiden Kohlen so lange durch die Schraube regulirt, bis man durch das Telephon die kräftigste Wirkung erhält.
Haben wir im Vorstehenden versucht, die geschichtliche Entwicklung der Tele- phonie in ihren wichtigsten Stadien zu skizziren, so sollen uns nun die gegenwärtig in praktischer Verwendung stehenden Apparate beschäftigen. Wie in den vorher- gehenden Abschnitten vorliegenden Werkes, wird auch im Nachstehenden keine erschöpfende Behandlung angestrebt, sondern nur durch Beschreibung der wichtigsten Apparate ein allgemeiner Ueberblick zu vermitteln gesucht.
Das Bell’sche Telephon und seine Modificationen.
Die definitive Form, welche
Bell
seinem Instrumente gab, veranschaulicht der in halber natürlicher Größe gezeichnete Längsschnitt, Fig. 651. Magnet, In- ductionsspule und Einsenmembrane (oder Diaphragma, wie Bell die Eisenplatte nennt) sind in einer handlich geformten Holzfassung eingeschlossen. Der Magnet
m
ist ein kräftiger Stabmagnet, dessen in die büchsenförmig erweiterte Holzfassung
f f
hineinragendes Ende von der Inductionsspule
b b
umgeben ist; die Windungen der letzteren sind sehr zahlreich und bestehen aus feinem, mit Seide umsponnenen Kupferdraht. Die Enden der Inductionsspirale sind an dicke Kupferdrähte
d d
an- gelöthet, welche parallel zum Stabmagnete die Holzfassung durchsetzen und in Klemmschrauben
V V
endigen. In diese werden die Leitungsdrähte
LL
eingeklemmt. Zwischen den Klemmen
V V
befindet sich noch eine Schraube, durch welche die Stellung des Magnetes
m
zur Eisenmembrane
c c
regulirt werden kann. Die Membrane ruht auf dem ringförmigen Rande der Holzbüchse
f f
auf und wird durch einen mit Schrauben befestigten Holzdeckel, der bei
e
eine trichterförmige Schallöffnung besitzt, in ihrer Lage erhalten. Die Membrane besteht aus dünnem Eisenblech und ist auf jener Seite, welche durch den Schallbecher
e
gesehen werden kann, mit Firniß überzogen oder verzinnt, um Rostbildung zu vermeiden, welche sonst durch die feuchte Luft, welche durch das Sprechen auf die Platte gelangt, leicht eintreten kann. Die Stärke und Länge des Drahtes auf der Inductionsspule muß in Uebereinstimmung mit dem Widerstande bemessen werden, welcher im Strom- kreise des Telephones vorhanden ist.
Das Telephon wirkt im Allgemeinen desto besser, je kräftiger der Magnet ist, je zahlreicher die Windungen der Inductionsspirale sind und je näher die Membrane dem Magnete steht. Obwohl die Entfernung der beiden letzteren von- einander möglichst gering gemacht werden muß, hat man den Zwischenraum doch immerhin so zu bemessen, daß die Membrane selbst bei ihren kräftigsten Schwin- gungen nicht mit dem Magnete in Berührung kommt, weil sie sonst in ihren Schwingungen gehindert würde. Aus demselben Grunde ist auch der Holzdeckel an seiner Innenseite nicht flach gestaltet, sondern so weit vertieft, daß die Membrane in ihren Schwingungen nicht gehemmt werden kann. Den Raum zwischen der Innenseite des Deckels und der Membrane größer zu machen, ist aber gleichfalls unzweckmäßig, da in diesem Falle Schallreflexionen stattfinden können, welche die Deutlichkeit der Wiedergabe, z. B. eines Wortes, beeinträchtigen. Das Telephon gewinnt an Bequemlichkeit in der Handhabung, wenn man die Klemmeschrauben
V V
durch eine übergeschraubte Holzkapsel bedeckt, wie dies die perspectivische Ansicht in Fig. 652 erkennen läßt. Die voneinander isolirten Leitungsdrähte
L L
werden dann durch eine gemeinschaftliche centrale Bohrung in dieser Kapsel nach außen geführt.
Bezüglich der Wirkungs- weise der Telephone möge in Ergänzung des bereits früher (Seite 886) Gesagten noch Nach- stehendes beigefügt werden. Das Bell’sche Telephon kann sowohl als Sender oder Uebertrager (
transmitter
), als auch als Em- pfänger (
receiver
) benützt werden. In Fig. 653 sind zwei einander vollkommen gleiche Bell’sche Telephone schematisch gezeichnet, von welchen jedes sowohl zum Sprechen als auch zum Hören benützt werden kann.
b b'
stellen die Inductionsspulen,
N S
und
N' S'
die Magnete und
e e
die Schalltrichter mit den Membranen dar. Die Drahtenden der beiden Inductionsspulen sind einerseits
Fig. 651.
Bell’s Telephon.
Fig. 652.
Bell’s Telephon.
durch einen Draht verbunden, welcher die Linie bildet, auf welcher correspondirt werden soll, andererseits durch die Platten
E E
mit der Erde in leitende Verbindung gesetzt, da sich die Benützung der Erdleitung als vollkommen brauchbar erwies. Wird nun die Membrane eines Telephones durch Schallwellen, also z. B. durch Sprechen zum Schwingen gebracht, so wird hierdurch die Stellung der Membrane zum Magnetstabe fortwährend verändert. Die Veränderungen der Lage von Magnet und Membrane zueinander bewirken aber diesen Veränderungen entsprechende Ver- änderungen im Magnetismus des Eisenstabes. Letzterer ist nun aber von einer Drahtspirale
b
umgeben, die mit einer zweiten ebensolchen Spule
b'
in der Empfangs- station durch den Liniendraht und die Erdleitung zu einem Stromkreise vereinigt ist. Es müssen sich also die in der Spule
b
durch die Veränderung des Magnetismus in
N S
bewirkten Stromimpulse durch den ganzen Stromkreis fortpflanzen und daher auch in der Inductionsspule
b'
der Empfangsstation auftreten. In dieser werden die Stromimpulse Veränderungen des magnetischen Zustandes von
N' S'
veranlassen und dadurch bewirken, daß dieser Magnet mit wechselnder Stärke seine Eisenmembrane anzieht. Uebt der Magnet eine starke Anziehungskraft aus, so nähert sich die Membrane demselben, übt er eine geringe Kraft aus, so entfernt sich die Membrane vermöge ihrer Elasticität wieder, d. h. also die Membrane geräth in Schwingungen. Daß die Schwingungen dieser Membrane (in der Em- pfangsstation) dieselben sein müssen wie jene der Membrane in der Absende- oder Sprechstation, ist leicht einzusehen. Die Schwingungen, welche die Membrane in der Sprechstation macht, entsprechen den eben durch das Sprechen erregten Schallwellen. Es entsprechen letzteren folglich auch die Veränderungen des magnetischen Zustandes von
N S
und die Erregung der Inductionsströme oder Stromimpulse in
b.
Da aber
b
und
b'
in einem und demselben Stromkreise angeordnet sind, müssen in
b'
dieselben Stromimpulse auftreten wie in
b
; es muß daher auch der magnetische Zustand von
N' S'
in der Hörstation sich ebenso verändern, wie von
N S
in der Sprechstation. Und da endlich eben diese magnetischen Veränderungen die Membrane der Hör- oder Empfangsstation in Schwingungen versetzen, so müssen die Schwin- gungen dieser Membrane eben solche sein, wie die der Membrane in der Sprech- station, d. h. also, die Membrane der Hörstation geräth in Schwingungen, welche
Fig. 653.
Verbindungen zweier Telephone.
genau den Schallschwingungen in der Sprechstation nachgebildet sein und daher denselben Eindruck auf das Ohr des Hörers machen müssen, oder mit anderen Worten, in der Empfangsstation werden jene Worte gehört werden, welche in der Sprech- station gesprochen wurden.
Welcher Art die Schwingungen sind, in welche die beiden Membranen gelangen, kann hier nicht auseinandergesetzt werden, und zwar umso weniger, als die Meinungen hierüber getheilt sind. Wir verweisen in Bezug hierauf auf die Specialwerke z. B. Th.
du Moncel
:
„Le Téléphon“.
Der Stromkreis, welchen die Stromimpulse durchlaufen müssen, bietet diesen einen größeren oder geringeren Widerstand und wirkt daher schwächend; dies erklärt auch, warum die Worte leiser — wie aus der Entfernung klingen. Was den Ge- brauch des Telephones anbelangt, so wurde bereits erwähnt, daß selbes sowohl als Sender als auch als Empfänger Verwendung finden kann. Im ersteren Falle hält man das Telephon so, daß der Schalltrichter dem Munde zugekehrt ist und spricht, sich einer deutlichen Aussprache befleißigend, jedoch ohne zu schreien, in den Schalltrichter hinein; im letzteren Falle legt man das Telephon mit dem Schall- trichter unmittelbar an das Ohr. Obwohl nach Obigem
ein
Telephon in jeder Station ausreicht, um eine Correspondenz zu führen, ist es doch bequemer, je zwei Telephone zu verwenden, von welchen eines zum Sprechen, das andere zum Hören benützt wird, während beide mit dem Liniendrahte in Parallelschaltung verbunden sind. Es gewährt dies auch den Vortheil, die Stellung der betreffenden Magnete auf die größte Empfindlichkeit des Telephones reguliren zu können. Die Einschaltung mehrerer Telephone in der Empfangsstation ermöglicht auch, daß gleichzeitig mehrere Personen die an der Absendestation gesprochenen Worte hören können. Durch Ein- schaltung mehrere Telephone, welche in der Absende- und Empfangsstation oder auch zwischen beiden auf der Linie vertheilt sind, wird mehreren, innerhalb gewisser Grenzen, beliebig von einander entfernten Personen die Möglichkeit geboten, mit einander zu sprechen, ohne daß die sich kreuzenden Fragen und Antworten unver- ständlich werden. Hingegen werden die Stimmen verschiedener Personen von einem und demselben Telephone nicht gleich gut wiedergegeben. Klangvolle Stimmen sind besser zu verstehen als andere, wie auch die Vocale besser übertragen werden als die aus unregelmäßigen Geräuschen gebildeten Consonanten. So fand
Wilmot
, daß namentlich die Buchstaben
g, j, k
und
q
verhältnißmäßig undeutlich reproducirt werden.
Verbesserungen des Bell’schen Telephones wurden zunächst in der Richtung angestrebt, daß man die in der Empfangsstation reproducirten Worte auch in einiger Ent- fernung vom Telephone hörbar machen wollte, daß also die Nothwendigkeit, das Empfangstelephon an das Ohr zu halten, entfällt. Zur Erreichung solcher kräftiger Wirkungen wurden schon von Bell besondere Telephone construirt, durch deren Anwendung es gelang, wenigstens Musik an jeder Stelle eines größeren Zimmers hörbar zu machen. Eine dieser Anordnungen ist durch Fig. 654 dargestellt. In dem Deckel eines (in der Figur weggelassenen) Kästchens ist eine kreis- förmige Oeffnung ausgeschnitten, welche durch die eiserne Membrane bedeckt wird. Letztere hat eine Dicke von 0·4 bis 0·8 Millimeter und ist durch Schrauben an dem Deckel befestigt. An der Außenseite des letzteren, gegenüber dem Mittelpunkte der Membrane befindet sich ein Schalltrichter, dessen Rohr, um eine kräftige Wirkung zu erzielen nicht zu kurz sein darf. Auf der Innenseite der Membrane stehen dieser die Pole eines kräftigen Hufeisenmagnetes gegenüber, der parallel zum Deckel angeordnet ist. Die beiden Pole tragen senkrecht gegen die Membrane gerichtete Eisenstücke, welche von je einer Inductionsspirale umgeben sind. Um die Stellung dieser gegen die Membrane entsprechend reguliren zu können, ruhen die Magnetschenkel auf halbrunden Ansätzen an der Innenseite des Deckels schaukelartig auf und können durch Anziehen, beziehungsweise Lüften der zwischen den Magnet- schenkeln durchgehenden Schrauben mehr oder weniger gegen die Membrane geneigt werden. Man ist mit der Verstärkung der Wirkungsfähigkeit eines derartigen Apparates auch noch
Fig. 654.
Bell’sches Telephon.
weiter gegangen.
Niaudet
hat z. B. an den Magnetpolen vier Eisenansätze angebracht und die vier darüber geschobenen Inductionsrollen im Quadrate angeordnet.
Wir gehen nun zu den von anderen Erfindern geschaffenen Modificationen des Bell’schen Telephones über und beschreiben von diesen zunächst das Telephon von
Siemens.
Dieses in Fig. 655 im Längsschnitte dargestellte Telephon unter- scheidet sich im Wesentlichen nicht von jenem Bell’s, wirkt aber vermöge der kräf- tigeren Construction seiner Bestandtheile und der Anwendung eines Hufeisenmagnetes, dessen beide Pole der Membrane gegenüber gestellt sind, kräftiger. In der Figur stellt
H H
den Hufeisenmagnet dar, von dessen Polen unter Vermittlung von Quer-
Urbanitzky
: Elektricität. 57
stücken jene Eisenansätze gehalten werden, welche die beiden Inductionsspulen
J
tragen. Diesen gegenüber befindet sich die Membrane
M M.
Die Drahtenden der Inductionsspulen sind mit den starken Kupferdrähten
d d
vereinigt, welche unten in biegsame Leitungsschnüre
L
übergehen. Durch die Schraube
S
kann die Stellung des Magnetes so geregelt werden, daß dessen Pole in die wirksamste Entfernung von der Membrane kommen. Das Siemens-Telephon giebt nicht nur bei gewöhn- lichem Gebrauche die Worte sehr deutlich wieder, sondern auch dann, wenn man in einiger Entfernung (bis zu 1 Meter) von dem Schallbecher gegen diesen spricht.
Fig. 655.
Telephon von Siemens.
Auch erfordert es, als Empfangsapparat benützt, kein vollkommenes Anlegen an das Ohr.
Das Siemens’sche Telephon zeichnet sich ferner dadurch aus, daß es mit einer höchst einfachen, durch das Telephon selbst zur Wirksamkeit zu bringenden
Anruf-Vorrichtung
ausgerüstet ist. Dieselbe besteht aus dem kleinen Zungenpfeifchen
P
, welches in die untere Oeffnung des Schallbechers eingesteckt werden kann. Ein Anblasen dieses Pfeifchens genügt dann, um die darunter befindliche Membrane in so lebhafte Schwingungen zu versetzen, daß die hierdurch erregten Inductionsströme die Membrane des Empfangs-Tele- phones gleichfalls in kräftige Schwingungen versetzen und dadurch einen hinlänglich lauten Trompetenton erzeugen. Dieses Anruf-Signal läßt sich noch dadurch verstärken, daß man im Pfeifchen ein an einem Drahte leicht bewegliches Kügelchen anbringt, welches auf der Membrane aufruht und lebhaft auf und ab springt, wenn die Membrane in Schwingungen geräth. Will man, nachdem das Signal abgesandt ist, sprechen, so entfernt man das Pfeifchen aus dem Schallbecher und verfährt wie beim Bell’schen Telephone.
Auch
Gower’s
Telephon erregte, namentlich unmittelbar nach seinem Bekanntwerden, Aufsehen durch seine außerordentlich kräftige Wirkung. Allerdings tritt diese Wirkung nur bei einzelnen dieser Instrumente auf und wird häufig auf Kosten der Deutlichkeit erreicht. Auch ist ein metallischer Klang ziemlich auffallend. Dieses Telephon ist in Fig. 656 in seiner Innen- und Außen- ansicht und mit seiner Anrufvorrichtung abgebildet. Der hufeisenförmige Magnet
N O S
ist halbkreisförmig gebogen und die Enden seiner Schenkel sind senkrecht zur Ebene des Magnetes aufgebogen. Diese aufgebogenen Theile tragen die oval geformten Inductionsspulen. Der so geformte Magnet ist äußerst kräftig und kann, wie Th. du Moncel angiebt ein Gewicht von 5 Kilogramm tragen. Die Drahtenden der Inductionsspulen sind mit Klemmschrauben verbunden, welche außen an der den Apparat einschließenden Metallbüchse befestigt sind. Die Membrane
e
ist größer und aus stärkerem Bleche gefertigt als gewöhnlich für Telephone verwendet wird. Eine Anzahl von Schrauben halten sie am Deckel der Büchse derart fest, daß sie mit ihrer Mitte unmittelbar über den Magnetpolen zu stehen kommt.
Die Anruf-Vorrichtung Gower’s besteht aus dem wagrechten auf der Fassung der Membrane angebrachten und an seinem freien Ende gegen die Membrane senkrecht aufgebogenen Rohre
a
, welches eine vibrirende Zunge (Harmoniumzunge) enthält. Selbe kann in kräftige Schwingungen versetzt werden, wenn man in das biegsame mit einem Mundstücke versehene Rohr, welches an der Rückseite der Tele- phonbüchse angebracht ist, stark hineinbläst. Die Schwingungen der Zunge theilen sich dann der Membrane mit und erzeugen in der Empfangsstation einen Ton gleich jenen eines Kindertrompetchens.
Fig. 656.
Gower’s Telephon.
Aehnlich dem eben beschriebenen Telephone ist jenes von
W. Fein
in Stutt- gart, welches in Fig. 657 dargestellt und zwar einerseits nach Abnahme des den Schalltrichter
e
enthaltenden Deckels
g
und der Membrane und andererseits im Querschnitte. Der Magnet
m
hat gleichfalls Hufeisenform, ist jedoch so gebogen und angeordnet, daß nur seine Pole sich innerhalb des Telephongehäuses befinden, indeß der bügelförmige Theil außerhalb zu stehen kommt und eine bequeme Hand- habe oder einen zweckmäßigen Aufhängering bildet. An den beiden Polen des Huf- eisenmagnetes sind wie bei Gower die Eisenkerne senkrecht zur Ebene des Magnetes angebracht. Um diese für die Einwirkung der Inductionsströme empfindlich zu machen, verfertigt Fein dieselben nicht massiv sondern setzt sie aus dünnen Platten
57*
oder Drähten zusammen. Sie erhielten, wie auch die sie umgebenden Inductions- spulen
b
, halbkreisförmige Querschnitte, um ihre Einwirkung auf die Membrane zu einer regelmäßigen zu machen, da bei dieser Form beide Spulen zusammen nur eine Kreisfläche als Querschnitt besitzen. Die Drahtwindungen der Inductionsspulen sind mit den Klemmen
p p
1
verbunden.
Zur Regulirung oder Einstellung des Telephones auf seine beste Wirksamkeit dient der Messinghebel
f
, welcher um eine durch die Schraube
w
befestigte Axe drehbar ist, durch Drehung der Schraube
v
bewegt werden kann und auf die Eisenkerne wirkt. Die Schraube
v
, deren Kopf innerhalb des Telephongehäuses gelagert ist, besitzt eine nach außen reichende Verlängerung, durch welche sie mittelst eines Schraubenschlüssels gedreht werden kann. Todte Gänge dieser Schraube werden durch die sie in ihrem unteren Theile umgebende Spiralfeder verhindert.
Fig. 657.
Fein’s Telephon.
Das Gehäuse des Telephones, früher aus Holz gefertigt, wird in neuerer Zeit aus Messingblech hergestellt.
Cl. Ader
hat ein kräftig wirkendes Telephon hergestellt unter Anwendung eines Principes, welches nachstehend erläutert werden soll. Wir wissen von früher her (Seite 43), daß ein einem Magnete genähertes Stück Eisen (Armatur) durch Influenz gleichfalls magnetisch wird. Die Polvertheilung ist hierbei folgende: Jene Seite der Armatur, welche dem Nordpole des Magnetes am nächsten steht, wird südmagnetisch, die von ihm abgewandte nordmagnetisch. Bringt man nun zwischen den Magnetpol und die Armatur eine
dünne
Eisenplatte, so lehrt das Experiment, daß hierdurch die Polvertheilung in der Armatur nicht geändert wird, daß also die magnetischen Kraftlinien die dünne Eisenplatte durchdringen. Nach den Gesetzen der Induction sollte eigentlich auf jener Seite der Eisenplatte, welche dem Nord- pole des Magnetes zugekehrt ist, Südmagnetismus, auf der abgewandten Seite Nordmagnetismus entstehen und das der Platte zugekehrte Ende der Armatur Süd- magnetismus zeigen. Das Experiment (z. B. Herstellung der magnetischen Curven durch Eisenfeile) zeigt aber, daß die dünne Eisenplatte zwischen dem Nordpole des Magnetes und dem Südpole der Armatur ausschließlich südmagnetisch ist. Dieses Verhalten erklärt sich dadurch, daß in der sehr dünnen Platte durch den Nordpol des kräftigen Magnetes Südmagnetismus erregt wird, der sich von Theilchen zu Theilchen fortpflanzt und so die Platte in ihrer ganzen sehr unbedeutenden Dicke durchdringt, wodurch eine Ausbildung von Nordmagnetismus an der dem Nordpole abgewandten Fläche der Eisenplatte unmöglich wird.
Obiges Verhalten dünner Eisenplatten erklärt nun auch nachstehendes Experi- ment. Den Polen eines kräftigen Hufeisenmagnetes wird eine dünne Eisenplatte in einer solchen Entfernung gegenübergestellt, daß der Magnet selbe noch nicht an- zuziehen vermag. Wird nun ein massives Eisenstück (Armatur) so vor die beiden
Fig. 658.
Ader’s Telephon.
Magnetpole gesetzt, daß die Eisenmembrane sich zwischen den Magnetpolen und der Armatur befindet, so wird die Eisenmembrane sofort durch den Magnet angezogen werden. Die durch Hinzubringen einer Armatur erreichte kräftige Wirkung rührt nach Obigem davon her, daß nun die Platte zwischen dem Nordpole des Magnetes und dem Südpole der Armatur südmagnetisch, zwischen dem Südpole des Magnetes und dem Nordpole der Armatur nordmagnetisch ist, d. h. den Polen des Magnetes stehen ungleichnamige Pole der Platte gegenüber und den Polen der Armatur gleichnamige. Folglich wird jetzt die Platte durch den Magnet angezogen und durch die Armatur abgestoßen, also, da sich die Eisenplatte zwischen beiden befindet, mit verstärkter Kraft gegen den Magnet bewegt.
Die Anwendung dieses Principes zur Construction eines Telephones zeigt Fig. 658 in einer Seitenansicht und einem Querschnitte (nach
x y
). Der kreisförmig gebogene Hufeisenmagnet
M
ist an seinen Polansätzen von den Inductionsspulen
s s
umgeben; diesen steht die Membrane
m m
gegenüber.
a a
ist ein Ring aus weichem Eisen, der in das Mundstück des Telephones eingesetzt ist und die Armatur des Hufeisenmagnetes bildet. Die Figur läßt ganz deutlich erkennen, daß die Membrane sich zwischen den Magnetpolen und der Armatur befindet; sie muß also wirklich der eben angegebenen kräftigen magnetischen Einwirkung unterliegen. Ader rundet den Magnet sorgfältig ab und vernickelt ihn, so daß das ganze Telephon eine ebenso handliche als gefällige Form bekommt.
Fig. 659.
D’Arsonval’s Telephon.
D’Arsonval
sucht durch Anwendung eines Glocken- magnetes (Seite 279) eine kräftige magnetische Wirkung zu erhalten. Der Magnet
m m
(Fig. 659) ist nahezu kreisförmig gestaltet. Der eine Pol desselben ist mit dem cylindrischen Eisenstücke
d
armirt, über welches die Induc- tionsspule
b b
geschoben wird. Das Ansatzstück des zweiten Poles erhielt die Form eines hohlen Cylinders, welcher die Inductionsspule umschließt. Das Telephon von d’Arsouval wiegt nur 125 Gramm, giebt die Worte klar und deutlich und soll an Kraft selbst das Gower’sche Telephon übertreffen. An Stelle des Schalltrichters wird auch bei dem in Rede stehenden Telephone ein biegsames Rohr zum Hineinsprechen benützt; man will hierdurch Störungen durch Resonanz vermeiden.
Schiebeck
und
Planz
verwenden einen gestreckten Huf- eisenmagnet und versehen einen Pol desselben mit einem Eisen- ringe, welcher an zwei einander gegenüberliegenden Punkten Eisenkerne trägt, die mit Inductionsspulen versehen sind. Der zweite Pol ist so gebogen, daß er durch den Mittelpunkt des Eisenringes geht. Er trägt gleichfalls eine Inductionsspule und zwar in gleicher Höhe und in derselben Linie mit den beiden ersterwähnten Spulen. Diese drei in einer Linie stehenden Inductionsspulen wirken auf die Membrane.
Ayres
legt zwei Hufeisenmagnete unter Zwischenlage eines dünnen Holzbrettchens mit ihren gleichnamigen Polen aufeinander und setzt die zwei Inductionsspulen auf Eisen- stäbchen auf, welche zwischen je zwei gleichnamigen Magnetpolen eingeklemmt sind.
Eaton
Fig. 660.
Böttcher’s Telephon.
combinirt sogar sechs Hufeisenmagnete in sternförmiger Anordnung und versieht deren Pole mit Inductionsspulen.
Böttcher’s
Telephon weicht hauptsächlich dadurch von den anderen Constructionen ab, daß der Magnet nicht unbeweglich ist, sondern sich gleichfalls an den Schwingungen betheiligen kann; zu diesem Behufe ist er durch feine Stahlschlingen aufgehängt Durch die Schrauben
a a
(Fig. 660) kann er nach aufwärts, durch die Schraube
a'
nach abwärts gezogen werden. Die Polschuhe, auf welchen die Inductionsspulen
b b
sitzen, sind nicht aus einem massiven Eisenstücke, sondern aus drei voneinander etwas abstehenden Eisenstäbchen gebildet um einen raschen und leichten Wechsel des Magnetismus zu ermöglichen. Das Gehäuse des Telephons besteht ganz aus Metall, weil das Holz sich leicht verziehen kann und dadurch die Stellung der Magnetpole gegen die Membrane verändert. Eine ein- malige Einstellung auf die richtige Entfernung ist daher für lange Zeit brauchbar. Als Schalltrichter fungirt das stumpfwinkelig abgebogene Rohr
e.
Die Wirkung des Telephons ist eine sehr kräftige, der Ton jedoch nicht so rein wie bei Bell, Ader u. dgl. Man hört in einiger Entfernung von dem Schalltrichter besser, als wenn das Ohr an denselben angelegt wird. Beim Sprechen, also bei der Benützung des Telephons als Sender spricht man unmittelbar in die Schallöffnung hinein. An Orten, welche gegen Geräusch oder Lärm nicht geschützt werden können, ist Böttcher’s Telephon nicht gut zu gebrauchen.
Gleichwie man die Wirksamkeit der Telephone durch Verstärkung des Magnetes oder durch Vermehrung der Magnetpole zu erhöhen suchte, erprobte man auch die Wirksamkeit mehrerer voneinander unabhängiger Membranen. Dieser Gedanke lag nahe, denn wenn durch die Schwingungen einer Membrane eine Gehörswahrnehmung gewisser Intensität ermöglicht wird, so wird durch das gleichzeitige und gleichartige Schwingen zweier oder mehrerer Mem- branen die Schallerregung offenbar eine kräftigere werden müssen. Der kräftigeren Wirkung zweier oder mehrerer Membranen wirken jedoch die durch die Combinirung derselben zu einem Instrumente unvermeidlichen Nebenumstände entgegen. Hierbei muß nämlich nothwendiger- weise auch der Raum vergrößert werden, welcher zwischen dem Schallbecher und den Membranen liegt, und dies kann, wie bereits angegeben wurde, leicht zu Schallreflexionen führen, welche dann die Wirksamkeit eines solchen combinirten Telephons stören. Die Berichte über Versuche mit derartigen Telephonen lauten daher auch in der That nicht ganz übereinstimmend.
Ein Telephon mit zwei Membranen wurde unter Anderem auch von
Elisha Gray
construirt. Es besteht, wie Fig. 661 erkennen läßt, aus zwei unter spitzem Winkel miteinander vereinigten Tele- phonen. Der Hufeisenmagnet
N m S
ist an jedem seiner Pole mit einem cylindrischen Polschuhe
A
versehen, welchen die Inductionsspule
b b
umgiebt. Jedem dieser Polschuhe ist eine Membrane in darauf senkrechter Lage gegenübergestellt. Für beide Membranen ist nur ein Schallbecher
e
vorhanden, von dessen unterer Oeffnung die gleichfalls normal gegen die Membrane gerichteten Rohre
a
ausgehen. An diese können die beiden Telephone durch ihre Deckel
L L
angeschraubt werden. Die Verbindung der Drähte beider Inductionsrollen ist bei
d
er- sichtlich.
Fig. 661.
Telephon von E. Gray.
Phelps’ Kronentelephon
als einfachesInstrument ist in Fig. 662 dargestellt. Dieses besitzt nur eine Membrane, welcher alle Pole eines Vorzeichens von sechs ringförmig gekrümmten Magneten gegenüberstehen. Die Pole des entgegengesetzten Vorzeichens sind gegen den Rand der kreisförmigen Membrane geführt. Phelps’
Doppelkronen-Telephon
besteht
Fig. 662.
Fig. 663.
Phelp’s Telephone.
aus zwei Telephonen der eben beschriebenen Art, welche so miteinander vereinigt sind, daß beide Membranen einander parallel gegenüberstehen und die ringförmigen Magnete zu beiden Seiten nach außen gerichtet sind Der Schallbecher mündet dann in den Raum zwischen beiden Membranen ein. Da aber die Praxis lehrte, daß mit einfacheren Telephonen dasselbe Resultat zu erreichen sei, kehrte Phelps zu diesen zurück und construirte ein Telephon von der in Fig. 663 dargestellten Form, welches als
Ponny-Telephon
bezeichnet wird und wohl keiner weiteren Erklärung bedarf.
Wir schließen hiermit die Beschreibung von Telephonen, deren Wirksamkeit durch magnetische Veränderungen ermöglichst ist, und zwar umso mehr, als schon eine Vergleichung der bisher beschriebenen Telephone mit Bell’s Telephon zeigt, daß dieses einfache und ursprüngliche Instrument eigentlich keine nennenswerthen Abänderungen, geschweige denn Verbesserungen erfahren hat. Wenngleich manches der oben beschriebenen Telephone an Kraft seiner Wirkung das Bell’sche übertrifft, so hat doch keines derselben die zarte und präcise Accentuirung des ersteren erreicht oder gar übertroffen. Es geht hier so, wie mit der Construction der dynamo- elektrischen Maschinen: neue Constructionen wurden geschaffen, um neue Patente zu erhalten. Die Güte eines Telephones ist weniger don den kleinen Aenderungen der einzelnen Fabrikanten, als von der exacten und soliden Herstellung abhängig.
Batterie-Telephone und Mikrophone.
Es wurde bereits in der Vorgeschichte der Telephonie bemerkt, daß das Bell’sche Telephon sowohl als Sender wie auch als Empfänger gute Dienste leistet und bisher durch kein anderes Telephon übertroffen wird; es wurde jedoch hierzu bemerkt: so lange man auf gut isolirten und nicht zu langen Linien spricht. Sind aber die Absende- und Empfangsstation weit voneinander entfernt, so wird das Sprechen sehr erschwert oder gar unmöglich gemacht. Wie leicht einzusehen, sind die im Sender erregten Inductionsströme sehr schwach und erleiden noch eine weitere Schwächung durch den Widerstand einer langen Leitung. Es treten Strom- verluste durch Ableitung an den Stützpunkten der Leitung ein; in dieser selbst werden in Folge der Nachbarschaft von Telegraphendrähten Inductionsströme erregt, welche dann im Hör-Telephone ununterbrochene Geräusche hervorrufen. Man lernte die Schwierigkeiten durch Anwendung von Batterieströmen umgehen und gelangte so zur Construction der Batterie-Telephone oder Mikrophone.
Es wird hin und wieder zwischen Batterietelephon und Mikrophon unterschieden; doch da beide auf demselben von Hughes präcisirten (Seite 890) Principe beruhen, werden sie hier in
einem
Abschnitte beschrieben.
Die vorzügliche Eignung der Kohle zur Construction derselben wurde zuerst von Edison erkannt.
Ohne auf die ersten Versuche oder die älteren Constructionen von
Edison’s Kohlen-Telephon
näher einzugehen, wollen wir uns gleich mit den neueren Formen beschäftigen. Eine derselben zeigt Fig. 664 im Querschnitte. Das Gehäuse dieses Senders ist aus Metall und in der gewöhnlichen Weise mit einem Schall- trichter versehen. Diesem gegenüber befindet sich die Membrane
D.
Hinter der Membrane ist, durch eine Schraube in der Rückwand des Transmitters befestigt, eine Metallplatte angebracht, auf welcher die kreisrunde Kohlenplatte
C
aufruht; sie wird in ihrer Lage durch einen sie umgebenden Ebonitring erhalten. Die gegen die Membrane gekehrte Fläche der Kohlenscheibe ist zunächst von einem Platin- plättchen
p
bedeckt und auf dieses die Glasscheibe
G
gekittet. Letztere und die Membrane stehen durch den Aluminiumknopf
A
in Verbindung, so daß also die Schwingungen der Membrane auf die Kohle
C
übertragen werden und auf diese einen, den Schwingungen entsprechenden Druck von wechselnder Stärke ausüben. Ein durch die Kohle geleiteter Batteriestrom wird daher durch diese Druckänderungen in einen Wellen- oder Undulationsstrom verwandelt. Je stärker nämlich die Platte
D
in Folge ihrer Vibrationen auf die Kohle drückt, desto geringer wird ihr Wider- stand, also desto stärker der sie durchfließende Batteriestrom; die Stärke des letzteren nimmt hingegen ab, wenn der Druck auf die Kohlenplatte abnimmt; es geht aber auch dann noch ein Strom bestimmter Stärke durch die Kohle, wenn auf diese gar kein Druck ausgeübt wird. Die Leitung des Stromes durch die Kohle wird dadurch vermittelt, daß man die Batteriedrähte einerseits mit dem metallischen Gehäuse des Telephones verbindet, andererseits von dem Gehäuse isolirt zu dem Platinplättchen
p
führt, welches auf der Vorderseite der Kohle aufruht (Fig. 664).
Eine zweite Construction Edison’s zeigt sich in ihrer äußeren Form ähnlich dem Bell’schen Telephone. Die Kohlenscheibe
k
(Fig. 665) ist zwischen zwei Platin- plättchen in einer Art Büchse
o i
eingelagert. Zwischen der Membrane
c c
und einer Elfenbeinscheibe, welche auf dem oberen Platinplättchen aufruht, befindet sich ein Stück Kautschukrohr
g.
Jedes der beiden Platinplättchen ist mit einer Schrauben-
Fig. 664.
Fig. 665.
Edison’s Kohlen-Telephone.
klemme zur Aufnahme der Leitungsdrähte verbunden. Die Schwingungen der Mem- brane werden unter Vermittlung des Kautschukrohres und der Elfenbeinplatte durch das obere Platinplättchen auf die Kohle übertragen. Zur Regulirung des Telephones, also zur Erreichung der günstigsten Stellung der einzelnen Theile gegeneinander dient eine Schraube, deren Kopf unten aus dem röhrenförmigen Theile des Apparates herausragt. Das Kautschukrohr dient als Dämpfung für die Membrane und soll diese sofort zur Ruhe bringen, sobald keine sie erregenden Schallwellen auftreffen. Edison will auf diese Weise Interferenzen vermeiden, welche durch längeres Schwingen der Membrane entstehen können.
Righi
’s Telephon, mit welchem im Jahre 1878 in Italien viel Lärm gemacht wurde, bietet eigentlich gar nichts Originelles, als seine ungewöhnlich großen Dimensionen, durch welche es ermöglicht wurde, die übertragene Musik oder Sprache in einem großen Raume an allen Stellen zu hören. Den Empfänger bildet ein Bell’sches Telephon mit einem geraden, aber sehr großen und kräftigen Magnete, welchem eine aus Pergamentpapier gefertigte Membrane von entsprechender Größe gegenüber gestellt ist. Diese trägt in ihrer Mitte eine kreisförmige Scheibe aus Eisenblech.
Die Construction des Senders kann man sich mit Hilfe der Fig. 644 (Seite 888) klar machen, wenn man sich das in Flüssigkeit tauchende Stäbchen mit einem Metallblättchen versehen und die Flüssigkeit durch ein Gemenge von Graphit- und Silberpulver ersetzt denkt. Durch die Schwingungen der Membrane wird der Druck auf das Pulver ein diesen Schwin- gungen entsprechend wechselnder und der durch das Pulver gesandte Batteriestrom ein Un- dulationsstrom.
Ader
construirte gleichfalls einen Empfänger nach Art des oben beschriebenen von Righi. Als Sender diente der in Fig. 666 dargestellte, von Ader als
Elektrophon
bezeichnete Apparat. Eine hölzerne, mit Handhabe versehene Kapsel ist in ihrer Axe cylindrisch ausgebohrt. In dieser Bohrung befindet sich ein Holzstift, welcher an einem Ende einen Schallbecher trägt, am entgegengesetzten mit dem kleinen Kohlencylinder
a
versehen ist. Der Schallbecher ist mit der Kapsel derart verbunden, daß er in seinen Schwingungen nicht gehemmt wird, wenn Schall- wellen
aus
ihn auftreffen. Das abgerundete Ende des Kohlencylinders ruht auf dem in der Kapsel befestigten Kohlenstücke
b
auf, welches mit einer der beiden Klemmschrauben leitend verbunden ist. Die zweite Klemmschraube steht mit dem Kohlencylinder
a
in Verbindung, so daß also der Batteriestrom den Contact zwischen
a
und
b
passiren muß, welcher in Folge der,
Fig. 666.
Ader’s Elektrophon.
durch
austreffende
Schallwellen veranlaßten, Vibrationen des Schallbechers und des daran befestigten Holzstäbchens zu einem veränderlichen wird.
Einer großen Beliebtheit erfreut sich, und zwar mit Recht,
Berliner’s Mikrophon
(oder Transmitter), im halbgeöffneten Zustande dargestellt durch Fig. 667. Der wichtigste Theil dieses Mikrophones, nämlich der ver- änderliche Kohlencontact, ist durch die beiden Kohlenstücke
a
und
b
gebildet, von welchen das erstere in der Mitte der an dem Deckel des Mikrophones angebrachten Eisen- membrane befestigt ist, indeß das zweite in der Fassung bei
b
steckt, welche durch den beweglichen Arm
c
bei
d
an dem oberen Rande des Deckels pendelartig aufgehängt ist. Der Contact beider Kohlenstücke wird also durch die Schwere des Kohlenstückes
b
bewirkt. Der Träger
d
dient aber gleichzeitig auch dazu, um die Membrane zu befestigen, welche bei geöffnetem Deckel auf keine andere Weise in ihrer Lage erhalten wird. Die Membrane liegt jedoch nicht unmittelbar an dem Metalldeckel mit seinem Schall- becher
e
auf, sondern ist an ihrem Rande mit Kautschuk umhüllt, welcher für die Schwingungen der Membrane als Dämpfung dient. Eine weitere Dämpfung wird durch die Feder
f'
bewirkt, welche zwischen der Membrane und dem Kohlenstücke
a
befestigt ist, und bei geschlossenem Apparate gegen die Schraube
v
drückt, welche durch den Ansatz
f
mit dem Metallstücke
i
verbunden ist. An dieses schließt sich das eine Drahtende der primären Spirale der Inductionsspule
F
, deren zweites Ende zur Klemmschraube
p
2
führt. Die Inductionsrolle ist in der Büchse eingeschlossen, deren Deckel eben die Membrane und den Kohlencontact trägt.
Beim Gebrauche dieses Senders werden die Klemmschrauben
p
1
und
p
2
mit den Batteriepolen (gewöhnlich ein Leclanch
é
-Element) verbunden und hierdurch folgender Stromgang eingeleitet: Von der Klemme
p
1
läuft der Strom durch das Metallstück
k
und das Charnier des Gehäuses nach
d
und
c
, gelangt in die Kohlenstücke
b
und
a
, fließt durch die Feder
f'
, die Schraube
v
und durch
f i
in die primäre Spule des Inductorimus
F;
von hier aus gelangt der Strom zur Klemme
p
2
und wieder zur Batterie zurück. Die Klemmen
p
3
und
p
4
nehmen die Drahtenden der secundären Spirale auf und werden mit dem Liniendrahte, beziehungs- weise mit der Erdleitung verbunden. Wird die Membrane durch Schallwellen in Schwingungen versetzt, so müssen hieran auch die beiden Kohlenstücke
a
und
b
theil- nehmen und erzeugen hierdurch jene Veränderungen des Contactes zwischen ihnen, welche den Batteriestrom in einen Undulationsstrom verwandeln. Dieser circulirt nun auch, in Folge der angegebenen Verbindungen, in der primären Spirale der Inductionsrolle
F.
Es werden daher in der secundären Spirale dieser Rolle wellenförmige Inductionsströme entstehen müssen, welche durch die Linien beziehungs- weise Erdleitung in den Empfänger, z. B. ein Bell’sches Telephon, der zweiten Station gelangen und dort die Schallwellen reproduciren. Mit Berliner’s Mikro- phon kann jedes beliebige, gut fungirende Telephon als Empfänger verbunden werden. Sind die Absende- und Empfangsstation weit voneinander entfernt, ist also ein großer Leitungswiderstand zu überwinden, so wendet Berliner Mikro- phone mit drei Contacten an; hierbei sind die beweglichen Kohlen verschieden schwer. Da ihr Gewicht die Innigkeit des Contactes bestimmt, wird dasselbe überhaupt der Länge der Leitung an- gepaßt; ebenso gelangen auch größere Inductorien zur Anwendung, wenn die Leitung eine längere wird.
Die Beschreibung des Mikro- phones von Berliner, bei welcher wir zum erstenmale der Anwendung eines Inductoriums zu mikrophonischen Apparaten begegnen, läßt es zweckmäßig erscheinen, auch über den Zweck, welcher hierbei verfolgt wird, an dieser Stelle Aufklärungen zu geben. Die vorzügliche Eignung des mikrophonischen Principes für Zwecke der Telephonie wurde bereits erörtert; doch ist noch nicht darauf hingewiesen worden, daß diese Eignung
Fig. 667.
Berliner’s Mikrophon.
nur innerhalb gewisser Grenzen statt hat, daß auch hier beim Telephoniren auf größere Entfernung ähnliche Schwierigkeiten auftauchen wie bei Anwendung Bell’scher oder ähnlicher Telephone. Wie wir wissen, erzeugt das Mikrophon dadurch Wellenströme, daß es in den Stromkreis einer Batterie einen Leiter (die Kohlen) einschaltet, welcher seinen Widerstand genau im Einklange mit Schall- schwingungen ändert. Die Größe dieser Widerstandsänderungen wird nun offen- bar von der Länge der Leitung ganz unabhängig sein und unter sonst gleichen Umständen nur von den Schallwellen abhängen. Ist nun die Entfernung zwischen Absende- und Empfangsstation eine bedeutende, so muß auch der Widerstand, der durch die Leitung in den Stromkreis eingeschaltet wird, ein bedeutender sein. Je größer aber dieser Widerstand wird, desto unbedeutender müssen offenbar im Verhältnisse zu ihm die gleich groß bleibenden Widerstandsänderungen im Mikro- phon werden, d. h. also, sie werden bei großem Leitungswiderstande (langer Leitung) nicht mehr zur Geltung kommen können, das Mikrophon wird seine Leistungs- fähigkeit verlieren.
Nun ist wohl auch der Zweck des Einschaltens von Inductions-Apparaten leicht zu erkennen. Den Stromkreis des Mikrophones bilden nur dieses selbst, die Batterie, die primäre Spirale des Inductions-Apparates und einige Verbindungs- drähte. Der Widerstand dieses Stromkreises ist daher ein verhältnißmäßig geringer und bleibt unbeeinflußt von der Länge der Leitung zwischen beiden Stationen. Diese bildet vielmehr mit der secundären Spirale einen zweiten Stromkreis. Hiermit ist also dem Mikrophone auch für die längsten Leitungen seine Empfindlichkeit gewahrt. Seine Wirksamkeit aber, bezüglich der Uebertragung, ist durch die größere Kraft der Inductionsströme gesichert, welche nach Bedarf durch Vergrößerung des Inductions-Apparates gesteigert werden kann. Der Inductions-Apparat hat also den Zweck, die primären Wellenströme des localen oder Mikrophonstromkreises in undulatorische Inductionsströme von hoher Spannung zu verwandeln, welche dann leicht einen großen Leitungswiderstand überwinden können.
Wenig verschieden von Berliner’s Transmitter ist jener von
F. Heller
in Nürnberg, welchen Fig. 668 in Ansicht (bei geöffnetem Kasten) und im Quer-
Fig. 668.
Transmitter von F. Heller.
schnitte zeigt. Der Deckel
D
des Kästchens ist kreisförmig ausgeschnitten und in diese kreisförmige Oeffnung ist eine Scheibe
M M
aus Resonanzholz (Fichtenholz) als Membrane eingesetzt. Diese ruht zwischen den beiden Kautschukringen
g g'
und wird durch den übergeschraubten Messingring
R R
in ihrer Lage erhalten. Am oberen Rande des Deckels ist ein Metallansatz
A
angebracht, von welchem der an der Feder
F
befestigte Kohlencylinder
K'
herabhängt. Seine Berührung mit dem in der Mitte der Membrane aufgesetzten Kohlenknopfe
K
wird durch die Stell- schraube
r
regulirt. Der Metallansatz
A
steht durch den Messingstreifen
a
und einen kurzen Draht mit der Klemmschraube
P
4
in Verbindung, der Kohlenknopf
K
durch den Streifen
b b
mit der primären Spirale des Inductions-Apparates
S.
Das zweite Ende dieses Drahtes ist mit der Klemme
P
3
verbunden. An den Klemmen
P
1
und
P
2
sind die Drahtenden der secundären Spirale befestigt.
Verbindet man die Klemmen
P
3
und
P
4
mit den Polen einer Batterie, so fließt der Strom von Klemme
P
4
durch
a, A, F
, den Kohlencylinder
K'
den Kohlenknopf
K
, den Messingstreifen
b b
und kehrt, nachdem er die primäre Spirale des Inductoriums durchlaufen hat, durch die Klemme
P
3
zur Batterie zurück. Wird die Membrane
M M
in Schwingungen versetzt, so wird der Batteriestrom zum primären Wellenstrome und erregt in der secundären Spirale undulatorische In- ductionsströme, welche durch die Klemmen
P
1
und
P
2
dem Empfangsapparate in in der Hörstation zugeführt werden.
Das Mikrophon von
F. Blake
verdient einer Einrichtung wegen, die es fast von allen anderen Mikrophonen unterscheidet, unsere Aufmerksamkeit. Diese Einrichtung besteht darin, daß keines der beiden, den veränderlichen Contact bilden- den Stücke mit der Membrane fest verbunden ist, sondern daß vielmehr beide beweglich sind. Blake traf diese Einrichtung, um jene Störungen im Mikrophone zu vermeiden, welche in Folge von Temperaturschwankungen eintreten und darin bestehen, daß sich die Membrane ausdehnt oder zusammenzieht, wodurch natürlich der Contact verändert werden muß, wenn eines der Contact- stücke mit der Membrane unverrückbar verbunden ist; eine solche Veränderung verursacht dann im Mikrophone ein sehr störendes Knacken. Die Anordnung des Blake’schen Transmitters ist aus dem Querschnitte in Fig. 669 zu ersehen. Gegen- über dem Schallbecher
B
befindet sich, zwischen Kautschukringen gelagert, die Eisenmembrane
M M.
Diese Lagerung isolirt die Membrane von den übrigen Theilen des Mikrophones und verhindert die Einwirkung anderer Schwingungen als jener, welche sie zu übertragen hat. Das eine Contact- stück, ein kleines Cylinderchen
p
aus Platin ist an der Feder
f
befestigt und wird durch diese gegen das zweite Contactstück, eine Kohlenscheibe (in der Figur als schwarzes Rechteck sichtbar) ge- drückt, welche in dem Metallstücke
m
gefaßt ist und von der Feder
F
getragen wird; diese drückt die Kohle sammt den Platincylinderchen gegen die Membrane. Die Regulirung des Contactes wird in folgender Weise ermöglicht: Die Feder
F
ist an dem Winkelstücke
W
befestigt, welches selbst wieder von der an dem Ansatze
A
aufgeschraubten Feder
F'
gehalten wird. Gegen die schiefe Fläche des Winkelstückes
W
drückt die Schraube
S
und deren Drehung in dem einen oder andern Sinne ermöglicht die Regulirung des Contactes.
Fig. 669.
Mikrophon von Blake.
Blake’s Transmitter wird gewöhnlich mit einem Leclanch
é
-Elemente betrieben, wobei der Stromgang folgender ist: Der Strom tritt durch die Klemmschraube
K
in die primäre Rolle des Inductionsapparates
J
ein, gelangt durch die Feder
f
in das Platincylinderchen
p
, geht über die Kohle bei
m
in die Feder
F
, von hier in das Winkelstück
W
und durch die Schraube
S
zur Batterie zurück. Die beiden (in der Figur nicht sichtbaren) mit den Drahtenden der secundären Spirale des Inductoriums verbundenen Klemmschrauben dienen zur Verbindung des Trans- mitters mit dem Empfänger in der Hörstation.
Ein sehr empfindliches Mikrophon, vom Erfinder
Pantelephon
genannt, hat
L. de Locht-Labye
construirt. Dieses Mikrophon ist auch dann noch zur Uebertragung der Schall- wellen geeignet, wenn letztere aus größerer Entfernung gegen dasselbe gesandt werden. Der telephonische Empfangs-Apparat reproducirt Gespräche, welche etwa 20 Meter vom Mikrophone entfernt geführt werden, ganz deutlich. Die Construction des Pantelephones ist aus der schematischen Zeichnung (Fig. 670) ersichtlich. Von der Metall-Leiste
s s
hängt an stählernen
Fig. 670.
Pantelephon von L. de Locht-Labye.
Bandfedern
r r
eine Platte aus Kork (auch Metallblech oder Marienglas) herab, welche rechteckig geschnitten, 10 Centi- meter breit und 15 Centimeter lang ist. An ihrer unteren Kante trägt sie bei
f
ein Kohlenscheibchen, mit welchem sie sich gegen das Silberplättchen
x
(in der Detailzeichnung) lehnt. Dieses Silberplättchen ist an der bei
w
befestigten Feder
f
angebracht. Die Schraube
V
, welche das Quer- stück
q q
durchsetzt, dient zur Regulirung des Contactes. Der Batteriestrom gelangt z. B. durch den Draht
L
in das Querstück
q
, von diesem durch die Feder
f
in den Silber-Kohlencontact, durchfließt dann die Drähte
n n
, die Federn
r r
und kehrt durch die Metall-Leiste
s s
und die Klemmschraube
T
zur Batterie zurück. Versetzen Schall- wellen die leicht bewegliche Platte in Schwingungen, so wird der Contact ein veränderlicher und die hierdurch er- zeugten Undulationsströme erregen in einem Inductions- Apparate undulatorische Inductionsströme, welche die Schallwellen in der Empfangsstation reproduciren.
Ein sehr wirksamer Transmitter wurde bereits auf der Pariser elektrischen Ausstellung von
Machalski
exponirt. Hierbei kommen die Wellenströme dadurch zu Stande, daß die durch Schallwellen in Schwingungen versetzte Membrane auf sehr feines Graphitpulver wirkt und hier durch Druckveränderungen den Leitungswider- stand entsprechend den Schallwellen ändert. Natürlich kann Machalski’s Mikrophon auch mit einer Inductions- spule combinirt werden.
Auf der Wiener elektrischen Ausstellung erregte das
Phonophor von Wreden
die Aufmerksamkeit der Besucher; eine seiner mannigfachen Formen, nämlich die Dosenform, ist in Fig. 671 dargestellt. Es besteht aus einer Kork-, seltener Hartgummiplatte
K
, welche den einen Contactkörper
a
trägt, der durch einen kurzen Draht mit der Klemmschraube
P
verbunden ist. Der zweite Contactkörper
b
sitzt auf einem Ende des Hebels
G H m
, während am anderen Ende das Gegengewicht
G
Fig. 671.
Wreden’s Phonophor.
aufgeschraubt wird. Man regulirt den Contact zwischen den beiden Stücken
a
und
b
dadurch, daß man das Ge- wicht
G
mehr oder weniger hinaufschraubt und dadurch dieses mehr oder weniger dem Drehpunkte des Hebels nähert. Die Regulirung kann auch durch Zufügen von Uebergewichtchen, deren mehrere jedem Apparate beigegeben werden, erfolgen. Einmal auf die günstigste Stellung regulirt, erhält sich dieselbe dauernd. Wreden hat auch Mikrophone construirt, welche drei, vier, sechs und mehr Contacte besitzen. Bei dem beschriebenen Mikrophone durch- läuft der Batteriestrom folgenden Weg: Von der Klemme
P
zu den Contactstücken
a
und
b
, durch den Hebel
m H
und durch die Klemme
P
1
zur Batterie zurück.
Mikrophone mit mehreren Contacten, und zwar solche, die sich eigentlich als Combinationen mehrerer Hughes’scher Mikrophone zu einem Apparate dar- stellen, wurden von
Croßley, Ader
und
Gower
construirt. Bei allen dreien dient eine größere rechteckige Platte aus Resonanzholz als Membrane, welche die Schall- schwingungen aufzunehmen hat. Diese Platte ist gewöhnlich in einem entsprechenden Ausschnitte eines starken Holzrahmens befestigt und bildet mit diesem eine Art kleinen Schreibpultes, dessen Inneres die Kohlencontacte enthält. Diese bestehen bei
Croßley
, wie Fig. 672 erkennen läßt, aus vier Kohlenstäbchen, die mit ihren Enden in Vertiefungen geeignet angeordneter Kohlenklötzchen aufruhen. Die Ver- bindung der Kohlencontacte mit der Batterie erfolgt durch zwei an symmetrisch gelegenen Kohlenklötzchen angebrachte Metallstreifen.
Gower
verwendet für sein Mikrophon sechs Kohlenstäbchen, welche stern- förmig angeordnet sind; die nach außen gerichteten Enden dieses Kohlensternes sind mit je einem Kohlenklötzchen versehen und je drei der letzteren, und zwar je drei nebeneinanderliegende, durch einen Metallstreifen mit einer Klemmschraube ver-
Fig. 672.
Transmitter von Croßley.
Fig. 673.
Ader’s Transmitter.
bunden. Die nach innen gerichteten Enden der Kohlenstäbchen ruhen auf einem allen gemeinschaftlichen, sechsseitig geformten Kohlenklötzchen.
Ader
ordnet acht bis zehn Kohlenstäbchen
B C D
an, wie dies Fig. 673 zeigt. Als Ader die Uebertragung der Opernmusik in den Industriepalast (während der Ausstellung im Jahre 1881) inscenirte, setzte er seine Mikrophonkästchen auf dicke Bleiplatten
P
, um hierdurch die Aufnahme der Erzitterungen des Bodens, in Folge des Hin- und Hergehens der Schauspieler, durch das Mikrophon zu ver- hindern.
P.
Bert
und
d’Arsonval
haben gleichfalls Mikrophone mit mehreren Contacten construirt und diese in Parallelschaltung angeordnet wie Ader, Croßley und Gower. Eines dieser Mikrophone besteht aus einem viereckigen flachen Resonanzkästchen (ähnlich jenem eines Saiteninstrumentes), auf dessen Oberfläche an einem parallel zur Längskante des Kästchens befestigten Metallstabe eine größere oder geringere Anzahl von cylindrischen und vernickelten Kohlenstäben parallel zur Oberfläche des Kästchens herabhängen. Diese Kohlenstäbe liegen mit ihren freien Enden auf einem Kohlenstabe auf, der parallel zu dem Metallstabe am Kästchen befestigt ist, also sämmtliche Kohlenstäbchen unter rechten Winkeln kreuzt. Das Resonanz- kästchen ist sammt den Kohlencontacten auf ein mit Gelenk versehenes Stativ nach Art eines Lesepultes aufgesetzt und kann durch Drehung um das Gelenk beliebig stark geneigt werden. Es ist einleuchtend, daß bei dieser Anordnung die Innigkeit der Contacte von dem Neigungs- winkel des Resonanzkästchens abhängen muß, daß man also in der Veränderung desselben ein einfaches Regulirungsmittel für das Mikrophon besitzt. Der Batteriestrom wird durch den Metallstab den Kohlenstäbchen zugeführt, durchläuft diese und kehrt durch den quer gelegten Kohlenstab zur Batterie zurück. Dieses Mikrophon nimmt auch mit leiser Stimme und in einiger Entfernung von ihm geführte Gespräche sehr leicht auf.
Auch
Boudet
construirte Mikrophone mit mehreren Contacten und ordnete diese sowohl parallel nebeneinander als auch auf Spannung, d. h. hintereinander an. Eines derselben, und
Fig. 674.
Boudet’s Mikrophon.
zwar mit der letztangegebenen Schaltungsweise, ist in Fig. 674 abgebildet und soll nachstehend beschrieben werden.
Ein Glasrohr
R
, von 7·5 Centimeter Länge und 1 Centimeter innerem Durchmesser, ist durch eine in seiner Mitte angebrachte Metallfassung auf einem mit Gelenk versehenen Stative befestigt. Auf dem einen Ende des Glasrohres sitzen die Kupferträger
T T
, welche den Schallbecher
B
tragen; der engen Oeffnung desselben ist die Membrane
m m
aus Hart- gummi gegenübergestellt. Der im Mittelpunkte der Membrane mit dieser verbundene Kupfer- cylinder
K
ragt einige Millimeter weit in das Glasrohr hinein und ruht mit seiner etwas ausgehöhlten Grundfläche auf der ersten der sechs Kohlenkugeln in dem Rohre auf. Das andere Ende des letzteren ist mit dem Metallansatze
A
versehen, welcher die Regulirungs- vorrichtung für die Kohlencontacte trägt. Diesen Ansatz durchdringt nämlich die Schraube
S
, welche mit ihrem Ende an dem Cylinder
C
befestigt ist. Auf diesem ist unter Vermittlung der Spiralfeder
F
das Kupferstück
K'
angebracht, welches die letzte Kohlenkugel zum Theile umfaßt. Wird also die Schraube
S
im einen oder andern Sinne gedreht, so gleitet der Cylinder
C
sammt
F
und
K'
aufwärts und steigert oder vermindert in dieser Art die Innig- keit der Contacte zwischen den Kohlenkugeln. Auch die verschiedene Neigung des Glasrohres mit Hilfe des Gelenkes am Stative ermöglicht eine Regulirung der Contacte. Die Durch- leitung des Batteriestromes, beziehungsweise die Verbindung des Mikrophones mit einer Inductionsrolle, erfolgt durch die Klemmschrauben
P P'
.
Telephone und Mikrophone besonderer Construction.
Für die Praxis belanglos, aber theoretisch nicht ohne Interesse, ist das von
Ader
con- struirte
Eisendraht-Telephon.
Ader versuchte ein Telephon ohne Membrane zu construiren
Fig. 675.
Fig. 676.
Ader’s Eisendraht-Telephone.
und benützte zu diesem Zwecke Eisenkerne von verschiedener Stärke; die besten Resultate gaben ganz dünne Eisenkerne, d. h. Eisendrähte. Eine derartige sehr einfache Vorrichtung zeigt Fig. 675. Sie besteht aus einem Brettchen
B
, durch welches der Eisendraht
E
gesteckt ist, den man bei
e
umbiegt. Dieser Draht ist von der auf einen Federkiel
E
gewundenen Induc- tionsspirale
S
umgeben.
K
stellt ein massives Kupferstück dar, das mit dem freien Ende des Eisendrahtes verlöthet ist. Zur Aufnahme der Leitungsdrähte dienen die mit den Drahtenden der Inductionsspule verbundenen Klemmschrauben
p p'
. Um mit diesem Empfangs-Apparate zu hören, legt man das Brettchen mit dem umgebogenen Eisendrahte bei
e
an das Ohr. Man versteht die Worte auch dann noch, wenn das Brettchen 10 bis 15 Centimeter weit vom Ohre entfernt wird.
Urbanitzky
: Elektricität. 58
Später brachte Ader sein Eisendraht-Telephon in die durch Fig. 676 dargestellte Form. Der Eisendraht
m
wird hierbei einerseits an das massive Kupferstück
f
, andererseits an das Kupferstück
d
angelöthet, welch letzteres mit dem Kupferstücke
g
verbunden ist. Das obere Kupferstück verschließt die obere Oeffnung jenes Rohres, welches den ganzen Apparat ein- schließt, und ist mit einem Schallbecher
e
durch eine Schraube verbunden. Der Schalltrichter ist ähnlich geformt wie beim Bell’schen Telephone, besitzt aber keine centrale Oeffnung. Die Kupferstücke
d g
bilden einen Cylinder, der nahezu die ganze Rohrbreite einnimmt, aber von den Wandungen derselben durch ein übergeschobenes Kautschukrohr
h
isolirt ist. Gleichfalls isolirt sind durch diese beiden Kupferstücke die Drähte
c
und
o
geführt, welche die Enden der bei
b
angebrachten, den Eisendraht umhüllenden Inductionsspirale bilden. Das Rohr ist an seinem unteren Ende durch die Ebonitscheibe
i
verschlossen, auf welcher die beiden Klemmschrauben aufgesetzt sind.
Die Wirkungsweise der beiden letztbeschriebenen Telephone möge nach
Th. du Moncel
in nachstehender Weise erklärt werden. Es wurde angegeben, daß das Bell’sche Telephon Worte in der Weise reproducire, daß die im Empfänger anlangenden Undulationsströme dessen Membrane in genau dieselben Schwingungen versetze, zu welchen die Membrane des Senders durch die Schallwellen veranlaßt wurde. Diese Erklärung ist jedoch keine vollständige; sie läßt vielmehr noch die Frage offen: welcher
Art
sind die Schwingungen, welche die Membrane macht? Schwingt diese als Ganzes (in Transversalschwingungen) oder schwingen ihre einzelnen Eisentheilchen (moleculare Schwingung)? Th. du Moncel tritt für die letztere, also für die Molecularschwingung ein. Ader wurde zur Construction der letztbeschriebenen Telephone dadurch geführt, daß er durch seine Versuche entscheiden wollte, welche der beiden Anschauungen die
Fig. 677.
Breguet’s Quecksilber-Telephon.
richtige sei. Er construirte daher ein Telephon ohne Membrane, also ein Telephon, bei welchem die Trans- versalschwingungen ausgeschlossen waren. Als ihm seine Versuche gelangen, trat er auch der Anschauung Th. du Moncel’s bei; jedenfalls ist durch dieselben bewiesen, daß die Reproducirung der Schallwellen nicht ausschließlich den Transversalschwingungen zu- geschrieben werden darf. Wir begnügen uns mit diesen Andeutungen, da es uns zu weit führen würde, an dieser Stelle auf die noch nicht vollständig geklärte Theorie des Telephones näher einzugehen.
Nach Th. du Moncel kommt die Wirkung des Ader’schen Draht-Telephones in folgender Weise zu Stande: Die durch die Spule
b
(Fig. 676) kreisenden Undulationsströme versetzen den Eisendraht in moleculare Vibrationen. Diese wirken haupt- sächlich in der Längsrichtung und pflanzen sich schneller fort als die Schwingungen, welche der trägen Masse
d g
mitgetheilt werden; hieraus resultiren kleine Stöße, die den mechanischen Effect der Schwingungen des Eisendrahtes stark vergrößern; diese werden dann mechanisch auf die Masse
f
übertragen und pflanzen sich von dort aus durch den Schallbecher als Schall- wellen fort. Es mag schließlich noch bemerkt werden, daß Ader’s Eisendraht-Telephon große Aehnlichkeit mit dem Reis’schen Empfänger (Fig. 638
C
, Seite 879) zeigt; nur ist der Resonanzkasten durch die Kupfermassen, deren Mitschwingen die Wirkung verstärkt, ersetzt.
Fig. 677 stellt schematisch
Breguet’s Quecksilber-Telephon
dar. Die beiden Gefäße enthalten Quecksilber, über welches angesäuertes Wasser
A
gegossen wurde. In dieses tauchen die mit Quecksilber nahezu ganz gefüllten Röhren
B
, deren untere Enden zu feinen Spitzen ausgezogen wurden. Sowohl die Quecksilbersäulen in den Röhren, als auch die Quecksilber- schichten in den Gefäßen stehen untereinander durch Drähte, wie es die Figur zeigt, in leitender Verbindung. Die Wirksamkeit des Apparates beruht auf einer von
Lippmann
entdeckten physikalischen Thatsache. Lippmann beobachtete nämlich, daß in jedem geschlossenen Stromkreise obiger oder ähnlicher Art elektrische Ströme auftreten, wenn durch mechanische Einwirkungen die Form der gekrümmten Begrenzungsfläche (des Meniskus) des Quecksilbers geändert wird und daß umgekehrt elektrische Ströme die Form des Meniskus ändern. Diese capillar- elektrischen Erscheinungen sind es nun, auf welchen die Wirksamkeit des Breguet’schen Tele- phones beruht. Die Röhren
B B
sind oben durch Membranen abgeschlossen und mit Schall- becher versehen. Gelangen auf die Membrane des einen Apparates Schallwellen, so wirken diese mechanisch auf das Quecksilber ein und veranlassen dadurch das Auftreten capillar- elektrischer Ströme. Diese bewirken im zweiten Apparate mechanische Beränderungen des Meniskus und versetzen die Membrane dieses Apparates (des Empfängers) in ebensolche Schwingungen, als die Membrane des ersten Apparates gemacht hat, d. h. die auf den ersten Apparat auftreffenden Schallwellen werden durch den zweiten Apparat reproducirt. Das Breguet’sche Quecksilber-Telephon kann sowohl mit gleichzeitiger Einschaltung einer Batterie, als auch ohne dieselbe benützt werden; im letzteren Falle ist aber eine besondere Anordnung der Quecksilber- und Wasserschichten erforderlich.
Das
chemische Telephon
von
Edison
beruht auf einer noch nicht sicher erklärten elektrochemischen Erscheinung. Diese diente Edison schon im Jahre 1872 zur Construction eines Relais, welchem er den Namen
Electro-Motographe
gab. Die fragliche Erscheinung besteht in Folgendem: Man bedeckt eine mit dem positiven Pole einer Batterie verbundene Metallplatte mit Papier oder einem andern porösen Körper und befeuchtet diesen mit Kalilauge. Fährt man hierauf mit einem Stifte aus Platin oder Blei, welcher mit dem negativen Pole derselben Batterie verbunden ist, über die mit Kalilauge befeuchtete Fläche, so beobachtet man hierbei, so lange der Stromkreis unterbrochen ist, einen gewissen Reibungswiderstand; sobald jedoch der Strom durch die feuchte Fläche und den Stift fließt, verschwindet
Fig. 678.
Fig. 679.
Edison’s chemisches Telephon.
dieser Widerstand. Diese auffällige Erscheinung versuchte man in der Weise zu erklären, daß der Strom elektrolytisch auf die Kalilauge einwirke, dadurch eine dünne Gasschichte zwischen der Fläche und dem Stifte erzeuge und in dieser Weise die Reibung aufhebe.
Hierauf gründete nun Edison seinen telephonischen Apparat. Eine Metall- feder
a
(Fig. 678) ist im Mittelpunkte der Glimmerscheibe
D
(von etwa 10 Centi- meter Durchmesser) befestigt. Das mit einem Platincontacte versehene Ende dieser Feder schleift auf dem Cylinder
A
, welcher in der durch den beigesetzten Pfeil angedeuteten Richtung durch ein Uhrwerk in Umdrehung erhalten wird. Den Cylindermantel bildet eine feuchte mit Aetzkali und essigsaurem Quecksilber imprägnirte Gypsmasse. Die Feder
a
steht mit dem negativen, der Cylinder mit dem positiven Pole einer Batterie in Verbindung, während gleichzeitig irgend ein Transmitter in den Stromkreis geschaltet ist. Ist der Stromkreis unterbrochen, so wird in Folge der Reibung zwischen der Feder
a
und dem Cylinder
A
erstere soweit von letzterem mitgenommen, als es die Elasticität der Glimmerplatte
D
gestattet. Tritt Stromschluß ein, so hört die Reibung auf, die Platte und die Feder weichen
58*
vermöge der Elasticität der ersteren wieder zurück. Wechseln Stromöffnungen und Stromschließungen miteinander ab oder treten überhaupt Stromschwankungen ein, so muß sich diesen entsprechend auch die Reibung zwischen Feder
a
und Cylinder
A
ändern und dementsprechend wird die Glimmerplatte
D
in Schwingungen gerathen. Werden daher die Stromschwankungen durch Sprechen vor dem Transmitter hervor- gerufen, so muß die Glimmerplatte die auf den Transmitter wirkenden Schallwellen wiedergeben. In Fig. 679 ist die Gesammtanordnung dieses chemischen Telephon- Systemes skizzirt. Hierbei stellt
S
den Kohlentransmitter dar, der mit der primären Spirale der Inductionsrolle
I
und der Batterie
B
zu einem Stromkreise geschaltet ist, während die secundäre Spirale einerseits mit der Erdleitung
E
, andererseits durch den Liniendraht mit der auf der Glimmerplatte
P
befestigten Feder
G
verbunden ist. Der Gypscylinder, auf welchem die Feder schleift, steht mit der Erde
E
in Verbindung.
Fig. 680.
Dolbear’s Empfänger.
Dolbear
gelang die Construction eines Empfängers, dessen Wirksamkeit auf
elektro- statischen
Erscheinungen beruht (vergl. singender Condensator, Seite 883). Dieser Empfänger besteht in seiner einfachsten Form aus zwei Metallscheiben von beiläufig 5 Centimeter Durch- messer, welche derart einander parallel gegenüber- gestellt sind, daß sie sich nicht berühren. Es wird dies, wie Fig. 680 erkennen läßt, durch eine Fassung (aus Hartgummi) erreicht, in welcher zur Aufnahme der Scheiben entsprechende Rinnen angebracht sind. Die Hartgummifassung ist einer- seits mit einem Deckel verschraubt, welcher den Schallbecher
C
trägt, andererseits mit einer Art Knopf
H
versehen, welcher als Handhabe zum Halten des Empfängers dient. In die Mitte des letzteren ist eine Schraube
S
eingelassen, deren Ende jene Scheibe berührt, welche der Handhabe zunächst liegt. Da diese Scheibe an ihren Rändern durch die Hartgummifassung, in der Mitte durch die Schraube gehalten wird, kann sie natürlich keine Schwingungen ausführen. Die gegen den Schallbecher zu gelegene Scheibe ist jedoch nur an den Rändern befestigt und kann daher in Schwingungen versetzt werden. Der Zweck der Schraube
S
besteht jedoch nicht nur darin, die ersterwähnte Scheibe am Schwingen zu verhindern, sondern auch darin, die Entfernung beider Scheiben voneinander regulirbar zu machen.
Jede der, voneinander durch die Hartgummifassung isolirten, Metallscheiben steht mit einer Klemmschraube
A
in leitender Verbindung. In letztere sind die Enden der secundären Spirale eines Inductions-Apparates eingespannt, so daß also die beiden Scheiben gewissermaßen die Pole des Inductoriums bilden und sich als einen Condensator darstellen, bei welchem Luft die isolirende Zwischenschichte bildet. Die beiden Scheiben erhalten daher einander entgegengesetzte elektrische Ladungen, sobald durch den Inductions-Apparat in irgend einer Weise Inductions- ströme erregt werden. Eine Reihenfolge von Inductionsströmen wird auch eine Reihenfolge von Ladungen bewirken, und da die entgegengesetzten elektrischen Ladungen der beiden Scheiben jedesmal eine Anziehung zwischen diesen beiden hervor- rufen, so muß auch eine Reihenfolge von Anziehungen eintreten, d. h. die bewegliche (gegen den Schallbecher zu gelegene) Scheibe muß in Schwingungen gerathen. Diese Schwingungen zeigten sich nun hinlänglich kräftig, um für das Ohr als Schallschwingungen wahrnehmbar zu sein. Wird daher in den Stromkreis des in Rede stehenden Apparates ein Sender irgend welcher Construction ein- geschaltet und werden dann durch diesen und den Induc- tions-Apparat undulatorische Inductionsströme erzeugt, so versetzen diese die freie Membrane in Dolbear’s Apparat in Schwingungen und dieser fungirt als Hör- Apparat oder Empfänger.
Die besten Resultate wurden unter Anwendung einer Inductionsspule erhalten, deren Widerstand 4000 bis 5000 Ohms beträgt. Hierdurch erlangt die elektro- motorische Kraft der Inductionsströme eine bedeutende Höhe, weßhalb die gewöhnliche Isolirung der Drähte (wie bei Telegraphenleitungen) nicht mehr ausreichen würde. Dieser Uebelstand kann jedoch dadurch umgangen werden, daß man die Inductionsspule nahe dem Empfänger anbringt, statt sie mit dem Sender zu combiniren. Dann
Fig. 681.
Dunand’s Torsions-Mikrophon.
werden eben nur die verhältnißmäßig schwachen primären Ströme durch die Leitung gesandt und erst in der Empfangsstation die hochgespannten Inductionsströme erregt.
Fig. 682.
Thermophon.
Bei
Dunand’s Torsions-Mikrophon
(Fig. 681) sind zwei Eisenmembranen
A A'
mit einer entsprechenden Holzfassung zu einer Art Büchse verbunden. Innerhalb derselben, und dadurch vor dem Verstauben gut geschützt, befinden sich die beiden Kohlencontacte. In der Mitte der Membranen sind nämlich die Kohlenscheibchen
B B
befestigt, gegen welche sich ein beiderseits konisch abgerundetes Kohlenstück von beiläufig 12 Millimeter Länge unter regulirbarem Drucke stemmt. Um das Kohlenstück ist nämlich in seiner Mitte der Draht
F F
geschlungen, dessen eines Ende an der Holzfassung festgemacht wurde, während das andere Ende in dem Knopfe
E
endigt. Da durch Drehen dieses Knopfes und somit auch des Kohlen- stückes, die Neigung des letzteren gegen die Kohlenscheibchen
B B
verändert wird, ändert sich auch die Innigkeit der Contacte und daher die Empfindlichkeit des Mikrophones. Da dasselbe zwei Membranen besitzt, können auch gleichzeitig zwei Stimmen in bequemer Weise über- tragen werden.
Wie bereits mitgetheilt wurde (Seite 913), ist es Ader gelungen, die Sprache dadurch zu reproduciren, daß er Wellenströme durch einen gespannten Eisendraht leitet, welcher mit größeren Metallmassen in Verbindung steht.
Wildbrant
zeigte, daß die Reproducirung auch mit Drähten aus irgend einem anderen Materiale gelingt, wenn nur die Wellenströme hinlänglich stark sind. Als sich nun
Preece
von der Richtigkeit dieser Thatsachen durch eigene Experimente überzeugen wollte, gelangte er zur Construction des in Fig 682 abgebildeten
Termophones.
F. J.
Pisko
beschreibt dasselbe in seiner Telephonie
„Bericht über die internationale elektrische Ausstellung“, Wien 1883, von Dipl. Ing. F.
Klein
,
p
. 259.
in nachstehender Weise:
„Ursprünglich bestand dieses Instrument aus einem dünnen, zwischen einer Membrane und einer Stellschraube gespannten Platindrahte. Die durch letzteren geleiteten Wellenströme erzeugen, je nach ihrer wechselnden Stärke, eine undulirende Wärmewirkung, welche sich als Ausdehnung und Zusammenziehung des Drahtes und mithin als Vibration der Membrane äußert. An der jüngsten Form des Thermophones von Preece sieht man jedoch (in der Fig. links) eine mit einem Korkstöpsel geschlossene Glasröhre. Durch jenen gehen zwei Drähte in die letztere, wo zwischen denselben eine etwa fünf Centimeter lange, möglichst dünne Platin- spirale geschaltet ist. Die undulirenden Ströme rufen in der letzteren Wärmewellen, und in Folge dessen Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Drahtes hervor, wodurch die Luft in der Röhre in Schwingung geräth. Daher kommt es, daß man das Instrument wie ein Telephon benützen kann, indem man es mit seinem unteren Schalltrichter dicht an’s Ohr legt. Bisher konnte jedoch damit nur ein schwaches Hören erzielt werden.“
Die Telephon-Anlagen.
A.
Doppelstationen
.
Um zwischen zwei Stationen einen telephonischen Verkehr zu ermöglichen, genügt es nicht, in jeder der Stationen ein Telephon aufzustellen und beide durch eine Doppelleitung oder durch eine einfache Leitung und die Erde, wie dies in Fig. 653 (Seite 896) dargestellt wurde, miteinander zu verbinden. Würde schon die Aufstellung von nur je einem Telephone in jeder Station den bereits ein- geleiteten Verkehr sehr unsicher machen, weil es dann sehr leicht vorkommen kann, daß beide Personen gleichzeitig ihr Telephon an’s Ohr halten oder gleichzeitig in dasselbe hineinsprechen, so fehlt bei dieser Verbindung überdies auch noch jedes Mittel, um der einen Station mitzutheilen, daß man von der anderen her zu sprechen wünsche. Um den ersten Uebelstand zu beseitigen, hat man deshalb in jeder Station zwei Apparate, nämlich einen zum Hören und den andern zum Sprechen anzubringen; zur Beseitigung der zweiten Unzukömmlichkeit muß jede Station mit einem Alarm-Apparate oder einer Anrufvorrichtung versehen werden. Das Studium der Schaltung und Verbindung von Telephonen zu einer Doppel- station wird daher unsere nächste Aufgabe bilden müssen.
Die Verbindung
magnetelektrischer
Telephone zu einer Doppelstation
A B
zeigt schematisch Fig. 683. Hierbei stellen
S S'
die Sprechtelephone,
H H'
die Hörtelephone,
K K'
Klingelwerke,
T T'
Taster und
V V'
Batterien dar;
E E'
sind in die Erde versenkte Platten. Will
A
mit
B
sprechen, so wird zunächst der Taster
T
niedergedrückt, wodurch bei
a
ein Contact hergestellt wird, der für die Batterie
V
folgenden Stromkreis schließt:
V a T
durch die Linienleitung in die Station
B
nach
T' b'
über den Hebel
C'
und den Contact
c'
in das Klingel- werk
K'
, von hier durch den Contact
d'
und die Erdleitung
E' E
zur Batterie
V
zurück. Die Klingel
K'
wird daher so lange läuten, als der Taster
T
in Station
A
auf den Contact
a
niedergedrückt bleibt.
In welcher Art der Batteriestrom das Klingelwerk in Bewegung setzt, ist mit Hilfe der Zeichnung leicht einzusehen. Der Strom durchfließt die Drahtwindungen des Elektromagnetes
i'
und fließt dann durch
h' d'
zur Erde ab. Hierdurch wird der Magnet erregt und zieht den Anker
m'
an, welcher an dem bei
h'
befestigten Hebel sitzt. Dieser schlägt dann mit dem an seinem freien Ende befestigten Knopfe an die Glocke
g'
an. Im selben Momente wird aber der Stromschluß unterbrochen, da der Hebel mit
d'
außer Contact kommt; der Elektromagnet läßt daher den Anker
m'
los, der nun wieder in seine ursprüngliche Lage zurück schwingt und den Contact bei
d'
neuerdings herstellt, wodurch der Magnet abermals erregt wird und den Knopf des Hebels wieder zum Anschlagen an die Glocke veranlaßt u. s. w., so lange der Taster
F
in der Station
A
mit
a
in Berührung erhalten wird.
Ist auf diese Weise
B
davon verständigt, daß
A
sprechen will, so giebt
B
das Glockenzeichen zurück, um anzuzeigen, daß das Signal vernommen wurde. Es wird nämlich
T'
auf
a'
niedergedrückt und
Fig. 683.
Telephon-Doppelstation.
dadurch die Klingel
K
zum Tönen gebracht, weil jetzt der Strom der Batterie
V'
über
a' T'
und die Linienleitung nach
T
fließt und von hier, da der Taster mittlerweile losgelassen wurde, über
b C c
in das Klingelwerk
K
gelangt, von wo aus er durch die Erdleitung
E E'
zur Batterie
V'
zurückkehrt. (Bei ent- sprechender Schaltung genügt natürlich eine Batterie in einer der Stationen.) Nehmen hierauf die Personen in
A
und
B
ihre Hörtelephone
H
und
H'
von den letztere tragenden Hebeln
C C'
herab, so kann die telephonische Correspondenz beginnen. Durch das Abnehmen der Hörtelephone kommen nämlich die Federn
f f'
zur Geltung und ziehen die Hebel derart nieder, daß die Contacte
n n'
geschlossen werden. Wird in
A
gesprochen, so gelangen die in
S
hierdurch erregten Wellen- ströme zu dem Contacte
n
und wegen der Berührung desselben mit
C
nach
b
, fließen durch
T
und die Linienleitung nach
T'
, über
b'
nach
C' n'
und
S'
zum Hörtelephon
H'
in der Station
B
und kehren von hier aus durch die Erdleitung
E' E
und das Telephon
H
nach
S
zurück. Die durch Sprechen in der Station
B
Fig. 684.
Fig. 685.
Weinhold’s Ruf-Apparat.
im Telephone
S'
erregten Wellenströme durchlaufen in umgekehrter Richtung den- selben Stromkreis. Ist das Gespräch beendigt, so werden die Telephone
H H'
wieder auf ihre Haken gehängt; es wird also die ursprüngliche, zur Signalgebung erforderliche Schaltung wieder hergestellt.
Die Anwendung magnetelektrischer Apparate sowohl als Empfänger, als auch als Sender und in Folge dessen die Combinirung von ausschließlich magnetelektrischen Telephonen zu Doppelstationen kommt jedoch in der Praxis aus den bereits mehrfach (Seite 890, 904, 907) erwähnten Gründen seltener vor. Man bedient sich vielmehr gewöhnlich eines Batterietelephones oder Mikrophones als Sende-, und eines magnetelektrischen Telephones als Empfangs-Apparat. Hierdurch erleidet jedoch das in Fig. 683 skizzirte Schaltungsschema keine wesentliche Aenderung; nur müssen durch die Hebel
C
beim Herabnehmen des Telephones zwei Contacte geschlossen werden, da nunmehr zwei Wellenströme, nämlich der primäre und der secundäre, vorhanden sind.
Bevor wir zur Besprechung der praktischen Durchführung der im Obigen schematisch dargestellten Schaltungsweise übergehen, wollen wir noch einem Apparate einige Aufmerksamkeit widmen, der bisher nur nebenbei erwähnt wurde; es ist dies der
Ruf-Apparat
oder
Wecker.
Wir lernten einen solchen bereits beim Siemens’schen Telephone (Seite 898) in Form einer Zungenpfeife und bei der schematischen Darstellung der Doppelstation in Form einer einfachen elektrischen Klingel kennen. Zum Betriebe solcher Klingel werden häufig Magnet-Inductoren (Seite 345) an Stelle der Batterien benützt. In neuerer Zeit wurden Läute- Inductoren sehr einfacher Construction unter Anderen von
Fein
, A.
Weinhold
und
Abdank-Abakanowicz
construirt.
Fig. 686.
Läute-Apparat von Abdank-Abakanowicz.
Die
Rufglocke von Weinhold
ist in Fig. 684 in zwei aufeinander senk- rechten Schnitten abgebildet. Am oberen Ende des Metallfußes
A
sitzt die durch eine Schraube befestigte eiserne Glockenschale
G
. An demselben Fuße ist der Elektro- magnet
M
angebracht, welcher bei
S
1
und
S
2
Inductionsspulen trägt; die abgerundeten Polschuhe derselben stehen innerhalb der Glocke in unmittelbarer Nähe des Glocken- randes. Die Inductionsrollen sind untereinander und durch die Drähte
d
1
d
2
mit Klemmschrauben verbunden, an welche die Linien-, beziehungsweise Verbindungs- drähte der übrigen telephonischen Apparate angeschlossen werden können. (Eine dieser Klemmen ist bei
K
1
sichtbar.) Durch das Holzstück
V
ist ferner der hölzerne Hammer
K
an dem Gestelle befestigt und wird durch die Feder
F
gegen die Glocke gedrückt. Zieht man den Hammer von der Glocke ab und läßt ihn dann los, so wird er durch die Feder
F
auf die Glocke geschleudert und versetzt diese in kräftige Schwingungen. Hierdurch wird aber ein wechselndes Annähern und Entfernen der eisernen Glockenränder in Bezug auf die Inductionsspulen mit ihren Polschuhen bewirkt, wodurch in den Spulen Inductionsströme hervorgerufen werden. Diese gelangen dann durch die Leitung in die entfernte Station und ver- setzen dort die Telephonmembrane in so heftige Schwingungen, daß sie einen Ton hören läßt, der durch einen auf den Schallbecher des Telephones aufgesetzten konischen Resonator (Fig. 685) entsprechend verstärkt wird; dies gilt unter der Voraussetzung, daß dieser Resonator mit seiner Stimmung bis auf mindestens einen halben Ton mit dem Tone der Glocke übereinstimmt. Dieser Rufglocke ist dem Principe nach jene von Fein ähnlich.
Der Läute-Apparat von
Abdank-Abakanowicz
ist in Fig. 686 dargestellt und zeichnet sich durch überraschende Einfachheit aus. An der Krümmung eines kräftigen, vertical gestellten Hufeisenmagnetes
A A
ist eine breite Stahlfeder
C
mit ihrer Ebene parallel zur Ebene der Magnetschenkel befestigt. Diese Feder trägt an ihrem unteren Ende die Inductionsspule
B
mit ihren Armaturen
F
, welche den im Inneren der Spule befindlichen Eisenkern nach außen abschließen. In der Ruhelage steht die Feder
C
parallel zu der Magnetschenkelebene und die Spule in der Mitte zwischen beiden Schenkeln. Führt man die Spule aus dieser Lage mit Hilfe der Handhabe
D
heraus (wie dies die Figur zeigt) und läßt sie dann los, so schwingt sie äußerst lebhaft zwischen den Magnetpolen
A A
hin und her. Hierdurch entstehen in der Spule Inductionsströme wechselnder Richtung, welche einerseits durch die Feder
C
und die Klemmschraube
K
, andererseits durch die Spiralfeder
R
und die Klemmschraube
K
1
in die Linie und das Läutewerk der entfernten Station geleitet werden können. Jenes ist eine sogenannte
polarisirte Klingel
, welche, wie die Figur erkennen läßt, dem Läute-
Inductor
ganz analog construirt wurde; nur tritt hier an Stelle der Handhabe eine gestielte Kugel. Zwei Hufeisen sind mit ihren Polen vertical aufwärts gebogen; zwischen diesen befindet sich ein federnd angebrachtes flaches Eisenstück, welches in seinem mittleren Theile mit einer Drahtspule versehen ist. Gelangen nun in letztere die durch den Inductor erzeugten Wechselströme, so wird der flache Eisenkern offenbar abwechselnd nach rechts und nach links schwingen und daher auch der Knopf abwechselnd an die eine und die andere Glocke schlagen. Wie Versuche gezeigt haben, reicht die Kraft der durch den Inductor erregten Ströme aus, um die Klingel bis auf eine Entfernung von 250 Kilometer in Thätigkeit zu setzen.
A.
Münch
ließ sich eine Rufvorrichtung patentiren, welche sich speciell dort leicht anwenden läßt, wo Telephone mit Hufeisenmagnet in Verwendung stehen. (Der Apparat ist übrigens auch, unbedeutend modificirt, als selbstständige Klingel verwendbar.) Fig. 687 zeigt, zum Theile in Schnitt und zum Theile in Ansicht gezeichnet, diese Rufvorrichtung, adapirt an ein Telephon nach Art des Siemens’schen (Seite 898). In dem wie gewöhnlich geformten Telephongehäuse
T T
befindet sich der Hufeisenmagnet
H H
mit seinen Polschuhen
p
1
p
2
und den Inductionsspulen
s
1
s
2
, welchen gegenüber die Membrane
E E
angebracht ist. Diese Inductionsspulen und der Hufeisenmagnet des Telephons selbst sind es nun, die zur Ruf- vorrichtung verwendet werden. Die Polschuhe
p
1
p
2
sind zu diesem Behufe halbcylindrisch ausgehöhlt, wie dies der getrennt gezeichnete Schnitt (nach der Linie
x y
in der Hauptfigur) erkennen läßt. Ferner sind auf den Schenkeln des Hufeifenmagnetes
H H
Metallplatten
M M
1
befestigt, welche das Räderwerk
r g h i
tragen. Auf der Axe
a
des Sternrades
r
sitzt das Metallstück
m m
, das an zwei einander diametral gegenüberliegenden Flächen durch halb- cylindrisch geformte Stücke
e e
1
aus weichem Eisen begrenzt wird. Ein solches Eisenstück füllt in der durch die Figur versinnlichten Stellung den halbcylindrischen, von den Polschuhen
p
1
p
2
gebildeten Hohlraum nahezu ganz aus und bildet mit den Polschuhen zusammen einen fast ununterbrochenen Anker (
p
1
e p
2
), der die Pole des Hufeisenmagnetes
H H
direct mit- einander verbindet. Hierdurch werden die Eisenkerne der Spulen
s
1
und
s
2
gewissermaßen aus- geschlossen, was ihren Magnetismus bedeutend schwächt. Dreht man aber das Metallstück
m m
um seine Axe
a
, etwa um einen rechten Winkel, so wird der Anker
p
1
e p
2
unterbrochen, indem dann die Eisenstücke
e e
1
an den Enden eines horizontalen Durchmessers zu stehen kommen; der Magnetismus der Eisenkerne in den Spulen
s
1
s
2
wächst folglich wieder zu seiner ursprünglichen Stärke an. Versetzt man nun das Metallstück
m m
durch Drehen der Kurbel
k
in schnelle Rotation, so wird der Magnet in rascher Aufeinanderfolge abwechselnd kurz geschlossen und wieder geöffnet werden; ein solcher Wechsel wird bei der gezeichneten Anordnung zweimal für jede volle Umdrehung eintreten. Es hindert natürlich nichts, durch Anbringung mehrerer Eisenstücke
e
einen häufigeren Wechsel herbeizuführen. Die Folge dieses
Fig. 687.
Münch’s Ruf-Apparat.
Wechsels und der hiermit verbundenen Aenderungen des magnetischen Zustandes der Eisen- kerne in
s
1
und
s
2
ist aber das Auftreten sehr kräftiger Inductionsstörme in
s
1
und
s
2
. Diese Inductionsströme gelangen dann in das Telephon der entfernten Station und versetzen dort die Membrane in deutlich hörbare Schwingungen. Eine weitere Verstärkung des Tones kann in verschiedener Weise erreicht werden. Münch läßt z. B. die Schwingungen der Mem- brane auf eine Glocke übertragen. Zu diesem Ende ist in den Schallbecher
B B
eine kleine Büchse eingesetzt, in welcher der die Kugel
b
tragende Stab
t
, dessen unteres Ende auf der Membrane
E E
aufruht, geführt wird. An einem gabelförmigen Ansatze dieser Büchse ist ferner durch einen Metallbügel die Glocke
d
befestigt, deren Stellung durch die Schraube
f
regulirt werden kann. Geräth nun die Membrane in Schwingungen, so bringt die auf- und nieder- hüpfende Kugel die Glocke zum Tönen.
Zu den
Telephonstationen
selbst zurückkehrend, wollen wir nun die Ein- richtung einer solchen, und zwar zunächst unter ausschließlicher Anwendung
magnetelektrischer Telephone
, genauer ansehen. Bei der praktischen Anwendung hat man darauf zu sehen, daß die einzelnen Apparate compendiös zusammengestellt und gegen Verstaubung oder anderweitige Beschädigung hinreichend geschützt werden. Man erreicht dies durch Einschließung der Apparate in entsprechend geformte Kästen, aus welchen nur jene Apparate oder Theile von Apparaten herausragen, die beim Gebrauche zugänglich sein müssen. Als Beispiel einer solchen Einrichtung lassen wir nachstehend die Beschreibung eines deutschen Fernsprechamtes (oder Telephon- Bureaus) folgen, an Hand der von
Grahwinkel
C. Grahwinkel: „Lehrbuch der Telephonie“.
veröffentlichten Angaben.
Fig. 688 zeigt die äußere Ansicht des ganzen Apparates, Fig. 689 die innere Ansicht des Kastens
K
. Von außen sieht man nur das Hörtelephon
T
,
Fig. 688.
Fig. 689.
Deutsche Fernsprechstation.
welches an dem aus dem Kasten herausragenden Haken
h
hängt, das Mundstück
M
des Sprechtelephones
S
, das Kästchen
E
, welches den Elektromagnet des Weckers einschließt, die Glocke
G
desselben mit dem dazu gehörigen Klöppel und den Taster
t;
die übrigen Bestandtheile des Apparates sind in den Kasten
K
ein- geschlossen. Dieser enthält außer dem Sprechtelephone
S
den Contacthebel, die zu dem Taster gehörige Contactvorrichtung und einen Blitzschutz-Apparat.
Die
Contactvorrichtung
für den
Wecker
besteht aus der auf der Innen- seite der Kastenvorderwand angebrachten Holzplatte
B
, auf welcher die drei Messing- stücke
m
1
m
2
und
m
3
befestigt sind.
m
3
trägt den federnden Metallstreifen
F
, der an seinem oberen Ende mit dem wagrechten cylindrischen Stücke
t'
versehen ist, welches als Taster
t
durch die Vorderwand des Kastens herausragt. In der axialen Richtung dieses Cylinders ist auf der Rückseite der Feder
F
ein Contact- stift befestigt, welcher aber für gewöhnlich das im Bügel
b
angebrachte Contact- blättchen nicht berührt. Drückt man jedoch auf den Taster
t
, so wird dieser Contact geschlossen und hierdurch der Strom einer Batterie (von fünf bis sechs Leclanch
é
- Elementen) durch die Linienleitung in den Wecker der entfernten Station gesandt, also daselbst die Klingel in Thätigkeit gesetzt.
Der
Contacthebel
c c
, dessen eines Ende als Haken
h
durch die Kasten- wand herausragt, ist um die Axe
o
drehbar und an seinem anderen Ende mit zwei Contacten versehen. Diesen gegenüber ist einerseits das Contactstück
p
1
, anderer- seits die Contactschraube
p
an einem entsprechenden Träger befestigt; letzterer und der gabelförmige Ständer für die Axe
o
sind mit dem Brette
B
verschraubt. Die Spiralfeder
f
strebt, das nach innen gerichtete Hebelende nach abwärts zu ziehen, also den Contact bei
p
1
zu schließen. So lange das Telephon
T
an seinem Haken hängt, ist durch den Contacthebel
c c
der Contact
p
geschlossen, jener bei
p
1
unter- brochen. Der Hebel muß diese Stellung haben, wenn man die entfernte Station durch den Wecker anrufen will (vergl. Schaltungsschema Fig. 683). Nimmt man hingegen das Hörtelephon
T
von seinem Haken herab, so zieht die Feder
f
den Hebel nach abwärts und schließt den Contact bei
p
1
, wodurch das Klingelwerk ausgeschaltet und die Verbindung der Telephone beider Stationen miteinander hergestellt wird.
Die
Blitzschutzvorrichtung
hat den Zweck, sowohl den Apparat als auch anwesende Personen und überhaupt das ganze Locale gegen Ströme atmosphärischer Elektricität zu schützen, die bei Gewittern in die Linienleitung und somit auch in den Fernsprech-Apparat gelangen können. Eine einfache derartige Vorrichtung besteht z. B. aus drei voneinander isolirten, aber mit ihren gezähnten Rändern sich nahe- stehenden Messingplatten
a
1
b
1
c
1
;
c
1
ist nicht gezahnt, weil von hier aus kein Strom hineingelangen kann.
die Platte
b
1
steht mit der Linienleitung, die Platte
c
1
mit der zu den Apparaten führenden Leitung in Verbindung und die Platte
a
1
ist zur Erde abgeleitet. Die Platten
b
1
und
c
1
sind überdies noch durch einen dünnen Draht miteinander verbunden. Die Wirksamkeit einer derartigen Ein- richtung beruht darauf, daß hochgespannte Elektricität, also auch die atmosphärische, stets den kürzesten Weg einzuschlagen sucht und Luftzwischenräume leicht als Funken überspringt. Während also die schwachen Betriebsströme den dünnen Verbindungs- draht zwischen
c
1
und
b
1
durchlaufen, wird ein aus der Leitung nach
b
1
kommender hochgespannter Strom den Zwischenraum zwischen
a
1
und
b
1
überspringen und so auf dem kürzesten Wege zur Erde abfließen. Sollte dennoch ein Zweigstrom in den dünnen Verbindungsdraht zwischen
b
1
und
c
1
eindringen und dadurch die an
c
1
angeschlossenen Apparate bedrohen, so wird er dadurch unschädlich gemacht, daß er beim Durchfließen des dünnen Drahtes dessen Isolirung zerstört oder ihn selbst abschmilzt und dadurch wieder zur Erde abgeleitet wird.
Die Detailconstruction des Blitzableiters (eines sogenannten
Spindelblitzableiters
) ist aus Fig. 690 zu ersehen, in welcher die Spindel und die Spindel in ihrer Lage zu den übrigen Theilen des Blitzableiters in Längsschnitten dargestellt sind. Die Spindel besteht aus einem Messingcylinder
M
, welcher zu beiden Seiten bei
m m
etwas abgedreht ist. Das eine Ende desselben ist in das Ebonitstück
e
eingeschraubt, das andere mit dem Ebonitstücke
e
1
durch eine Schraube verbunden. Das Ebonitstück
e
ist an seinem äußeren Ende durch den Messingcylinder
m
1
, das Ebonitstück
e
1
durch den Messingcylinder
m
2
abgeschlossen. Die Spindel besteht sonach aus den drei voneinander isolirten Messingcylindern
m
1
M
und
m
2
. Die abgedrehten Theile
m m
des mittleren Cylinders sind, wie an der eingeschobenen Spindel ersichtlich, mit Drahtwindungen versehen; hierzu wird 0·1 Millimeter dicker Kupferdraht ver- wendet, der mit Seide sorgfältig übersponnen ist. Die Drahtenden der Spulen sind durch die spiralförmigen Nuthen
n
isolirt geführt und verbinden dadurch die beiden Spiralen unter- einander und ebenso die beiden Messingcylinder
m
1
und
m
2
, indem sie durch die Schrauben
s s
1
an erstere festgeklemmt sind. Die mittleren Theile der Spindel, soweit sie mit Drahtwin- dungen
d d
umhüllt sind, berühren den Hohlraum
h h
des Messingstückes
a
1
an keiner Stelle; hingegen wird in den Messingstücken
b
1
a
1
und
c
1
für gute Contacte zwischen diesen und den Messingcylindern
m
1
M
und
m
2
dadurch gesorgt, daß die durch die Schrauben
r r
1
r
2
befestigten und rechtwinkelig in die cylindrischen Bohrungen hineingebogenen Federn
f f
1
f
2
gegen die Spindel drücken.
Die Betriebsströme gelangen also durch
b
1
in den Blitzableiter, von hier in den Messingcylinder
m
1
, gehen dann durch
s n d n d n s
1
in das Messingstück
c
1
und zu den Apparaten (vergl. Fig. 689). Gelangt aber, z. B. in Folge eines Gewitters, ein hochgespannter Strom durch die Linienleitung nach
b
1
, so wird der Hauptantheil, statt die dünnen Drähte
d d
zu durchfließen, zwischen den Zähnen von
b
1
und
a
1
(Fig. 689) überspringen und zur Erde abfließen. Ist der durch
d d
eindringende Zweigstrom trotzdem noch kräftig, so zerstört er den
Fig. 690.
Spindelblitzableiter.
dünnen Draht der Windungen oder doch mindestens dessen isolirende Seidenumspinnung und stellt dadurch eine metallische Verbindung mit dem zur Erde abgeleiteten Stücke
a
1
her (Fig. 690), wodurch er ebenfalls, ohne in die Apparate zu gelangen, zur Erde abfließt.
Ist eine Blitzschutzvorrichtung zerstört worden, so setzt man den Apparat einfach dadurch wieder in Stand, daß man die Spindel aus den Stücken
b
1
a
1
c
1
herauszieht und dafür eine neue (Reserve-) Spindel einführt. Damit nun auch während dieser Manipulation die Linie nicht unterbrochen wird, ist an dem Stücke
b
1
durch Schrauben eine starke Messingfeder
F
befestigt, die bei
c
mit einem Contactstifte und an ihrem freien Ende mit dem schief abgeschnittenen Ebonitstücke
E
versehen ist. So lange die Spindel sich an ihrem Platze befindet, stemmt sich die Feder
F
mit ihrem Ebonitklotze
E
gegen den Kopf
K
der Spindel, wodurch der Contactstift bei
c
außer Berührung mit dem Metallstücke
c
1
gehalten wird. Zieht man aber die Spindel heraus, so drückt die Feder
F
den Contactstift nieder, weil nun der Kopf
K
das Ebonitstück
E
nicht mehr zurückhält, und verbindet dadurch
b
1
direct mit
c
1
. Wird hierauf die neue Spindel eingeschoben, so wird durch Heben der Feder
F
der Blitz- ableiter als solcher wieder hergestellt.
Die Wirksamkeit dieser Blitzableiter betreffend, mögen nachstehend noch folgende Angaben Raum finden. In Leipzig, wo sich zur Zeit 285 Fernsprechstellen befanden, ging am 19. Mai 1884 ein ungewöhnlich heftiges Gewitter nieder; trotzdem wurden doch nur zwei (weiter unten zu beschreibende) Klappenschrank-Elektromagnete durch Zerstörung des Wicklungs- drahtes beschädigt, hingegen mußten 41 Spindeln ausgewechselt werden. Außerdem wurde durch einen Blitzschlag auch von einem Isolator ein Stück abgesprengt und an demselben Gestänge eine Leitung zerrissen. Die ganze gewaltige Elektricitätsmenge, welche auf den Leitungsständer, der auf dem Dache eines Hauses befestigt ist, niederging, floß, ohne ander- weitigen Schaden anzurichten, auf drei verschiedenen Wegen zur Erde ab. Es darf hieraus wohl der Schluß gezogen werden, daß die oben beschriebene Blitzschutzvorrichtung ihren Zweck vollständig erfüllt.
Fig. 691.
Böttcher’s
Fig. 692.
Ader’s
und Telephonstation.
Die Einrichtung einer Telephonstation mit Apparaten von
Böttcher,
zum speciellen Gebrauche in Bergbauen, ist in Fig. 691 dargestellt. Hierbei handelte es sich hauptsächlich darum, die Oxydation von Eisentheilen in Folge der Einwirkung feuchter Luft zu vermeiden, und ebenso auf die Anwendung von Holz zu verzichten. Deshalb hat man auch die Ver- kleidung der Hörtelephone, deren zwei jeder Station beigegeben werden, aus verzinktem Eisen- bleche dargestellt, während Eisentheile, so weit als möglich, durch solche aus Messing ersetzt wurden. Eines der Telephone hängt an dem Haken eines Contacthebels. Die Inductionsspulen sind sämmtlich in Paraffin getränkt und gleichwie der Magnet-Inductor, denn ein solcher wird an Stelle der Batterie benützt, in einem versperrbaren Kasten eingeschlossen. Dieser, sowie auch der darüber befindliche, durch einen Drücker einfach zu öffnende Kasten, bestehen aus verzinktem Eisenbleche. Das Klingelwerk ist nicht mit den übrigen Apparaten vereinigt, sondern kann an einem beliebigen Orte aufgehängt werden; bei Anfertigung desselben wurden dieselben Mittel zum Schutze gegen die schädliche Einwirkung feuchter Luft in Anwendung gebracht.
Ader’s
Stationseinrichtung zeigt Fig. 692 in einer Ansicht und von unten nach abgenommenem Boden. Die einzelnen Apparate sind theils in einem pultförmigen Kasten ein- geschlossen, theils an diesem befestigt. Außen erkennt man bei
B
einen Blitzschutz-Apparat, den Taster
T
, um einen Weckruf in die entfernte Station entsenden zu können, das Hörtelephon
H
, welches an dem Haken
h
des Contacthebels hängt und die Membrane
M
aus Resonanzholz. Die Innenansicht zeigt das uns bereits bekannte Ader’sche Mikrophon, bestehend aus 12 Kohlen- stäben
K
, welche mit den quer gestellten Kohlenprismen 24 Contacte bilden. Die Inductions- rolle ist bei
J
gelagert und neben dieser auf einem Brette der Contacthebel
C
befestigt. Das
Fig. 693.
Telephonstation von Locht-Labye.
Klingelwerk wird getrennt von dem Apparate aufgehängt und durch eine Batterie in Thätig- keit gesetzt.
Das Mikrophon von
de Locht-Labye
haben wir bereits kennen gelernt; es wurde mit den übrigen Apparaten zu einer Sprechstation in der durch Fig. 693 dargestellten Weise verbunden. In dem Kästchen links sieht man die dünne, aber verhältnißmäßig große Kork- platte
P
, welche von einer Metall-Leiste unter Vermittlung zweier Bandfedern herabhängt. Am unteren Theile ist die Kohlenscheibe
K
befestigt, gegen welche sich der in einem Kugel- gelenke bewegliche Contactstift legt. Rechts im Kästchen befindet sich der Elektromagnet
W
des Weckers mit seiner selbstthätigen Stromunterbrechung, während die Glocke
G
außerhalb angebracht ist. Mit dem Elektromagnete ist auch noch die Fallscheibe
S
1
verbunden, durch deren Herabfallen von
S
gleichzeitig mit dem Glockenzeichen ein optisches Signal gegeben wird. Das Hörtelephon oder der Empfänger wird wieder an dem Haken
h
, welcher an dem Contacthebel
C
befestigt ist, aufgehängt. Bei
J
ist die Inductionsrolle angebracht und endlich bei
t
der Taster zum Schließen der Wecker-Batterie.
Obwohl es in vielen Fällen vortheilhaft erscheinen wird, zwei voneinander entfernte Punkte telephonisch untereinander zu verbinden, also eine Doppelstation zu errichten, so sind doch die Telephon-Centralstationen ungleich wichtiger, da diese die telephonische Correspondenz zwischen je zwei ganz beliebigen Theilnehmern ermög- lichen. Daß dieses Resultat nur unter Vermittlung eines speciellen Amtes geschehen kann, ist wohl einleuchtend, da ja sonst von der Sprechstation einer Person aus zu jeder Person, mit welcher erstere zu sprechen wünscht, Leitungen führen müßten, was, abgesehen von anderen Uebelständen, durch die hohen Herstellungskosten unmöglich gemacht würde. Bei Errichtung von Centralstationen (Fernsprechämtern) gestaltet sich das Unternehmen wesentlich einfacher; jeder Theilnehmer steht durch einen Draht mit der Centrale in Verbindung, kann dieser Signale geben und telephonisch seine Wünsche mittheilen. In der Centrale wird dann der Draht des Theilnehmers mit dem Drahte jenes zweiten Theilnehmers verbunden, mit welchem der erste zu sprechen wünscht. Haben beide ihr Gespräch beendet, so wird dies der Centrale bekanntgegeben, worauf die ursprüngliche Schaltung wieder hergestellt, d. h. die Verbindung zwischen den beiden Theilnehmern gelöst und der Anschluß jedes Theilnehmers an die Centrale wieder hergestellt wird. Welche ungeheure Ersparniß an Zeit und Schreibarbeit dadurch erzielt wird, daß Behörden, Gesell- schaften, Geschäftsleute und Private einer großen Stadt in jedem Momente sich untereinander besprechen können, braucht wohl nicht erst betont zu werden. Auch spricht die beispiellose Schnelligkeit, mit der sich das neue Verkehrsmittel, das Telephon, bei allen civilisirten Völkern Eingang verschaffte, hinlänglich deutlich für dessen Wichtigkeit.
Um diese Erfolge zu erzielen, ist natürlich eine Reihe von Apparaten und Einrichtungen nothwendig; die Leistungsfähigkeit eines Centralamtes hängt wesentlich von der sachkundigen Einrichtung und Leitung desselben ab. Nachdem wir bereits die Einrichtung einer einfachen Station kennen, wollen wir nun die einer Central- station kennen lernen und uns mit der Thätigkeit in derselben näher bekannt machen.
In das Centralamt münden die Drähte sämmtlicher Abonnenten ein; in welcher Weise die Leitungen von den Theilnehmern zum Fernsprechamte geführt werden und wie sie daselbst einmünden, wird uns weiter unten noch beschäftigen. Da jeder Theilnehmer im Stande sein muß, mit dem Fernsprechamte und mit jedem anderen Theilnehmer zu verkehren, so muß im Centralamte ein
General- umschalter
aufgestellt sein, durch dessen Vermittlung den genannten Anforderungen entsprochen werden kann. Dieser Umschalter hat also einen doppelten Zweck zu erfüllen: er muß aus einem
Indicator
, d. h. einem Apparate bestehen, durch welchen jeder Theilnehmer anzeigen kann, daß er zu sprechen wünsche; ferner muß ein
Commutator
vorhanden sein, d. h. ein Apparat, der die Verbindung jedes Theilnehmers mit jedem Theilnehmer ermöglicht. Generalumschalter, welche diesen Anforderungen entsprechen, sind nun in verschiedenen Formen construirt und in Anwendung gebracht worden. Doch hat man dem Principe nach nur zwei Haupt- typen zu unterscheiden; der eine, und zwar der ältere Typus ist durch die An- wendung des
Schweizer Umschalters
oder
Wechseltisches
charakterisirt, der andere durch Anwendung von
Contactklinken
, die ursprünglich nach Art der Klappmesser construirt wurden und daher die Bezeichnung
Jack-knifes
erhielten.
Das Princip des
Schweizer Amschalters
veranschaulicht uns Fig. 694. Auf einem, gewöhnlich in Form eines Pultes, angebrachten Grundbrette sind die
Urbanitzky
: Elektricität. 59
Metallschienen
a b c d . . . . T
und
E
befestigt; über diesen und von ihnen sorgfältig isolirt befinden sich die Schienen 1, 2, 3, 4 . . . . Man nennt die Schienen
a b c d
… Horizontalschienen oder Lamellen, die Schienen 1, 2, 3 … Verticallamellen;
T
wird als Telephon- und
E
als Erdlamelle bezeichnet, weil
T
mit dem Sprechapparate des Beamten in der Centrale und
E
mit einer Erdleitung in Verbindung steht. An den Verticalschienen enden bei 1, 2, 3 … die Leitungen der Abonnenten, nachdem sie vorher die Indicatoren
i
1
. . i
4
… passirt haben. Die Horizontallamellen bilden im Ruhezustande lauter einzelne, isolirte Metall-
Fig. 694.
Schweizer Umschalter.
streifen. An allen Kreuzungsstellen der horizontalen mit den verticalen Lamellen sind beide durchsetzende Bohrungen an- gebracht, so zwar, daß ein in ein solches Bohrloch gesteckter Metallstöpsel die be- treffende Verticallamelle mit der ent- sprechenden Horizontallamelle leitend verbindet.
Die Manipulation mit diesem Umschalter ist folgende: Wünscht keiner der Abonnenten zu sprechen, so stecken sämmtliche Stöpsel in der Erdschiene
E
(wie die Figur bei
III
erkennen läßt), d. h. die Leitungen sämmtlicher Abonnenten gehen durch die betreffenden Indicatoren und hierauf durch ihre Verticallamellen und die Erdlamelle
E
zur Erde. Wünscht nun ein Abonnent mit einem zweiten Abonnenten zu sprechen, so ruft er mit Hilfe seines Apparates das Centralamt an.
Vergl. Fig. 683, Seite 919: Man denke sich die Linienleitung von der Station
A
nicht mit der Station
B
verbunden, sondern an
A
4
(Fig. 694) angeschlossen. Der Taster
T
(Fig. 683) wird niedergedrückt und hierdurch der Stromweg von der Batterie
V
über den Taster
T
, den Contact
a
, die Linie, den Indicator
A
4
(Fig. 694) die Schiene 4
IV
und durch
E
zur Erde hergestellt.
Hier fällt die Klappe des betreffen- den Abonnenten herab und läßt dessen Nummer erscheinen. Erkennt auf diese Weise der Stationsbeamte, daß ein Abon- nent, z. B. Nr. 4, zu sprechen wünscht, so zieht er den Stöpsel, welcher die Vertical- schiene 4 des Abonnenten mit der Erd- schiene
E
verband, heraus und setzt ihn bei
IV
ein. Hierdurch wird die Schiene 4 mit der Telephonschiene verbunden, also das Telephon
t
in die Leitung des Abonnenten eingeschaltet, welcher nun um seine Wünsche befragt werden kann. Ist in dieser Weise der Centrale bekannt gegeben worden, daß z. B. Abonnent
A
1
mit
A
2
zu sprechen wünscht, so wird der Stöpsel von
A
1
aus der Erdschiene genommen und etwa in
I
eingestellt, während man den Stöpsel von
A
2
aus der Erdlamelle nach
II
versetzt. Bei dieser Art der Verbindung der Leitungen zweier Abonnenten ist es gleichgiltig, welche Horizontal- lamelle gewählt wird, nur muß hierbei berücksichtigt werden, daß einerseits beide Stöpsel in dieselbe Horizontallamelle gesetzt werden ohne ihre Verticallamelle zu verlassen und daß andererseits nur eine solche Horizontallamelle gewählt werden darf, die noch nicht besetzt ist. Hat man z. B.
A
1
mit
A
2
dadurch verbunden, daß man bei
I
und
II
die Stöpsel einsetzte, so kann, wenn gleichzeitig
A
3
mit
A
4
zu sprechen wünscht, nicht mehr die Horizontalschiene
c
benützt werden, sondern man
Fig. 695.
Berliner’s Centralstation.
hat die Schiene
a, b
oder
d
zu wählen. Die Fig. 694 stellt die Verbindung der Abonnenten
A
1
und
A
2
durch die Horizontalschiene
c
dar, nämlich von
A
1
durch die Verticallamelle 1 bis zur Horizontallamelle
c
in den Stöpsel
I,
durch diesen in die Horizontallamelle
c,
aus dieser durch den Stöpsel
II
in die Vertical- lamelle 2 und von hier nach
A
2
;
man ersieht hieraus zugleich auch, daß während der Verbindung von
A
1
mit
A
2
das Telephon der Centralstation ausgeschaltet ist.
Ein Generalumschalter, wie ihn J.
Berliner
in Hannover, auf dem Principe des Schweizer Umschalters beruhend, herstellt, ist in Fig. 695 für 25 Theilnehmer in perspectivischer Ansicht dargestellt. Der Commutator befindet
59*
sich hierbei auf einem pultförmigen Aufsatze des Tischgestelles; ein verticaler kleiner Schrank über dem Pulte enthält die Indicatoren. Auf die Einrichtung der letzteren wird hier nicht näher eingegangen, weil der ohnehin zunächst zu besprechende Generalumschalter zur eingehenden Beschreibung ähnlicher Apparate Gelegenheit geben wird.
Berliner
ordnet die Horizontalschienen oberhalb und die eigenthümlich geformten Verticalschienen unterhalb an. Rechts auf dem Tische sieht man einen Wechselstöpsel liegen, welcher durch zweierlei Contacte gestattet, entweder das Läutewerk oder die Fernsprechapparate jener Station, mit der man verkehren will, einzuschalten. Auf der linken Seite des Tisches stehen die Hör- und Sprechapparate der Centralstation. Rechts unterhalb der Tischplatte ist ein Kasten angebracht, welcher den Läute-Inductor enthält; natürlich kann auch an Stelle des letzteren eine Batterie in Verwendung kommen. In der Figur ist angenommen, daß 4 mit 8, 9 mit 22 und 16 mit 18 spricht. Die Stöpseln der übrigen Theilnehmer
Fig. 696.
Klinkenumschalter.
stecken in der untersten Horizontalschiene, der sogenannten Erdlamelle.
Eine eingehendere Beschreibung der Constructionsdetails, sowie überhaupt einiger anderer Generalumschalter, welche auf der Wiener elektrischen Ausstellung zu sehen waren, findet man in dipl. Ing. F.
Klein’s
Ausstellungsbericht: „Die Telephonie von Prof. Dr. F. J.
Pisko
“.
Das System des Schweizer Umschalters kam in Nordamerika, bei der
Gower
-Gesellschaft in Paris, bei der Telephongesellschaft in Wien und an anderen Orten, allerdings in constructiv verschiedenen Ausführungen in Anwendung.
Die
Jack-knifes
oder
Klinkenumschalter,
in neuerer Zeit von den Ameri- kanern
Wilson
und
Haskins
erdacht, gewinnen gegenwärtig sehr an Verbreitung. Ihr Princip möge an Fig. 696 erläutert werden, in welcher der Indicator weg- gelassen ist. Man hat sich also zu denken, daß der mit „Linie“ bezeichnete Draht, welcher den Abonnenten mit der Centrale verbindet, vor seinem Anschlusse an
a
den Indicator bereits passirt habe. Da, wie die Figur zeigt, in der Ruhelage
h
2
die um
a
drehbare Metallklinke
h
1
auf der unbeweglich festgeschraubten Klinke aufruht und letztere durch eine Leitung mit der Erde in Verbindung steht, so kann der betreffende Abonnent durch Niederdrücken seines Tasters die Centrale anrufen.
In der Centrale sind die Klinken- schalter und die dazu gehörigen Indicatoren sämmtlicher Theilnehmer in passenden Schränken, den sogenannten
Klappen- schränken
, vereinigt. Fig. 697 ist die schematische Darstellung eines solchen, wie er in den deutschen Fernsprechämtern in Verwendung steht.
In der Beschreibung der deutschen Fernsprechämter folgen wir im Wesentlichen dem vorzüglichen Lehrbuche der Telephonie von C.
Grahwinkel
.
Der Untersatz, zur Hälfte geöffnet gezeichnet, ist mit Fächern versehen, welche zur Aufnahme der Batte- rien
B
dienen; diese werden aus Leclanch
é
- Elementen vereinfachter Form (beiläufig wie sie Fig. 320, Seite 483 darstellt) zusammengesetzt. Auf diesem Untersatze erhebt sich der kastenförmige Aufsatz
G G
, welcher durch Querleisten in fünf übereinander- liegende Fächer getheilt wird. Mit
n
sind auf die Holzleisten aufgeschraubte Eisenleisten bezeichnet. Die fünf Fächer sind durch Scheidewände in je 10 Räume abgetheilt, so daß der ganze Schrank 50 solcher Räume enthält, deren jeder einen Elektro- magnet aufnimmt. Die Einrichtung der ein- zelnen Fächer selbst ist aus Fig. 698 zu ersehen, in welcher die untere Ecke des Klappenschrankes von der Vorderseite gesehen und der Querschnitt durch eine Zelle dar- gestellt ist. Der von den Holzleisten
G
mit ihren Eisenschienen
n
frei gelassene Raum wird durch die Eisenplatten
p
nach vorne ab- geschlossen; jede dieser Eisenplatten trägt eine Nummer, so zwar, daß die Nummern in der Kastenecke links oben mit 1 beginnen und rechts unten mit 50 abschließen. Diese Nummern sind jedoch, wenn der betreffende Theilnehmer nicht spricht, durch die Klappen
K
verdeckt; sie werden gegen die Stifte
i
herabgeschlagen, sobald die Centrale angerufen wird.
Fig. 697.
Klappenschrank.
Unterhalb jeder Klappenreihe ist stets eine Reihe von Bohrungen angebracht, welche mit Messing ausgefüttert sind; die Bohrungen tragen dieselben Nummern, wie die darüber befindlichen Klappen (z. B. bei der umgelegten Klappe 42 zu sehen). Solche Bohrungen sind aber auch an den seitlichen Verticalleisten des Kastens zu je 25 angebracht; die Nummern derselben sind aber so vertheilt, daß sich die geraden Zahlen auf der einen, die ungeraden Zahlen auf der andern Seite befinden. Der Zweck dieser Einrichtung soll später angegeben werden.
Im Innern der Zellen ist die horizontale eiserne Grundplatte
g
durch Schrauben am unteren Ende der Platte
p
befestigt; auf dieser Grundplatte ruht unter Vermittlung der Holzleiste
v
der Elektromagnet auf, von welchem nur der Schenkel
E
mit Drahtwindungen versehen ist, während der Kern
E
1
ohne Um- windungen bleibt. Dieser trägt den Messingwirkel
w
, an welchem die Feder
f
mit dem Anker
a
des Elektromagnetes befestigt ist. Die Stellung des Ankers kann
Fig. 698.
Klappenschrank.
durch die Schraube
R
regulirt werden. An dem gegen die Platte
p
gerichteten Ende des Ankers sitzt, durch zwei Schrauben festgehalten, der Haken
h
, welcher durch eine Oeffnung der Platte
p
herausragt. Die um
c
drehbare Klappe
K
, welche gewöhnlich die Nummer auf der Platte
p
verdeckt, ist in dem Querschnitte umgelegt und ruht auf dem Stifte
i
auf. Auch diese Klappe ist mit einer ent- sprechenden Oeffnung versehen, durch welche der Haken
h
durchgreift und die Klappe geschlossen erhält, so lange kein Strom durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes fließt. Die Drähte des letzteren enden in den isolirten Messing- plättchen
m
(im Querschnitte nur eines sichtbar), von welchen eines mit dem Liniendrahte des betreffenden Abonnenten, das andere mit der Erdleitung in Ver- bindung gesetzt ist.
Sobald die Drahtwindungen des Elektromagnetes von einem Strome durch- flossen werden, zieht
E
seinen Anker
a
an und senkt dadurch den Haken
h
. Nun fällt die Klappe
K
, theils in Folge ihres Gewichtes, theils in Folge des Druckes, welchen die kleine Bandfeder
b
ausübt, auf den Stiften
i
herab und deckt die auf der Platte
p
befindliche Nummer auf. Hierdurch erfährt der Stationsbeamte, daß der betreffende Abonnent zu sprechen wünscht. Ersterer wird nun seinen Fernsprech- Apparat mit jenem des Correspondenten verbinden. Es mag hier bemerkt werden, daß die deutschen Fernsprechämter für die Theilnehmer fast ausschließlich Telephone, sowohl als Sender als auch als Empfänger, verwenden (wie in den Fig. 683, 688, Seite 919 und 924 dargestellt) und nur in den
Vermittlungsämtern
(Centralen) Mikrophone (von Blacke oder von Berliner) als Sender in Verwen- dung bringen, weil diese ein leiseres Sprechen der Beamten ermöglichen und dadurch deren Dienst erleichtern; auch ist in den Fernsprech-Apparat des Beamten kein Wecker eingeschaltet.
Bevor wir nun an den Fig. 699 und 700 die im Vermittlungsamte vor- zunehmenden Schaltungen näher in’s Auge fassen, möge eine Einrichtung noch erklärt werden, auf welche weiter oben bereits hingewiesen wurde: die 25 Bohrungen in den Verticalleisten zu beiden Seiten des Klappenschrankes. Würde man zwei Abonnenten, die miteinander zu sprechen wünschen, dadurch in Verbindung setzen, daß man die beiden Endstöpsel einer Leitungsschnur in die betreffenden unter den Klappen befindlichen Bohrungen stecken würde, so hätte man dadurch in die Linie dieser beiden Abonnenten die Indicatoren beider eingeschaltet und dadurch den Widerstand der Leitung in ganz unnützer Weise vermehrt. Dies zu vermeiden, ist nun der Zweck der zu beiden Seiten des Klappenschrankes angebrachten Bohrungen. Hinter letzteren sind nämlich keinerlei Indicatoren, sondern nur Contactklinken angebracht; da hierdurch für die Verbindung jedes Abonnenten mit jedem Abon- nenten zweierlei Stöpselungen, nämlich eine mit Einschaltung des Indicators und eine ohne Einschaltung desselben, zur Verfügung stehen, so kann jederzeit bei der Verbindung zweier Abonnenten untereinander der Indicator eines derselben, als nicht nur unnöthig, sondern sogar störend, ausgeschaltet werden.
In jüngster Zeit werden jedoch, wie Postrath
Oesterreich
mittheilt, die Klappen- schränke bedeutend schmäler gebaut, indem man 10 Klappenreihen zu 5 Klappen übereinander anordnet und die 25 Bohrungen an jeder Seite des Schrankes ganz wegläßt. Um nun doch stets einen Elektromagnet ausschalten zu können, wurde einerseits die Stromführung zum Indicator abgeändert, andererseits jede Leitungsschnur mit zwei voneinander verschiedenen Stöpseln versehen. Einer derselben behält nämlich seine ursprüngliche Einrichtung, d. h. er besteht auch in dem Stücke
r b
(Fig. 696) aus isolirendem Materiale (Hartgummi), während der Stöpsel am entgegengesetzten Ende der Leitungsschnur in dem Theile
r b
aus Messing besteht, welches mit
s
leitend verbunden ist. Die Aenderung in der Stromführung läßt sich durch eine Vergleichung des Querschnittes in Fig. 698 mit jenem in 699 erkennen. Während nämlich bei der neueren Einrichtung die Klemme
A
1
(Fig. 699), d. h. jene Klemme auf der Oberkante des Klappenschrankes, an welche die Linienleitung des Abonnenten
A
angeschlossen ist, sowohl mit der zugehörigen Bohrung als auch mit dem Elektromagnete
E
in Verbindung steht, ist diese Klemme bei der älteren Einrichtung mit der Klinke eines seitlichen Bohrloches verbunden und erst von hier aus die Leitung über
y m
(Fig. 698) zum Elektromagnete
E
geführt. Wie diese neue Einrichtung wirkt, ergiebt sich aus obiger Besprechung der Schaltung mit Hilfe der Fig. 699. Die Wirkungsweise der neuen Einrichtung wird bei Fig. 700 besprochen.
.
Wir wollen nunmehr die in der Centrale auszuführenden Schaltungen an Hand der schematischen Figuren 699 und 700 verfolgen. Abonnent
A
wünscht mit dem Abonnenten
B
zu sprechen.
A
drückt zu diesem Behufe den Taster
t
seines uns bereits bekannten Fernsprech-Apparates (Fig. 699) nieder und ver- anlaßt hierdurch die Entsendung eines Stromes seiner Batterie
B
nach der Cen- trale auf folgendem Wege: Der Strom geht von einem Pole der Batterie
B
(deren anderer Pol mit der Erde in Verbindung steht) durch den Liniendraht zur Klemme
A
1
, welche auf der oberen Kante des Klappenschrankes in der Centrale befestigt ist. Hier stehen ihm zwei Wege offen, nämlich über
b
, den Elektromagnet
E
, die Klinke
k
, den mit ihr in Berührung stehenden Contact 1 und zur Erde, oder
Fig. 699.
Verbindung eines Theilnehmers mit der Centrale.
über
c
durch die Feder
f
in einen Fortsatz der Messingfassung
m m
des Bohr- loches. Da aber diese Messingfassung isolirt in der Holzleiste
G
steckt (der Stöpsel ist vorläufig
nicht
eingeschoben zu denken), kann er hier nicht weiterfließen; der vom Abonnenten
A
entsandte Strom wird daher den ersten Weg, also durch den Elektromagnet
E
wählen müssen. Dieser zieht in Folge dessen seinen Anker
h
an und bringt die Klappe
K
zum Herabfallen. Hierdurch wird, wie oben angegeben, die Nummer jenes Abonnenten (
A
) bloßgelegt, welcher zu sprechen wünscht.
Der Stationsbeamte steckt jetzt den einen Stöpsel einer Leitungsschnur in das unter der aufgedeckten Nummer befindliche Loch
m m
(wie durch punktirte Linien angedeutet), den anderen Stöpsel in das Loch
a
(vergleiche Fig. 697 und 698 unterste, horizontale Lochreihe). Hierdurch wird die Klinke
k
von
l
abgehoben und mit dem Stifte des einen Stöpsels in Contact gebracht, indeß der Stift des Stöpsels in
a
die Klinke
u
von der Erdleitung
e
abhebt und hierdurch den Fernsprechapparat des Abonnenten
A
mit dem Fernsprechapparate
C
der Centrale verbindet. (Den Wecker
W
in derselben hat man sich wegzudenken; er wurde nur deßhalb in der Figur aufgenommen, um gleichzeitig ein
vollständiges
Schema einer Station mit Mikrophon
M
zu geben.) Der Stationsbeamte kann nun den Abonnenten um seine Wünsche fragen und dessen Aufträge entgegennehmen, sobald er das Hörtelephon
H
von dem Schalthebel herabgenommen hat. Dieser muß bei Anwendung eines Mikrophons, wie oben bereits erwähnt (S. 920), gleichzeitig zwei Contacte
I
und
II
schließen, weil zwei Ströme, der primäre und der secundäre, auftreten. Es ist zu diesem Zwecke unterhalb des Schalthebels nicht nur der Contact
II
angebracht, sondern auch noch der Contact
I;
auf diesen wird durch die Drehung des Schalthebels, unter Ver- mittlung des vom letzteren isolirten Stiftes
x
, eine Metallfeder nieder- gedrückt, welche auf einem mit dem primären Drahte im Mikro- phone
M
verbundenen Metall- stücke befestigt ist. Das andere Ende des primären Drahtes steht mit der Batterie
B
1
in Verbin- dung; der primäre Strom der Batterie
B
1
geht somit, wenn der Schalthebel die Feder bei
x
nieder- drückt, von
B
1
über
d d
1
in die primäre Spirale von
M
, aus dieser heraus durch die Metall- feder zum Contacte
I
und von
Fig. 700.
Verbindung zweier Theilnehmer.
hier durch
g g
1
zur Batterie zurück. Die secundären Ströme verlaufen von der secundären Spule aus über 2, den Contact
II
, den Schalthebel 3, 5, 6, 7, 8 und 9 zur Klinke
u
, die in bereits angegebener Weise mit dem Fernsprechapparate des Abonnenten
A
in Verbindung steht.
Hat Abonnent
A
dem Fernsprechamte mitgetheilt, daß er mit
B
zu sprechen wünscht, so stellt der Beamte den einen Stöpsel der Leitungsschnur in das Bohrloch unter der Nummer des anzurufenden Abonnenten
B
und setzt dessen Wecker in Thätigkeit. Hierauf wird der zweite Stöpsel der Leitungsschnur in die Schaltvorrichtung für
A
gesteckt und auf diese Weise
A
mit
B
in Ver- bindung gesetzt.
Die Verbindung der Abonnenten
A
und
B
in der Centrale zeigt Fig. 700.
A
1
und
B
1
sind die Klemmen, an welche die Liniendrähte der beiden Abonnenten angeschlossen sind. Würde man nun zwei gleichartige Stöpsel
S S
1
nehmen, und zwar von der in Fig. 696 dargestellten Construction, so wären die Elektromagnete
E E
1
beider Abonnenten in die Leitung eingeschaltet. Es erscheint aber nur der Elektromagnet
E
eingeschaltet, wenn
S
ein Stöpsel gewöhnlicher Construction ist,
S
1
aber an dem Stücke
m m
durch einen Metallcylinder umhüllt ist, der mit der Spitze des Stöpsels in Verbindung steht. In diesem Falle ist nämlich der verbin- dende Stromweg zwischen
A
1
und
B
1
folgender: Von
A
1
über den Elektromagnet
E
zur Klinke
k
, durch den mit ihr in Berührung stehenden Contactstift des Stöpsels
S
und durch die Leitungsschnur
l
zum Stöpsel
S
1
. (Von
A
1
aus durch die punktirt gezeichnete Leitung nach
n
kann kein Strom gehen, weil der Stift des Stöpsels
S
nur mit
k
in Berührung steht.) Von
S
1
aus stehen aber dem Durchgange des Stromes zwei Wege offen, nämlich: erstens durch den Contactstift des Stöpsels
S
1
über die Klinke
k
1
und den Elektromagnet
E
1
nach
B
1
und zweitens von der mit dem Stifte verbundenen Metallfassung dieses Stöpsels über
m n
1
nach
B
1
. Da auf dem ersten Wege der Widerstand der Drahtwindungen des Elektro- magnetes
E
1
, auf dem zweiten Wege aber nahezu gar kein Widerstand zu über- winden ist, schlägt der Strom den letztbeschriebenen Weg ein, d. h. der Elektro- magnet
E
1
ist ausgeschaltet, während
E
eingeschaltet bleibt.
Haben die beiden Personen ihr Gespräch beendet, so giebt
A
abermals ein Anrufzeichen in das Vermittlungsamt und setzt hierdurch den Beamten hiervon in Kenntniß. Dieser zieht beide Stöpseln heraus und stellt derart wieder den an- fänglichen Zustand her.
Die Klappenschränke der deutschen Fernsprechämter, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurden, lieferte die Firma
Siemens \& Halske
. Es bedarf wohl kaum einer Erwähnung, daß Klappenschränke unter Anwendung von Klinkenumschaltern auch von anderen Firmen construirt wurden; doch würde die Beschreibung der- selben über den Rahmen des vorliegenden Werkes hinausreichen. In Bezug hierauf, sowie auch auf die Einrichtung von Telephonzwischenstationen, die Verbindung mehrerer Fernsprechämter untereinander u. dergl. muß vielmehr auf die schon erwähnten Specialberichte und Werke verwiesen werden.
Um von den Einrichtungen und der Wirksamkeit einer Centralanstalt ein vollständiges Bild zu erhalten, erübrigt uns noch die Beschreibung der
Telephon- leitungen,
welche die einzelnen Sprechstationen mit dem Vermittlungsamte ver- binden. Eine systematische und wohldurchdachte Anlage des Leitungsnetzes gehört mit zu den wichtigsten Bedingungen für eine gedeihliche Entwicklung der ganzen Fernsprechanlage. Sind die Hauptlinien ursprünglich schlecht gewählt, so werden hierdurch die Anschlüsse sehr erschwert und unnöthig vertheuert. Die Umlegung bedeutenderer Linien ist nur mit erheblichen Störungen und namhaften Kosten möglich. Die Hauptbedingungen, welche beim Entwurfe des Leitungsnetzes zu be- rücksichtigen sind, bestehen in Folgendem: Das Vermittlungsamt soll möglichst central liegen und von dort aus sollen die Linien radienförmig auslaufen, wodurch die seitlichen Anschlüsse an die einzelnen Häuser in einfacher Weise ausführbar werden; die Anlage muß derart hergestellt werden, daß sie eine bedeutende Steigerung ihrer Leistungsfähigkeit ermöglicht; man wird deshalb Hauptlinien in der Regel mit doppelten, wohl auch dreifachen Gestängen ausrüsten, da einfache Gestänge eine bedeutende Erhöhung ihrer Belastung nicht vertragen. Drahtdurchkreuzungen sind stets zu vermeiden, weil diese in Folge eines Drahtbruches bedeutende Betriebs- störungen verursachen können. Bei Errichtung mehrerer Vermittlungsämter in einer Stadt ist für jedes derselben ein bestimmter Bezirk abzugrenzen und innerhalb des- selben auf dieselben Punkte Rücksicht zu nehmen, wie bei der Errichtung nur einer Centralstation.
Ebenso vorsichtig wie bei der Bestimmung des Leitungsnetzes hat man bei der Wahl der Stützpunkte vorzugehen; bei oberirdischen Leitungen, wie sie in den meisten Städten ausgeführt wurden, benützt man hierzu die Dächer, deren Con- struction man sorgfältig zu untersuchen hat, ob sie fest genug ist, um ohne Gefährdung das Gestänge tragen zu können. Da theils in Folge der Neuheit der Sache, theils verschiedener Vorurtheile von den Hauseigenthümern der Be- nützung des Daches häufig Schwierigkeiten in den Weg gelegt werden, wird man gut thun, sich zunächst die Benützung öffentlicher Gebäude oder solcher von Gesell- schaften zu sichern und dann in erster Linie jene Häuser in Betracht ziehen, welche Theilnehmern an der Fernsprechanlage angehören. Es ist selbstverständlich, daß die
Fig. 701.
Telephon-Gestänge.
Unternehmung für jeden durch Herstellung der Leitung etwa verursachten Schaden bereitwilligst die Ausbesserung desselben zusagen muß.
Eine Hauptursache, aus welcher sich die Hauseigenthümer der Anbringung von Gestängen auf ihren Häusern widersetzen, besteht in der vollkommen falschen Anschauung: es werde hierdurch die
Blitzgefahr
vergrößert. Es herrscht leider noch vielfach die absolut unrichtige Meinung, daß die Wirksamkeit eines Blitz- ableiters in der Herabziehung des Blitzes und Ableitung desselben zur Erde bestehe. Hiernach würden dann die eisernen Gestänge ohne Ableitung zur Erde sehr gefährlich sein. In Wirklichkeit beruht aber die Wirksamkeit eines Blitzableiters auf der Spitzenwirkung (Seite 95 u. f.). Eine z. B. positiv elektrische Gewitter- wolke erregt in dem Gebäude, über welches sie hinzieht, negative Influenzelektricität; ist die Spannung hinlänglich groß, so erfolgt die Ausgleichung beider Elektricitäten in Form eines elektrischen Funkens — des Blitzes. Ist nun dieses Gebäude mit einer Spitze, d. h. einem Blitzableiter versehen, so strömt durch diesen die negative Influenzelektricität gegen die Wolke aus und bewirkt dadurch eine theilweise Ent- ladung derselben, während die Erdleitung des Blitzableiters der positiven Influenz- elektricität Gelegenheit giebt, zur Erde abzufließen. Zwischen dem Gebäude tritt sonach ein
continuirlicher
Ausgleich beider Elektricitäten (der positiven der der Wolke und der negativen Influenzelektricität) ein und dies verhindert die
plötzliche
Ausgleichung — den Blitzschlag. Der Ausgleich in continuirlicher Weise erfolgt allerdings nicht immer hinreichend schnell und dann schlägt der Blitz — aber immerhin in geschwächter Kraft — in den Blitzableiter ein und in diesem Falle kann allerdings die Erdleitung eine unschädliche Ableitung bewirken. Sind also die Ständer und Leitungen einer Telephonanlage auch in Bezug auf die Blitz- gefahr sachgemäß hergestellt, so bilden sie — weit entfernt die letztere zu erhöhen — vielmehr einen ausgiebigen Schutz gegen dieselbe. Wo man gegen Belehrung sich ablehnend verhält, wird es angezeigt sein, dem betreffenden Hauseigenthümer einen
Fig. 702.
Telephon-Gestänge.
Fig. 703.
Isolator-Stütze.
Blitzableiter aufzustellen, damit nicht eine etwa nachträgliche Kündigung des Benützungsrechtes zur Umlegung der Leitung nöthigt.
Als
Leitungsmateriale
stehen Eisen- und Phosphorbronzedrähte in An- wendung; letztere z. B. in Wien. Bei den deutschen Fernsprechanlagen wird ver- zinkter Gußstahldraht von 2·2 Millimeter Durchmesser verwendet, welcher eine Spannweite bis zu 400 Meter gestattet. Er besitzt eine Leitungsfähigkeit von 9·5 Procent jener eines Kupferdrahtes von gleichem Querschnitte und ein Gewicht von 30 Kilogramm per 1000 Meter. Als Isolatoren verwendet man Doppel- glocken, wie wir ähnliche bereits kennen gelernt haben (Seite 582).
Die
Gestänge
können aus Eisen, sowie auch aus Holz bestehen. Erstere werden aus schmiedeisernen cylindrischen Röhren von 6·7 bis 7·5 Centimeter äußerem Durchmesser und 0·5 Centimeter Wandstärke hergestellt. Gestänge mit einem Rohrständer werden zur Befestigung von höchstens 12 Leitungen benützt, während für eine größere Anzahl von Drähten Gestänge mit zwei, drei, seltener vier Rohrständern zur Aufstellung gelangen. Derartige Gestänge mit einem und zwei Röhrenständern sind in Fig. 701 abgebildet, woraus auch zugleich die entsprechenden Dimensionen (in Metern) zu ersehen sind. Die Befestigung der Querträger
Q Q
an dem Rohrständer
R
und der Stützen
S S
(für die Isolatoren) an den Querträgern zeigt Fig. 702 in Ober- und Seitenansicht. Man ersieht hieraus, daß die Quer- träger aus zwei miteinander vernieteten Flachschienen zusammengesetzt sind und durch ein
U
-förmig gebogenes Eisenband
R
an dem Rohrständer verschraubt werden.
Hölzerne
Gestänge werden sowohl als einfache Masten, als auch als Doppel- gestänge verwendet. Bei Uebergängen von Dachleitungen auf derartige Gestänge müssen die Masten oft bedeutende Längen erhalten; man verwendet solche bis zu 24 Meter Länge. Die gewöhnlich benützten Isolatorstützen sind gerade (
S S
Fig. 702); an Stelle dieser treten
U
-förmig gekrümmte (Fig. 703), wenn es sich um eine nahezu senkrechte Drahtabzweigung handelt, weil hierdurch die Berührung des Drahtes mit eisernen Bestandtheilen des Gestänges leichter zu vermeiden ist.
Bei
Aufstellung
der eisernen Gestänge zieht man Balkenwerk dem Mauer- werke vor, weil bei letzterem das
Tönen
der Leitungen viel heftiger auftritt. Es ist strengstens darauf zu sehen, daß die Gestänge äußerst solid befestigt werden, da
Fig. 704.
Oberbund.
Seitenbund.
sie nicht nur die Last der Drähte zu tragen haben, sondern auch den stärksten Stürmen erfolgreichen Widerstand entgegenzusetzen im Stande sein müssen. Es schadet nichts, in dieser Richtung etwas zu viel zu thun. Durch eine unzureichende Befestigung kann nicht nur ein bedeutender localer Schaden entstehen, sondern ein derartiger Unfall kann selbst die ganze Anlage in Mitleidenschaft ziehen, indem er eine größere Anzahl von Hauseigenthümern veranlaßt, das Benutzungsrecht ihrer Dächer zu kündigen. Man wird daher in Fällen, wo die Befestigung der Gestänge z. B. an den Balken eines Dachstuhles nicht vollkommen ausreichend erscheint, die Gestänge durch Anker aus Leitungsdraht oder Stabeisen sichern. Zu diesem Behufe versieht man die Rohrständer mit Ringklemmen, von welchen aus drei- bis achtfach zusammengedrehter, vier Millimeter dicker Leitungsdraht zum Holz- oder Mauerwerke geführt und dort durch Ankerhaken sicher festgelegt wird.
Zum Schutze der Dächer werden die Gestänge auch mit Laufbrettern aus- gerüstet, damit die Arbeiter nicht auf dem Dache selbst herumgehen müssen. An jenen Stellen, an welchen das Gestänge die Bedachung durchsetzt, muß für eine sorgfältige Verdichtung Sorge getragen werden, um das Eindringen des Regen- wassers zu verhindern.
Das
Aufbringen der Leitungen
, d. h. die Befestigung der Drähte auf den Isolatoren, erfolgt in nachstehender Weise: Nachdem die Gestänge mit ihren Isolatoren befestigt sind, postirt man bei jedem Gestänge einen Arbeiter und rüstet ihn mit einer hinreichend starken Leine aus. Die Arbeiter beim ersten und letzten Gestänge versieht man mit leichten Holztrommeln, auf welchen der Leitungsdraht aufgerollt ist. Nun wirft jeder Arbeiter das eine Ende seiner Leine in der Richtung auf die Straße, in welcher die Leitung geführt werden soll. Je zwei auf dieselbe Straße geworfene Enden werden dann durch einen bereitstehenden Arbeiter mit- einander verknüpft und durch Wiederholung dieses Vorganges in allen zu über- setzenden Straßen eine ununterbrochene Leine über die Dächer hinweg hergestellt. Hierauf wird der Leitungsdraht beim ersten Gestänge an die Leine befestigt und durch diese über alle folgenden Gestänge gezogen; gleichzeitig läßt man noch eine zweite Leine mitlaufen. Ist der erste Draht am letzten Gestänge befestigt, so
Fig. 705.
Mittel gegen das Summen.
Fig. 706.
Mittel gegen Juductionswirkungen.
wird daselbst ein zweiter Leitungsdraht an die Leine geknüpft und durch die zweite Leine zum ersten Gestänge herüberzogen u. s. w., bis alle Leitungen gezogen sind. Das Festbinden der Leitungen auf die Isolatoren erfolgt durch gewöhnlichen Bindedraht (verzinkten Eisendraht) von zwei Millimeter Durchmesser. In Fig. 704 ist ein sogenannter
Oberbund
und
Seitenbund
dargestellt; ersteren benützt man in gerader Strecke, letzteren wendet man bei Curven und Winkeln an.
Das
Tönen, Summen
oder
Surren
der Leitungen, welches wohl Jedermann schon an Telegraphenleitungen beobachtet hat, tritt bei den oft in großer Anzahl über die Häuser geführten Telephondrähten häufig in äußerst belästigender Weise auf. Man schreibt dies den Schwingungen der Drähte, hervorgerufen durch Winde, oder molecularen Schwingungen in Folge von Temperaturschwankungen oder endlich (wie Zacharias) dem Mitschwingen der Porzellanglocken (Isolatoren) zu und bedient sich zur Beseitigung dieses Uebelstandes verschiedener Mittel. So werden z. B. die Rohrständer nicht direct, sondern unter Zwischenlage einer beiläufig 8 Millimeter dicken Bleischichte an ihre Unterlagen befestigt. (Blei scheint bessere Resultate zu geben als Kautschuk.) Die Rohrständer selbst werden mit Asche, Schutt und dergleichen ausgefüllt, und wo möglich an Holz- und nicht an Mauerwerk befestigt. Außerdem hat die deutsche Postverwaltung die in Fig. 705 dargestellte Befestigungsweise der Leitungs- drähte an den Isolatoren eingeführt. Man umgiebt den Leitungsdraht an jener Stelle, mit welcher er im seitlichen Drahtlager zu befestigen ist, mit einem 10 Centimeter langen und 1·5 Centimeter starken Gummicylinder. Dieser besitzt eine hinreichend weite centrale Bohrung, um den Draht aufzunehmen und ist der Länge nach aufgeschlitzt (um das Aufschieben auf den Draht zu ermöglichen). Der Gummicylinder, der mit seinem Schlitze vom Isolator abgekehrt aufgeschoben ist, wird dann seiner ganzen Länge nach mit Bleistreifen umwunden und schließlich durch gewöhnlichen Bindedraht an dem Isolator festgebunden. Langt dieses Mittel nicht aus, so versieht man den Leitungsdraht in einer Entfernung von 1 bis 1 5 Meter vom Isolator, zu beiden Seiten desselben, mit einer ähnlichen Gummi-Umhüllung. Nach
Zacharias
beseitigt man das Tönen am einfachsten durch Umlegen von doppelt besponnenem und gewachstem Kupfer- oder Bleidraht, welcher beiläufig 20 bis 30 Millimeter vom unteren Rande des Isolators festgewürgt wird. Ein vollkommen sicher wirkendes, aber kostspieliges Mittel besteht in der Einschaltung einer Kette an jener Stelle des Leitungsdrahtes, an welcher dieser an dem Isolator befestigt werden soll. Hierbei wird dann die Kette unter Kautschuk- zwischenlage im Seitenbunde festgebunden. Die beiden Anschlußstellen des Leitungsdrahtes an die Kette verbindet man durch einen über den Kopf des Isolators geführten Hilfsdraht.
Laufen zwei oder wenige Telephonleitungen auf große Strecken miteinander parallel, so treten nicht selten
Störungen durch Induction
ein, die so stark sein können, daß man auf der zweiten Linie Alles hört, was auf der ersten gesprochen wird. Dem kann abgeholfen werden durch Anbringung einer Nebenschließung zum Leitungsdrahte vor dessen Eintrittsstelle in den Sprechapparat. Die Größe des Widerstandes dieser Neben- schließung, die aus einer kleinen mit feinem Drahte hergestellten Widerstandsrolle besteht, ist für jeden speciellen Fall besonders zu reguliren. Hierdurch bringt man es dahin, daß das im Nebendrahte Gesprochene nicht mehr hörbar wird, was aber allerdings auch die Empfindlichkeit des Fernsprechers etwas vermindert. Ein anderes Mittel besteht darin, daß man die Leitungsdrähte an jeder dritten oder vierten Stütze sich durchkreuzen läßt, wie dies Fig. 706 zeigt Man verwendet hierzu Doppelconsolen und läßt die Drähte an den Isolatoren endigen; die kreuzweise Verbindung wird dann durch isolirte um die Stange geführte Drähte hergestellt.
Ob
Blitzableiter
an den Gestängen anzubringen sind, ist wohl nicht mit Sicherheit zu entscheiden, da wahrscheinlich auch die vielen Leitungsdrähte mit ihren zahlreichen Erdleitungen in den Fernsprechstationen denselben Dienst thun. Man wird jedoch zur Herstellung eigener Blitzleitungen häufig durch die Hauseigen- thümer, auf deren Dächern die Gestänge aufgestellt sind, genöthigt. Es wird deshalb gewöhnlich jedes vierte Gestänge in einen Blitz-
Fig. 707.
Einführungsglocke.
ableiter verwandelt, indem man dasselbe durch ein Drahtseil (bestehend aus drei zusammen- gedrehten Leitungsdrähten von 4 Millimeter Durchmesser) mit feuchter Erde in gut leitende Verbindung setzt. Jene Gestänge, welche keine derartige Ableitung erhalten, verbindet man mit den in Blitzableiter umgewandelten Gestängen durch 4 Millimeter starke Leitungsdrähte. In jedem Falle sind aber am Hause etwa vorhandene Metallmassen (z. B. Reservoirs) oder Blitz- ableiter mit den Gestängen auf dem kürzesten Wege in gut leitende Verbindung zu setzen. Sind Wasserleitungen vorhanden, so können die Blitzleitungen mit diesen verbunden werden.
Für die zu den Blitzableitern gehörigen
Erdleitungen
hat das k. preußische Ingenieur- Comit
é
nachstehende Vorschriften angegeben: „Jede Ableitung erhält eine Platte, welche unter den niedrigsten Grundwasserspiegel zu versenken ist; ein Brunnen darf hierzu nur benützt werden, falls derselbe nicht im Hause liegt. Wo kein Wasser zu erreichen ist, legt man eine längere Leitung, wenigstens 60 Centimeter unter die Erdoberfläche und zweigt abwechselnd alle 5 Meter eine 3 Meter lange Ader ab; Erdplatten sind hier nicht nothwendig. — Als Erdplatten verwendet man 2 Millimeter dicke Kupferplatten, im Wasser 0·25 Quadratmeter, in feuchter Erde 0·5 Quadratmeter groß. Bei mehreren Platten für ein Gebäude kann man die Dimensionen etwas kleiner wählen.
Das
Einführen der Leitung
zur Fernsprechstelle eines Theilnehmers erfolgt durch Abzweigung eines Drahtes von der zunächst gelegenen Hauptlinie und Weiterführung dieses Drahtes auf Isolatoren, welche unter Benützung des Mauerwerkes der Häuser befestigt sind. In dieser Weise wird die Leitung, wenn irgend möglich, bis an die Außenseite jenes Raumes geführt, in welchem sich der Fernsprech-Apparat befindet. Unterhalb des Isolators, an welchem die Leitung endigt, wird die Mauer durchbohrt, um das zur Verbindung der Außenleitung mit der Zimmerleitung bestimmte Bleirohrkabel durchstecken zu können. Die Ver- bindungsstelle des Bleirohrkabels mit der Außenleitung schützt man gegen die
Fig. 708.
Einführungsthurm eines Centralamtes.
Einwirkung feuchter Witterung durch eine Schutzglocke aus
Hartgmmi
(Fig. 707). In den Kopf dieser Glocke ist verzinkter Eisendraht vollkommen wasserdicht ein- gelassen, dessen äußeres Ende um den Leitungsdraht mehrfach gewunden und mit diesem verlöthet wird, während man das in die Glocke ragende Ende zu einer Oese formt. Durch diese steckt man den blank gemachten Kupferdraht des Blei- kabels, windet ihn mehrfach um den Draht oberhalb der Oese und verbindet ebenfalls durch Löthung. Die Glocke muß vertical stehen und darf das Bleirohr- kabel nicht ihre Ränder berühren. Im Telephonzimmer selbst verwendet man zur Leitung einen 1 Millimeter starken Kupferdraht, der mit Baumwolle umsponnen und dann mit Wachs getränkt ist (Wachsdraht). Die
Erdleitung
wird aus Kupfer- draht von 1·5 Millimeter Durchmesser hergestellt, den man an die Gas- oder Wasserleitungsröhren verlöthet. Sind solche nicht vorhanden oder nicht leicht erreich- bar, so legt man eine besondere Erdleitung an, bestehend aus drei zusammen- gedrehten Eisendrähten von je vier Millimeter Durchmesser, die bis in das Grund- wasser reicht.
Zur übersichtlichen und leicht zugänglichen Einführung einer großen Anzahl von Leitungsdrähten in das Vermittlungsamt errichtet man auf dem Dache jenes Hauses, in welchem sich das Vermittlungsamt befindet, einen hölzernen Thurm (Fig. 708), an dessen Außenwänden die Isolatoren reihenweise befestigt sind. Dieser wird in möglichst geringer Entfernung von den ringsum im Viereck oder Achteck aufgestellten Endgestängen (
Abspanngestängen
) umgeben. Der Thurm ist mit einem weit vorspringenden Blechdache bedeckt, mit zwei Oberlichtfenstern und mit einer auf die ihn umgebende Plattform führenden Thüre versehen. Die Leitungs- drähte auf den Abspanngestängen sind mit den Isolatoren auf dem Thurme durch Eisendrähte verbunden. Im Inneren des Thurmes werden die Leitungen in vier- drähtigen Bleirohrkabeln weitergeführt, welche an den Wänden des Thurmes befestigt sind. An den oberen Enden sind die Kabeln von den Bleiröhren befreit, um die einzelnen, isolirten Kupferdrähte durch die Holzwand führen und mit den auf den Isolatoren befestigten Leitungsdrähten verbinden zu können. Vom Thurme reicht ein Holzschacht bis in das Vermittlungsamt herab, in welchem die Drähte zu den einzelnen Klappenschränken geleitet werden.
Während die Telephonleitungen in den meisten Städten zum weitaus größten Theile oberirdisch geführt werden, stehen in Paris fast nur unterirdische Kabelleitungen in Ver- wendung. Die Herstellung der letzteren ist allerdings kostspieliger und besonders dann, wenn ausgedehnte Erdarbeit ausgeführt werden muß; auch müssen hierbei stets besondere Ein- richtungen getroffen werden, um die Inductionswirkungen unschädlich zu machen. Anderer- seits ist aber in manchen Städten, und zwar auf besonders stark besetzten Linien, also z. B. namentlich in der Nähe der Centralen, die Zahl der Luftleitungen so sehr angewachsen, daß selbst drei- und vierfache Gestänge nicht mehr ausreichen und daß man deshalb mit der Ver- mehrung der Drahtleitungen nicht mehr weiter gehen kann. Man wird sich daher wenigstens für derartige stark besetzte Linien wohl oder übel doch zur Anwendung von Kabeln entschließen müssen.
Paris
besitzt den Vorzug eines ausgedehnten und vielfach verzweigten Canalsystemes; der Telephon-Gesellschaft wurde gestattet, ihre Kabel an den Wölbungen dieser Canäle zu führen, wodurch die Erdarbeiten fast ganz wegfallen. Die hier zur Anwendung gelangten Kabel sind Bleirohrkabel, welche durch eiserne, in die Gewölbe der Canäle eingelassene drei- fache Haken zu je 15 (also im Ganzen 45) getragen werden. Jedes Bleirohrkabel enthält 7 Doppelleitungen (Hin- und Rückleitung), also 14 Einzelleitungen. Jede der letzteren besteht aus drei zusammengedrehten 0·5 Millimeter starken Kupferadern und ist mit Guttapercha von den anderen Drähten isolirt; ein auf diese Weise gebildeter Leitungsdraht hat sammt seiner Guttapercha-Umhüllung einen Durchmesser von beiläufig 2·2 Millimeter. Jeder Draht ist mit Baumwolle bestimmter Färbung umsponnen, so zwar, daß je zwei Drähte (Tour- und Retourdraht eines Abonnenten) stets gleiche Farbe zeigen. Diese werden dann zusammen- gedreht und bilden auf diese Weise 7 Doppeldrähte verschiedener Färbung; diese 7 Doppel- drähte werden abermals zusammengedreht, mit Band umwickelt und durch das Bleirohr umhüllt. Die Doppelleitung für jeden Abonnenten und das wiederholte Zusammendrehen haben den Zweck, die Inductionswirkungen auszuschließen, die verschiedene Färbung erleichtert die Unterscheidung der einzelnen Leitungen. Ein 7 Doppelleitungen enthaltendes Bleirohrkabel hat einen Durchmesser von 18 Millimeter, während ein Bleikabel mit nur einer Doppelleitung (zur Verbindung mit einem Abonnenten) 8 Millimeter dick ist. Von den Kabeln mit 7 Doppel- leitungen wird keinerlei Abzweigung gemacht; man schließt vielmehr die Abzweigungen für die Abonnenten an das Ende des 14drähtigen Kabels an.
Die Einführung der Leitung in das Haus eines Abonnenten gestaltet sich ganz einfach. Das die Doppelleitung enthaltende Kabel wird durch den Hauscanal eingeführt und gelangt
Urbanitzky
: Elektricität. 60
Fig. 709.
Einführung der Kabel in die Centrale.
aus diesem an einer Mauer des Hauses zum Sprech-Aparate; die Zimmerleitungen bestehen aus Kupferdraht, der mit Seide umsponnen ist. Die Einführung der Kabel in ein Centralamt veranschaulicht Fig. 709, in welcher der Keller des Centralamtes in der
Avenue de l’Opéra
dargestellt ist. Von diesem Keller aus ist ein Durchbruch in den Canal, durch welchen die Kabel geführt werden, hergestellt; das zur linken Seite des Canales sichtbare, durch ein Gitter verschließbare Thor gestattet den Eintritt in den Canal Im Keller sind achtseitige Häuschen aus Holz aufgestellt, deren vier große Flächen je einen Drahtvertheilungs-Apparat, die sogenannten
Rosen (
rosaces
)
enthalten, indeß auf den schmalen Flächen Thüren angebracht sind. In der Figur ist eine solche Thüre offen gelassen, um das Innere der Kammer sichtbar zu machen. In diese Holzkammern werden nun die Bleikabel eingeführt, geöffnet und deren 7 Doppelleitungen zertheilt. Die einzelnen Doppeldrähte bilden so mit ihren Enden große Kreise auf den Außenwänden der Kammern, wie dies Fig. 709, oder besser die Detailfigur 710 erkennen läßt. Man ersieht aus dieser, das jedes an der Innenseite der Holzwand anlangende Kabel mit einer Ordnungsnummer (563 und 564) versehen ist und daß seine 7 Doppel- drähte hierauf die Holzwand bei
H H
durchsetzen. Von hier, also von der Peripherie der Rosen aus, verlaufen die Doppeldrähte radial gegen die in der Mitte der Holzwand kreis- förmig ausgeschnittene Oeffnung und werden dann im Innern des Häuschens, zu Leitungs- strängen vereinigt, in verticaler Richtung dem Umschalter des Centralbureaus im Erdgeschosse
Fig. 710.
Theil einer Drahtrose.
zugeführt (Fig. 711). Die runden Scheibchen der äußeren Kreise (Fig. 710) sind Beintäfelchen, auf welchen die Namen der betreffenden Abonnenten verzeichnet sind, jene kleineren der inneren Kreise enthalten die Nummer des Abonnenten. Der Zweck dieser Einrichtung ist eine übersichtliche Anordnung der Drähte, wodurch die Herstellung der Verdindungen zwischen dem Centralamte oder dem Abonnenten einerseits und den Kabelleitungen andererseits sehr erleichtert wird.
Zum
Fernsprechen auf langen Linien,
also zum telephonischen Ver- kehre zwischen weit voneinander entfernten Orten, erwiesen sich die bisher beschriebenen Apparate und Schaltungen häufig als unzulänglich. Wie sich durch vielfache Versuche herausgestellt hat, waren die Mißerfolge nicht so sehr der etwa zu geringen Leistungsfähigkeit der Fernsprech-Apparate, als vielmehr der Inductions- wirkung langer Leitungsdrähte aufeinander zuzuschreiben. Werden ausschließlich magnetelektrische Telephone verwendet, so gelingt, unter der Voraussetzung guter Apparate, eine Verständigung noch auf 40 bis 45 Kilometer Entfernung. Diese wird bedeutend größer, wenn das Telephon mit dem Mikrophone combinirt ist. Derartige Versuche wurden z. B. gelegentlich der Münchener Ausstellung (1882)
60*
Fig. 711.
Telephonbureau in der
Avenue de l’Opéra
(Paris).
unter Benützung Bell’scher Telephone und Mikrophone von Berliner und Blake durchgeführt. Hierbei gelang es ganz leicht, sich zwischen München und Regens- burg (Entfernung 137 Kilometer) zu verständigen; auch München und Bayreuth (Entfernung 282 Kilometer) konnten miteinander sprechen; es gelang jedoch nicht mehr, sich mit dem 450 Kilometer weiten Dresden zu verständigen.
Sehr gute Resultate erzielte
Cornelius Herz
, welcher die Wirkung des Mikrophones durch Vermehrung der Contacte und durch die Schaltung desselben in eine Nebenschließung zu einer kräftigen Batterie erhöhte, sowie auch die In- duction, ausgeübt von benachbarten Linien, dadurch aufhob, daß er in die Telephon- linie einen Condensator einschaltete, also die Telephonlinie an diesem Punkte unterbrach. Herz gab seinen Apparaten sehr verschiedene Formen, von welchen wir eine näher betrachten wollen, die in Fig. 712 theils im Schnitte, theils schematisch dargestellt ist. Der Transmitter besteht aus der Platte
b b
, welche
Fig. 712.
Mikrophon Herz.
um die Axe
a a
schaukelförmig beweglich auf der Grundplatte
M M
befestigt ist. Auf der einen Seite ist die Platte
b b
durch ein Winkelstück
d
mit der Membrane
c c
verbunden, so daß also die Schwingungen der Membrane ein Schaukeln der Platte
b b
veranlassen müssen. Auf
b b
sind vier Paare von Kohlenscheibchen
k
1
k
2
k
3
k
4
angebracht; die oberen vier Scheibchen werden durch aufgelegte Bleigewichte
g g
mit den unteren in Contact erhalten. Die beiden oberen Scheibchen auf der linken Seite sind einerseits mit den Leitungs- drähten der Batterie, andererseits mit den oberen Kohlenplättchen auf der rechten Seite verbunden, indeß die unteren Kohlenplättchen durch zwei sich kreuzende Drähte untereinander in Verbindung stehen.
Der Stromlauf in dem mit einer Inductionsrolle ausgerüsteten Transmitter und dem mit ihm durch die Linienleitung verbundenen Telephone
T
, beziehungs- weise Condensator
C
, als Empfänger ist folgender: Von der Batterie
B
gelangt der Strom in das obere Kohlenplättchen
k
4
, durchfließt die primäre Spirale des Inductoriums in der durch den Pfeil bei
d
angezeigten Richtung, kommt in die untere Platte von
k
4
und kehrt dann durch die obere Platte
k
4
zur Batterie zurück. Wegen der bereits angegebenen Verbindung der Platten untereinander geht der Strom von der Batterie aus, aber auch in die obere Platte
k
4
, dann in die obere Platte bei
k
2
, von hier durch die untere Platte zur unteren Platte in
k
3
und durch die hier befindliche obere Platte zur Batterie zurück; ferner ein Strom von der Batterie in die obere Platte
k
4
, in die untere gleichnamige Platte, in die untere Platte von
k
1
, durch dessen obere Platte zur oberen Platte von
k
3
und zur Batterie zurück. Diese Batterieströme werden in undulirende verwandelt, wenn man gegen die Membrane
c c
spricht, weil diese ihre Schwingungen der Platte
b b
mittheilt und so die Kohlencontacte
k
1
k
2
k
3
k
4
verändert. Schwingt
Fig. 713.
Telephonstation Herz.
z. B. die Membrane
c c
nach abwärts, so bewegt sich
b b
mit seiner linken Seite gleichfalls nach abwärts, mit seiner rechten Seite aber nach aufwärts. Wegen der außerordentlichen Schnelligkeit der Schwingungen und in Folge des Träg- heitsvermögens kann man annehmen, daß bei dieser Bewegung von
b b
die oberen vier Kohlenplättchen mit ihren Gewichten
g
unbeweglich bleiben, weil ihnen nicht Zeit gelassen wird, der Bewegung der unteren Plättchen zu folgen. Die Abwärtsbewegung der linken Seite von
b b
wird daher die Innigkeit des Contactes in
k
3
und
k
4
vermindern, jene in
k
1
und
k
2
ver- mehren; hieraus resultiren natürlich auch unmittelbar aufeinanderfolgende, aber einander entgegengesetzte Strom- impulse, welche sich in ihrer Wirkung auf die secundäre Spirale des Induc- toriums aufheben müßten, wenn nicht ihre Richtung durch die kreuzweise Ver- bindung je zweier Kohlencontacte unter- einander in Uebereinstimmung gebracht würde. Da dies aber geschieht, so bewirkt die Bewegung der Membrane nach abwärts zwei unmittelbar aufeinanderfolgende gleichartige Impulse, also eine Verstärkung der Mikrophonwirkung. Dasselbe, aber in umgekehrter Ordnung, gilt auch für die Bewegung der Membrane nach oben, also überhaupt für alle Schwin- gungen der Membrane. Die secundäre Spirale steht, wie man aus der Figur entnehmen kann, einerseits mit der Erde, andererseits mit der Linie in Verbindung. Als Empfangs-Apparat kann sowohl ein magnetelektrisches Telephon (
T
), als auch ein Condensator (
C
), bereits weiter oben beschriebener Construction, benützt werden. Somit erscheinen die Inductionsströme, herrührend von fremden Strömen (in benachbarten Linien), einerseits durch die kräftigere Wirkung des Mikrophones und andererseits in Folge der Unterbrechung der Telephonleitung durch einen Condensator unschädlich gemacht.
Die Zusammenstellung zu einer Telephonstation zeigt Fig. 713, zum Theile in Vorder- und Seitenansicht, zum Theile im Längs- und Querschnitte. Die Inductionsrolle ist hierbei weggelassen; man schaltet sie nur ein, wenn man mit verhältnißmäßig schwachen Batterien arbeiten will. Von den vier Kohlencontacten sind nur zwei sichtbar, da die rückwärtigen zwei gedeckt erscheinen müssen. Als Empfänger dienen Condensatoren, welche in Holzfassungen, nach Art eines Hand- spiegels, eingeschlossen sind.
Herz gelangte mit seinem Systeme zu ungewöhnlich guten Resultaten; er sprach zwischen Orl
é
ans, Blois, Tours, Poitiers, Angoul
ê
me und Bordeaux auf Entfernungen von 300 bis 457 Kilometer ohne Schwierigkeit, ja sogar auf 1100 Kilometer von Tours über Paris nach Brest, aber allerdings nur in der Nacht bei vollständiger Ruhe in den benachbarten Drähten.
Es ist natürlich auch von großem Werthe, die Fernsprechämter zweier Städte derart miteinander zu verbinden, daß jeder Theilnehmer des Fernsprech- amtes einer Stadt mit jedem Theilnehmer des Fernsprechamtes der zweiten Stadt verkehren kann. Da aber in diesem Falle wenige Drähte lange Strecken mit- einander parallel laufen würden, so treten der Lösung dieser Aufgabe abermals die durch die Induction hervorgerufenen Störungen hindernd in den Weg. Diese
Fig. 714.
Nyström, Verbindung zweier Fernsprechämter.
lassen sich nun allerdings dadurch beseitigen, daß man für die Verbindung der beiden Fernsprechämter untereinander keine Erdleitung, sondern vollständige Doppelleitungen (Hin- und Rückleitung) benützt. Dann müßte aber behufs An- schlusses eines Abonnenten an diese Doppelleitung auch die locale Leitung (zwischen dem Abonnenten und seinem Fernsprechamte) eine doppelte sein, falls nicht besondere Einrichtungen vorgesehen werden. Die Herstellung von Doppelleitungen zwischen sämmtlichen Abonnenten und der Centrale ist nun allerdings nicht undurchführbar (wie wir bei der Pariser Anlage gesehen haben), vertheuert aber die Anlage des Telephonnetzes sehr bedeutend.
Man kann nun diesem Uebelstande begegnen, indem man sich verschiedener Schaltungen bedient, die den Anschluß der einfachen Theilnehmer-Leitung an eine zwei Fernsprechämter verbindende Doppelleitung ermöglichen. Solche Schaltungen wurden z. B. von
Bennet, Nyström
und
Elsasser
angegeben. Nyström’s Schaltung ist aus Fig. 714 zu ersehen. In den zu verbindenden Vermittlungs- ämtern werden die Inductionsspulen
J
1
J
2
mit den Leitungen in folgender Weise verbunden: Das eine Ende der primären Spirale von
J
1
ist an die Erdleitung angeschlossen, das zweite Ende an die einfache Telephonleitung des Theilnehmers. Die Enden der secundären Spirale stehen mit den Linienleitungen 1, 3 in Ver- bindung und bilden mit einer Spirale des Inductions-Apparates im zweiten Fern- sprechamte einen vollkommen geschlossenen Stromkreis. Die zweite Spirale der Inductionsspule dieses Amtes ist wieder einerseits mit der Erde, andererseits mit der einfachen Telephonleitung des betreffenden Theilnehmers verbunden. Die durch Sprechen in der Telephonstation
I
erregten Undulationsströme erzeugen in der Inductionsspirale
J
1
des betreffenden Fernsprechamtes undulirende Inductions- ströme, welche durch die Leitung 1, 3 in die Inductionsspule
J
2
des ent- fernten Fernsprechamtes gelangen; dort erregen sie undulirende Inductionsströme höherer Ordnung, durch welche im Telephon
II
des betreffenden Abonnenten dieses Fernsprechamtes die Worte reproducirt werden. Obwohl nun bei dieser Schaltung eine zweimalige Umsetzung der Undulationsströme eintritt, sind hiermit doch auf der 18 Kilometer langen Leitung zwischen Malmoe und Lund Versuche mit Erfolg angestellt worden.
Bei der von Elsasser angegebenen Schaltung, Fig. 715, gelangt nur eine Inductionsspule zur Anwendung. Die diesbezüglichen Versuche wurden mit Hilfe eines vieraderigen Kabels, welches Cöln mit Elberfeld (57 Kilometer) verbindet, durchgeführt. Hierbei wurde der Fernsprech-Apparat in Barmen einerseits an die Erde gelegt, andererseits mit einer Kabelader 1 verbunden; die Kabelader 3 stand in Elberfeld mit der Erdleitung in Verbindung. In Cöln wurden die Kabel- adern 1 und 3 durch die primäre Spirale einer Inductionsspule vereinigt. Die secundäre Spirale stand einerseits mit der Erde, andererseits mit einem Fern- sprech-Apparate durch eine einfache Leitung in Verbindung. Diese Schaltung erfor- dert also nur eine einmalige Umsetzung der Undulationsströme (in der Inductions-
Fig. 715.
Elsasser, Verbindung zweier Fernsprechämter.
spule Cöln). Man erhielt bei diesen Versuchen gute Resultate, wenn die Adern 1 und 3 des Kabels, d. h. die einander
diametral gegenüber
liegenden Adern, benützt wurden; die Induction durch die übrigen beiden Adern trat jedoch störend auf, wenn zwei
nebeneinander
liegende Adern, z. B. 1 und 2, benützt wurden.
Ermöglichen nun auch obige Schaltungen das Sprechen zwischen beiden Stationen, so würde doch das Anrufen der einen oder andern Station nur unter Anwendung sehr kräftiger Ströme gelingen, weil die Weckströme durch die ein-, beziehungsweise zweimalige Umsetzung in den Inductionsspiralen zu sehr an Kraft verlieren, um ein sicheres Wecken zu bewirken. Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es der Anwendung besonderer Einrichtungen. Eine von
Elsasser
angegebene Einrichtung dieser Art, welche den Weckruf unter Vermittlung des Fernsprechamtes abzusenden gestattet, stellt Fig. 716 schematisch dar. Hierzu bedarf es in jedem Fernsprechamte außer den gewöhnlichen Vorrichtungen im Klappenschranke noch einer Inductionsspule
J
, eines Relais
R
und einer Batterie
B.
Die beiden Doppelleitungen enden in den Klinken
k
1
k
2
k
3
k
4
. Von den zu diesen Klinken gehörigen Contacten stehen
c
1
und
c
3
mit der Inductionsrolle
J
1
, beziehungsweise
J
2
in Verbindung, die Contacte
c
2
und
c
4
mit den Relaiscontacten und die Contacte
v v
mit der Erde.
Im Ruhezustande befinden sich die Stöpsel
U
1
und
U
2
der Schnüre
a
1
und
a
2
in den zu den Klinken
k
2
und
k
4
gehörigen Löchern (wie dies für Stöpsel
U
2
in der Figur dargestellt ist. Wünscht nun der Theilnehmer
M
des Fernsprechamtes in der Stadt
I
mit dem Theil- nehmer
N
des Fernsprechamtes in der Stadt
II
zu sprechen, so sendet er zunächst einen Weckstrom in sein Fernsprechamt (
I
), welcher durch den Magnet
m
und von hier durch die dazu gehörige Klinke und deren Contact (weil
U
1
noch nicht eingesteckt ist) zur Erde abfließt; die Klappe
S m
fällt, worauf der Beamte der Station
I
den Wunsch von
M
vernimmt.
M
wird nun durch Einsetzen des Stöpsels
U
1
in die zu
S m
gehörige Klinke mit dem Umschalte-Apparat und der Doppellinie 1 2 verbunden. Da auch das Fernsprechamt
II
hiervon in Kenntniß gesetzt wurde, stöpselt man in diesem die zu
S n
gehörige Klinke und die Klinke
k
3
durch die Endstöpseln einer Leitungsschnur.
Ein nunmehr von
M
abgesandter Weckstrom geht durch
S m
über
U
1
a
1
durch
J
1
in das Relais
R
1
und zur Erde. Hierdurch schließt das Relais den Contact 1 der Weckbatterie
B
1
, deren Strom nun einerseits über 1, die Linie 2 2, die Klinke
k
4
und durch die mit dem Contacte
v
in Berührung stehende Feder zur Erde abfließt, andererseits folgenden Weg einschlägt: Von
B
1
über
c
1
k
1
, durch die Linienleitung 1 1 in die Klinke
k
3
, durch die Leitungsschnur 1 und über
S n
zu dem Theilnehmer
N
, bei welchem die Klingel zum Tönen gebracht wird.
Die Undulationsströme, welche durch Sprechen von
M
erregt werden, nehmen folgenden Weg: von
M
über
S m
,
U
1
a
1
, die primäre Rolle von
J
1
und die Elektromagnete
R
1
des Relais zur Erde. Die hierdurch in der secundären Spirale von
J
1
erregten Inductions-
Fig. 716.
Elsasser, Verbindung zweier Fernsprechämter.
ströme verlaufen einerseits über den Relaishebel nach
c
2
k
2
, durch die Linie 2 2,
k
4
und
v
zur Erde, andererseits fließen sie über
c
1
k
1
durch die Linie 1 1, die Klinke
k
3
, die Leitungsschnur 1 den Elektromagnet
S n
in den Hör-Apparat des Theilnehmers
N
und endlich von dort zur Erde. Genau denselben Weg aber in umgekehrter Richtung werden die durch Sprechen von
N
erregten undulatorischen Ströme nehmen, d. h. sowohl
N
als
M
sprechen unter Vermittlung der Inductionsrolle
J
1
; auch kann bei der dargestellten Verbindung nur von
M
aus ein Weckruf ergehen, wie die nähere Betrachtung der Figur lehrt. Der letzterwähnte Umstand ist kein Nachtheil, da es bei den deutschen Fernsprechämtern als allgemeine Regel gilt, daß die anrufende Person das den Schluß des Gespräches anzeigende Weckzeichen zu geben hat. Geht der
ursprüngliche
Anruf von
N
aus, so kehren sich die eben angegebenen Verhältnisse natürlich um, d. h. es wird nur die Inductionsspule
J
2
benützt und kann nur von
N
aus ein Weckruf ergehen.
Die telephonischen Sprechversuche auf große Entfernungen wurden jedoch nicht nur auf die Benützung eigener Telephonleitungen, oder auch Telegraphen- leitungen, die außer Dienst gesetzt waren, beschränkt, sondern man versuchte auch auf einem und demselben Drahte geichzeitig telephonische und telegraphische Depeschen zu befördern, und auch diese Versuche waren von Erfolg gekrönt. Die Möglich- keit der gleichzeitigen Benützung einer Linie für einen Morse-Apparat und das Telephon wurde nach Angabe
Zetsche’s
„Elektrotechnische Zeitschrift“, Bd.
III
,
p.
244.
zum erstenmale in Dresden auf einer Reichstelegraphenleitung am 17. December 1877 dargethan. Auf diesen ersten Versuch folgten kurze Zeit darauf weitere Versuche und im Jahre 1879 aus- gedehnte Proben, durch welche die Möglichkeit der Doppeltelegraphie unzweifelhaft dargethan wurde. Ferner ist hier auch jener Versuche zu erwähnen, welche im Jahre 1881 auf den Linien Sandthor und Weleslawin, sowie zwischen Sandthor und Wejhybka (in Oesterreich) angestellt wurden. Auch
Elisha Gray
berichtete im Jahre 1877 über Versuche, welche er mit seinem ursprünglich zur telegraphischen Beförderung musikalischer Töne bestimmten Telephon oder elektroharmonischen Telegraph in seiner Einrichtung zur Wiedergabe von Morseschrift in einer gleich- zeitig mit einem gewöhnlichen Morse-Telegraphen besetzten Leitung gemacht habe.
Sehr günstige Erfolge mit dem Doppelsprechen erhielt der Meteorologe
Franz van Rysselberghe
; seine Methode zur gleichzeitigen Benützung eines Drahtes für irgend einen Telegraphen-Apparat und einen telephonischen Apparat beruht auf der Anwendung sogenannter „gradueller“ Ströme für den Betrieb des Telegraphen-Apparates und der Trennung dieses von dem Telegraphen-Apparate durch Einschaltung von Condensatoren. Daß letztere telephonische Impulse fort- zupflanzen vermögen, haben wir bereits wiederholt erfahren (Seite 883 und 949); gleichzeitig bilden sie aber für Batterieströme oder auch Inductionsströme, also die zum Telegraphiren verwendeten Ströme, eine Unterbrechung der Leitung. Beim Telegraphiren in der gebräuchlichen Art circuliren in dem Stromkreise intermittirende Ströme, d. h. Ströme, die plötzlich unterbrochen oder geschlossen werden. Diese momentanen Unterbrechungen und Herstellungen des Stromes sind es eben, welche so kräftige Inductionswirkungen in den benachbarten Drähten hervorrufen, daß in diesen der telephonische Verkehr unmöglich wird. Diese störenden Inductionswirkungen verschwinden aber, wenn man Stromschluß und Stromunterbrechung nicht plötzlich, sondern allmählich „graduell“ bewirkt; hierdurch wächst bei Stromschluß der Strom nur allmählich an und nimmt bei Stromunterbrechung nur allmählich ab, wodurch auch die Inductionsströme in Folge der Verlängerung ihrer Dauer so weit geschwächt werden, daß sie eine telephonische Correspondenz nicht mehr zu stören vermögen. Allerdings darf hierbei nicht übersehen werden, daß durch die Anwendung gradueller Ströme zum Telegraphiren die Geschwindigkeit des letzteren leiden muß, was offenbar einen Nachtheil des Systemes van Rysselberghe’s darstellt.
Die Umwandlung von gewöhnlichen Strömen, z. B. Batterieströmen, in graduelle, erreicht van Ryssellberghe auf verschiedene Art, und zwar durch Ein- schaltung von Elektromagneten, Condensatoren oder eines eigenthümlich construirten Tasters. Muß nämlich der Batteriestrom erst durch die Drahtwindungen eines Elektromagnetes gehen, bevor er den Telegraphen-Apparat in Bewegung setzt, so kann er nur allmählich seine volle Stärke erlangen, weil zu Beginn elektrischer Strom zum Magnetisiren des Eisenkernes verbraucht wird, und erst wenn dieser magnetisch ist, der Strom seine volle Stärke erlangen kann; umgekehrt kann bei Stromunter- brechung die Intensität des Stromes nicht sofort gleich Null werden, weil der Magnetismus nicht momentan aufhört. Auch ein Condensator kann nicht plötzlich seine volle Ladung annehmen oder verlieren, wenn der Strom geschlossen oder unterbrochen wird, sondern nur allmählich, und bewirkt also auch ein successives Anschwellen oder Abschwellen. Die eigenthümliche Construction des Tasters eines Telegraphen-Apparates, durch welche gleichfalls graduelle Ströme in die Leitung gesandt werden können, besteht darin, daß dieser den Stromschluß, beziehungsweise die Stromunterbrechung nicht unter Vermittlung eines metallischen Contactes, sondern unter Zuhilfenahme eines Kohlencontactes bewirkt. Der allmähliche Uebergang von einem starken Drucke in diesem bis zur gänzlichen Unterbrechung des Contactes bewirkt (ähnlich wie beim Mikrophon) ein allmähliches Abnehmen oder Zunehmen der Stromstärke.
Die praktische Ausführung dieser Principien veranschaulicht in schematischer Darstellung Fig. 717.
A
ist das Telegraphenbureau,
B
das Telephonbureau.
M
stellt den Taster,
R
den Telegraphen-Apparat irgend welcher Construction dar,
P
die Batterie.
E
1
und
E
2
sind zwei Elektromagnete (
graduateurs
), von welchen der erstere zwischen der Säule
P
und dem Schlüssel
M
, der letztere zwischen
M
und der Linienleitung
L
eingeschaltet ist.
C
stellt einen Condensator dar, geschaltet in
Fig. 717.
System van Rysselberghe.
eine Nebenschließung zur Verbindung der beiden Elektromagnete, und
C'
einen Condensator, der einerseits mit der Telephonstation, andererseits mit der Telegraphen- leitung in Verbindung steht. Man ersieht aus dieser Schaltungsweise, daß einerseits die durch die Linie
L
kommenden oder durch sie abgehenden Telegraphirströme nicht in das Telephon
T
gelangen können, weil sie von der Leitung desselben durch den Condensator
C'
getrennt sind, und andererseits, daß die zum Telegraphiren verwendeten Ströme der Batterie
P
wegen Einschaltung der Magnete
E
1
und
E
2
in graduelle verwandelt werden müssen. Für die durch
L
anlangenden oder abgehenden Telephon- ströme bildet aber der Condensator, wie bekannt, kein Hinderniß.
Für die Verbindung zweier Telegraphenleitungen
L
1
und
L
2
zu einer geschlossenen Telephonleitung hat van Rysselberghe die durch Fig. 718 dargestellte Schaltung angegeben.
C
1
und
C
2
sind zwei Condensatoren zum Abschlusse der Telegraphenleitung gegen die Telephonleitung;
B
1
B
2
stellen zwei Differentialspulen dar, welche auf die dritte Spule
B
3
inducirend wirken. Ein Ende jeder dieser Spulen steht mit der Erde in Verbindung, während das andere Ende von
B
1
mit der Telegraphenlinie
L
1
, das andere Ende der Spule
B
2
mit der Telegraphenlinie
L
2
verbunden ist.
B
3
steht einerseits mit der Erde, andererseits mit der Telephonlinie in Verbindung. Während hier durch Einschaltung der beiden Condensatoren für Telegraphirströme die Verbindung zwischen
L
1
und
L
2
unterbrochen ist, hindern diese Condensatoren keineswegs die Fortpflanzung der telephonischen Impulse. Es ist auch einleuchtend, daß die durch die Spule
B
3
verlaufenden telephonischen Impulse einander entgegengesetzte Inductionswirkungen auf die Spulen
B
1
und
B
2
ausüben müssen, daher sich zueinander wie + und — verhalten werden und folglich mit
L
1
L
2
eine geschlossene Telephonleitung darstellen.
Die ersten Versuche mit diesem Systeme fanden im Januar 1882 in Brüssel statt; dann wurden solche zwischen Brüssel und Paris (Entfernung 335 Kilometer) angestellt; hierbei sandte Banneux eine telephonische Depesche an Coch
é
ry (den Minister des Post- und Telegraphenwesens in Paris) ab, und gleichzeitig wurde durch denselben Draht eine telegraphische Depesche an Ca
ë
l, gleichfalls in Paris, befördert. Van Rysselberghe erzielte mit seinem Systeme so günstige Erfolge, daß
Fig. 718.
Van Rysselberghe’s Schaltung.
man gegenwärtig daran geht, das ganze Telegraphennetz Belgiens (d. h. 29.122 Kilo- meter Telegraphendrähte) der Verwendung zur telephonischen Correspondenz zuzu- führen.
C.
Telephonische Musikübertragung
.
Bei allen Ausstellungen für Elektricität erfreuen sich namentlich jene Räume eines besonderen Andranges von Seite des Publicums, welche behufs Uebertragung von Musik mit Theatern oder Concertsälen in telephonische Verbindung gesetzt werden. Wie bereits erwähnt (Seite 890), wurden die ersten öffentlichen und gelungenen Versuche in Europa an der Wiener technischen Hochschule durch F.
Nissl
und den Verfasser vorliegenden Werkes im Jahre 1877 durchgeführt. Natürlich dienten damals Bell’sche Telephone sowohl als Sender, als auch als Empfänger. Als hierauf das Mikrophon eine praktisch verwerthbare Form er- halten hatte, konnten derartige Musikübertragungen in größerem Umfange inscenirt werden. So hatte man auch bei der Pariser Ausstellung (1881) in speciell zu diesem Zwecke adaptirten Räumen Gelegenheit, die Opern und die Aufführungen im
Théâtre français
durch das Telephon zu hören. Die dies- bezüglichen Installationen wurden von
Cl. Ader
unter Benützung des auf Seite 901 beschriebenen Telephones und des auf Seite 911 besprochenen Mikrophones aus- geführt.
Die Mikrophone wurde zu beiden Seiten des Souffleurkastens in zwei Serien aufgestellt, wie dies Fig. 719 erkennen läßt. Bei der Aufstellung von Mikrophonen zu derartigen Uebertragungen hat man darauf Rücksicht zu nehmen, daß die Musik des Orchesters ebenso wie der Gesang der Sänger gleich gut aufgenommen wird, damit nicht der eine oder andere Theil zu stark hervortritt; ferner muß der Gesang stets gleich gut aufgenommen werden, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Sängers; endlich darf das Mikrophon keinerlei Geräusche, herrührend von der Bewegung der Acteure oder von Arbeiten auf der Bühne, aufnehmen. Für die gleichmäßige Aufnahme der Musik und des Gesanges sorgte Ader durch verschiedene Stellungen, welche er den Schallöffnungen der Mikrophone gab,
Fig. 719.
Ader’s Musikübertragung.
während die gleichmäßige Aufnahme des Gesanges bei verschiedenen Stellungen des Sängers durch gleichmäßige Vertheilung der Mikrophone zu beiden Seiten des Souffleurkastens erreicht wurde. Gegen die Aufnahme fremder Geräusche oder Erschütterungen wurden die Mikrophone, wie
l. c.
bereits angegeben, durch ihre dicken Bleiunterlagen und Kautschukfüße gesichert.
Damit aber auch der Zuhörer, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Sängers oder der Sängerin, stets gleich gut hört, muß auch die Verbindung zwischen Mikrophon und Telephon eine entsprechende sein. Wie diese Aufgabe gelöst wurde, und überhaupt die Gesammtanordnung der ganzen Anlage ersehen wir aus dem Schema in Fig. 720 (nach Th. du Moncel). Hierin bedeuten
M M
die zu beiden Seiten des Souffleurkastens
S
auf der Rampe aufgestellten Mikro- phone,
P p
und
P' p'
die Batterien,
C C'
die Commutatoren und
J J'
die Induc- tionsrollen. Von der Oper aus wurden dann die Leitungen durch die Kabel
K K'
in das Ausstellungsgebäude (
Palais de l’Industrie
) geführt, wo in zwei Sälen die Hörtelephone angebracht waren;
c c'
sind Commutatoren, um den einen Saal einschalten zu können, wenn das Publicum den andern Saal verließ, und für eine neue Abtheilung von Zuhörern Platz machte.
Um die Uebersichtlichkeit zu wahren, wurde nur für zwei Mikrophone der ganze Stromlauf gezeichnet. Zu jedem Mikrophone gehören drei Batterien (wovon nur je zwei gezeichnet sind) und eine Inductionsspule. Die Batterien wurden aus Leclanch
é
-Elementen zusammengesetzt, die bei andauerndem Schlusse bekanntlich nicht lange constant bleiben; man mußte daher dafür sorgen, daß die Elemente wieder- holt gewechselt werden können und dies wurde eben durch Anwendung je dreier Batterien und dazu gehöriger Commutatoren erreicht. Der Stromlauf für das Mikrophon
n
ist folgender: Von
P
über
b
durch den Commutator
C
nach
d e f
Fig. 720.
Ader’s Musikübertragung.
durch das Mikrophon
n
, über
g h
durch die primäre Spirale der Inductions- spule
J'
und über
l
zur Batterie
P
zurück. Wird die Batterie
P
unconstant, so tritt die Batterie
P'
an ihre Stelle, und dann ist der Stromlauf folgender: Von
P'
aus durch den Commutator
C'
, dann über
d e f n g h J' l
nach
x
und nach
P'
zurück. Für das Mikrophon
m
liefert die Batterie
p
, beziehungsweise
p'
den Strom, in dessen Schließungsbogen die Inductionsspule
J
eingeschaltet ist.
Durch die bisher angegebenen Einrichtungen erscheint zunächst nur eine gleichförmige
Aufnahme
der Schallwellen durch die Mikrophone, alle zusammen als
einen
Empfangs-Apparat betrachtet, unabhängig von der Dauer der Vor- stellung und von der jeweiligen Stellung der Sängerin gesichert. Die gleichförmige
Wiedergabe
der Schallwellen in den Telephonen der einzelnen Zuhörer aber wird erst durch die besondere Verbindungsweise der Telephone mit den secundären Spiralen der Inductionsrollen bewirkt. Die Drahtenden jeder secundären Spirale, also z. B. von
J'
, sind mit der entsprechenden Kabelleitung
K'
verbunden, welche von der Oper zu den Hörsälen führt. Je einer von den beiden zu derselben Inductionsrolle gehörigen Drähten ist sowohl mit dem Commutator
c
als auch mit
c'
verbunden, der andere einfach an die zu den Telephonen führende Leitung angeschlossen. Ist nun z. B. durch den Commutator
c'
die Verbindung der Kabelleitung mit dem Saale 2 hergestellt, so gelangen die undulirenden Inductions- ströme aus der Spule
J'
in die mit
II
bezeichnete Telephonreihe und durchlaufen den Stromkreis derselben in der durch die einfachen Pfeile angedeuteten Richtung; die Ströme aus der Spule
J
gelangen in die Telephonreihe
I
und durchlaufen deren Stromkreis in der Richtung der Doppelpfeile. Da nun
J'
durch die undulirenden Ströme des Mikrophones
n
und
J
durch jene des Mikrophones
m
Fig. 721.
Musikübertragung in Wien (1883).
erregt wird und jeder Hörer ein Telephon der Reihe
I
und ein solches der Reihe
II
erhält, so wird er immer gleich gut hören, ob sich der Sänger rechts oder links vom Souffleurkasten oder diesem gerade gegenüber befindet. Da sämmt- liche Mikrophone in dieser Weise mit den Telephonpaaren verbunden sind, gilt dies natürlich für jeden Hörer.
Eine große Anlage für telephonische Uebertragung von Musik wurde von der
Wiener Privat-Telegraphen-Gesellschaft
während der Wiener elektrischen Ausstellung (1883) nach den Plänen ihres Directions-Ingenieurs A.
Kittel
ausgeführt und betrieben.
Die Angaben hierüber sind F. J.
Pisko’s
bereits citirtem Ausstellungsberichte entnommen.
Für die telephonische Verbindung der Hofoper mit der Rotunde (dem Ausstellungsgebäude) waren auf der Bühne der ersteren längs der Beleuchtungsrampe zwölf Mikrophone (Patent der genannten Gesellschaft) aufgestellt. Diese Mikrophone bestehen im Wesentlichen aus drei in ihren Axenlagern leicht beweglichen Metallhebeln, welche Kohlenpistons tragen; letztere legen sich mit leichtem Drucke gegen drei auf einer Metallmembrane befestigte Kohlencylinder. Die Membrane wird an dem Gehäuse durch eine gabelförmige Feder festgehalten, welche außerdem noch als Dämpfer wirkt und die leitende Verbindung mit der Membrane herstellt. Die Mikrophone wurden auf hohlen, 50 Centimeter hohen Metallträgern nach allen Richtungen drehbar aufgesetzt. Die Träger gingen durch Ausschnitte in dem Bretterboden der Bühne und waren unter Vermittlung von Kautschukunterlagen an dem Gebälke einer Versenkung fest- gemacht. Wurden die Mikrophone hierdurch vor mechanischen Erschütterungen gesichert, so sorgte man durch ihre verschiedenen Stellungen gegen das Orchester und die Bühne für die gleichförmige Aufnahme von Musik und Gesang. Die Batterien, Umschalter u. s. w. wurden unterhalb der Bühne in einer Versenkung untergebracht; die Leitungen, zwei Doppelleitungen für die Musikübertragung und eine Doppelleitung für den dienstlichen Verkehr, wurden als Kabel von beiläufig 300 Meter Länge durch das Gebäude auf dessen Dach geführt, allwo sie sich an die Luftleitungen anschlossen. Letztere, aus 1 Millimeter starkem Patent-Silicium- Bronzedraht hergestellt, durchliefen, auf starken Holzsäulen befestigt, einen Weg von 6⅓ Kilo- meter Länge.
Die Schaltung der Mikrophone
M M
mit ihren Batterien
B B
und Inductions- spulen
J J
, sowie auch die Verbindung mit den Telephonen
H R O
ist aus Fig. 721 zu ersehen. Die zwölf in der Oper aufgestellten Mikrophone waren in zwei Gruppen zu je sechs Apparaten geschaltet; jede Gruppe bestand ihrerseits wieder aus drei Paaren derart parallel geschalteter Mikrophone, daß jedes Paar aus einem auf der linken und einem auf der rechten Seite der Bühne aufgestellten Mikrophone gebildet war. (In der Figur sind nur acht Mikro- phone gezeichnet und deshalb zwei Gruppen zu nur je zwei Paaren gebildet.) Um den Strom für die Mikrophone und die dazu gehörigen Inductionsspulen constant zu erhalten, sind Commutatoren
S S
in den primären Stromkreis geschaltet, welche die Einschaltung einer frischen an Stelle der gebrauchten Batterie gestatten. Der Stromlauf ist in der Figur leicht zu verfolgen.
In der Rotunde mündeten die Leitungsdrähte zunächst in die Dienstzelle ein, in welcher sich die Controltelephone
C
und der für die dienstliche Correspondenz bestimmte Apparat befanden. Hier wurden auch mittelst Kurbelumschalter die für die Telephon-Auditorien noth- wendigen Verbindungen hergestellt. Zur Uebertragung der Oper standen zwei Zellen
O O
zur Verfügung, von welchen jede 16 Telephonpaare enthielt. Eine Zelle
R
mit 30 Telephonpaaren war für die Uebertragung der Musik aus dem Wiener Rollschuhclub (Entfernung 3½ Kilo- meter) bestimmt, während eine Hofloge
H
mit sieben Telephonpaaren für besondere Besuche reservirt blieb. In jedem Auditorium waren die Telephone eines Stromkreises hintereinander geschaltet und jedes Telephonpaar enthielt ein Telephon des einen und ein Telephon des andern Stromkreises.
D.
Specielle Anwendungen des Telephones und Mikrophones
.
Die Telephone und Mikrophone haben nicht nur für den allgemeinen Ver- kehr der Bewohner großer Städte untereinander eine hervorragende Bedeutung erlangt, sondern ihre Anwendung erwies sich auch in vielen anderen Fällen als äußerst nutzbringend. So braucht wohl kaum hingewiesen zu werden auf den großen Nutzen, welchen die telephonische Verbindung der einzelnen Abtheilungen eines großen Etablissements untereinander gewähren kann, welche Ersparung an Zeit und Geld die telephonische Verbindung einer Fabrik mit dem Administrations- oder Wohngebäude erreichen läßt. Hervorragend wichtige Dienste kann ferner das Telephon im Eisenbahndienste, im Berg- und Hüttenwesen, zu militärischen Zwecken, für die Polizei und Feuerwehren leisten u. s. w. Derartige und ähnliche An- wendungen fand das Telephon schon an vielen Orten; einige derselben mögen nachstehend beschrieben werden.
Hierher zählt z. B. das
Polizei-Telephon
in
Chicago
. Zwar spielen die telegraphischen Einrichtungen fast in allen größeren Städten ein höchst wichtiges Hilfsmittel für die Polizei, doch dürften sich Telephon und Telegraph kaum irgend- wo einer ausgedehnteren Anwendung erfreuen als in Chicago, wo sie geradezu einen wesentlichen Theil des Polizeisystemes bilden. Man bezweckt hierdurch nicht nur eine Beschleunigung der Hilfe, wo solche Roth thut, sondern erspart auch an Mannschaft, indem man den Wirkungskreis des einzelnen Mannes, sowie auch der Polizeistationen vergrößert. Jeder Wachmann wird in die Lage versetzt, sofort oder doch in wenigen Minuten mit seiner Station oder auch mit der Centrale verkehren zu können, und selbst einer großen Anzahl vertrauenswürdiger Bürger ermöglicht man, die Wachleute herbeizurufen. Da bekanntlich Wachleute dort gewöhnlich nicht sind, wo man ihrer bedarf, so läßt sich der Werth einer derartigen Einrichtung sehr gut begreifen. Diebe wissen in der Regel sehr genau, wo und wann Wach- leute zugegen sind und bauen hierauf ihre verbrecherische Thätigkeit. Dies kommt nicht nur in amerikanischen Städten, sondern auch bei uns vor. Allerdings kann
Fig. 722.
Polizei-Telegraph.
diesem Uebelstande durch Vermehrung der Sicherheitswache abgeholfen werden, jedoch verursacht dies einen bedeutenden Kostenmehraufwand. Chicago hat daher die Wirksamkeit seiner Polizei durch ausgedehnte Anwendung des Telephones erhöht.
An entsprechend gewählten Punkten jedes Bezirkes sind Polizeiposten er- richtet; in jedem derselben befinden sich stets dienstbereit drei Mann, ein Pferd und ein Wagen, welcher entsprechend ausgerüstet ist, um Verwundete, Kranke, verlorene Kinder oder auch Verbrecher transportiren zu können. Die Polizeiposten stehen in telephonischer Verbindung mit öffentlichen Alarmstationen, die in ihrer Form ähnlich den Schilderhäuschen gerade Raum genug bieten, um einer Person den Eintritt zu ermöglichen. Solche Häuschen sind in den einzelnen Straßen von Strecke zu Strecke aufgestellt und können durch Schlüssel sowohl von dem Wach- manne, als auch von achtungswürdigen Bewohnern der Stadt geöffnet werden.
Urbanitzky
: Elektricität. 61
Um Mißbräuche zu verhüten, sind die Schlüssel numerirt und können, einmal in das Schloß hineingesteckt, nur mehr von der Polizei herausgezogen werden. Auf diese Art ist es der Bewohnerschaft ermöglicht, an dem Sicherheitsdienste selbst- thätigen Anthėil zu nehmen, ohne Mißbrauch treiben zu können.
Das Innere des Häuschens enthält einen Zeiger-Apparat und im versperrten, nur dem Wachmanne zugänglichen Schranke eine Telephonstation. Der Zeiger- Apparat, in Fig. 722 abgebildet, gestattet 11 verschiedene Signale zu geben, nämlich: Polizeiwagen, Diebe, Gewaltthat, Aufstand, Betrunkene, Mörder, Unfall, Einbruch, Streit, Leitungsprüfung oder Brand. Der Signalgebende hat nur den Zeiger auf das betreffende Signal zu stellen, den Hebel
H
niederzudrücken und wieder loszulassen, worauf automatisch die Absendung des Signales, sowie auch der Nummer des Häuschens an den nächsten Polizeiposten erfolgt. Der Empfangs- Apparat des Polizeipostens ist ein gewöhnlicher Morse-Telegraph mit Selbstauslösung. Fig. 723 zeigt das im Wächterhäuschen angebrachte Kästchen geöffnet; dieses ent-
Fig. 723.
Polizei-Telephon.
hält das Telephon und Mikrophon und dient dem Wachmanne zu anderweitigem dienstlichen Verkehre mit seinem Posten. Das Mikrophon, an der Innenseite des Deckels angebracht, gelangt durch Oeffnen des Kästchens dem Munde gerade gegenüber.
Der in bestimmten Zeiträumen die Runde machende Inspicient berichtet gleichfalls durch das Telephon an den Commandanten, wodurch der Dienst außer- ordentlich vereinfacht wird. Auch die Wohnungen von Privaten oder deren Geschäftsräume werden auf Wunsch der Besitzer mit Alarm-Apparaten versehen, die entweder für sich oder mit Telephonstationen combinirt eingerichtet werden. In diesem Falle ist bei dem betreffenden Polizeiposten der Wohnungsschlüssel im ver- siegelten Couvert deponirt. Auf diese Weise ist jeder Abonnent in die Lage versetzt, vorkommendenfalls Hilfe herbeizurufen, und der Wachmann kann bei Tag wie bei Nacht ohne Beihilfe des um Hilfe Rufenden in dessen Wohnung eindringen.
Schon im Jahre 1881 besaß Chicago beiläufig 100 Alarmstationen, welche man, da sich die Einrichtung sehr gut bewährte, auf die doppelte Anzahl zu bringen beschloß. Gleich nach Einführung derselben nahm die Zahl der Arretirungen zu, während sich die Anzahl der Verbrechen entsprechend verminderte. Mit Hilfe der Alarm-Apparate ist eine geringe Anzahl von Wachleuten im Stande, dasselbe zu leisten, wie eine zahlreiche Mannschaft.
Der Vortheil des Telephones gegenüber den Telegraphen-Apparaten, keiner geschulten Bedienungsmannschaft zu bedürfen, macht ersteres auch zur Anwendung für
militärische Zwecke
vortheilhaft verwendbar. Hierzu kommt noch der im Verhältnisse zu den Telegraphen-Apparaten verschwindend geringe Anschaffungs- preis, die leichte Aufstellung und Instandhaltung, sowie, in Anbetracht auf die Transportfähigkeit, sein geringes Gewicht. Für gewisse Zwecke ist es allerdings ein Nachtheil des Telephones, daß die übersandten Depeschen durch keine bleibenden Zeichen fixirt werden. Auch darf nicht übersehen werden, daß man telephonische Depeschen bei großem Lärm nicht vernehmen kann. Fälle, in welchen hingegen das Telephon gute Dienste leisten kann, sind z. B. bei den Uebungen der Infanterie im Gefecht- schießen, beim Scheibenschießen zur Verbindung des Schießstandes mit den Zielern, im Vorpostendienste, zur Verbindung eines
„ballon captif”
mit der Erde u. s. w. Für den letzterwähnten Zweck hat z. B. die französische Armee das System Gower- Siemens adoptirt. Vorzügliche Dienste können Telephone und Mikrophone auch bei der Vertheidigung fester Plätze leisten.
Der Zweck des Gefechtsschießens ist, ein dem Ernstfalle möglichst ähnliches Gefechts- bild darzustellen, um dem Infanteristen Gelegenheit zu bieten, die Feuerdisciplin zu üben. Zu diesem Behufe läßt man eine größere Truppenabtheilung längere Zeit eine Anzahl be- weglicher Scheiben mit scharfen Patronen beschießen, während man dafür sorgt, daß die den Feind markirenden Scheiben zur entsprechenden Zeit und an entsprechenden Orten auftauchen und verschwinden. Um ein der Wirklichkeit möglichst nahe kommendes Bild zu erhalten, müssen die auf den verschiedensten Punkten des Terrains aufgestellten Scheiben bezüglich ihrer Bewegungen zusammenwirken; der die Schießübungen leitende Commandant muß hierauf unmittelbaren Einfluß üben können. Soll diesen Anforderungen entsprochen werden, so muß offenbar zwischen dem Commandanten und den die Scheiben Bewegenden, den Anzeigern, eine Verbindung hergestellt werden. Hierzu eignet sich nun, wie Premier-Lieutenant
von Laffert
berichtet, das Telephon sehr gut.
Man benützt Siemens’sche Telephone sowohl als Sender, wie auch als Empfänger und verbindet beide durch ein Kabel, welches als Hin- und Rückleitung zwei 0·8 Millimeter starke Kupferdrähte enthält, deren jeder mit einer mit Zwirn umwickelten Kautschukumhüllung versehen ist. Beide sind zusammengelegt, die gegenüberliegenden Winkel durch je eine Zwirnlitze aus- gefüllt (um einen runden Querschnitt zu erhalten) und durch eine gewachste Zwirnumspinnung zu einem Ganzen vereinigt Dieses Kabel wird in Längen von je 500 Meter auf eine Transportrolle aufgewunden, wie sie Fig 724 in Vorderansicht und Längsschnitt darstellt. Auf dem (40 Centimeter langen) Blechcylinder
a a
sind Scheiben
b b
aus hartem Holze aufgesetzt und durch Schrauben mit ersterem verbunden. Dieser Blechcylinder ist durch die eingelöthete Scheibe
d
in zwei gleiche Räume getheilt, deren jeder eine der Blechbüchsen
e e
aufnimmt, in welche man die Telephone eingesetzt hat. An den Holzscheiben
b b
sind Winkeleisen
g
1
g
2
durch Schrauben befestigt, um die die Handgriffe
l m
tragenden Eisenschienen
h k
einschieben zu können. Letztere sind bei
h
mit einem Ansatze, bei
k
mit einem Sperrhaken versehen. Beim Einschieben dieser Schienen verhindert
h
das gänzliche Durchgleiten, während der Sperrhaken bei
k
in eine daselbst auf der Holzscheibe befestigte Feder einschnappt und dadurch die Schiene festhält Bei einem der beiden Handgriffe ragt der mittlere Eisenstab aus der Holzumkleidung heraus und ist daselbst vierkantig geformt, um eine Kurbel aufsetzen zu können. Bei
f
ist in der Blechkapsel eine Oeffnung gemacht, die groß genug ist, um das Kabel durchzulassen. An der Außenseite jener Holzscheibe, welche dieser Oeffnung zunächst liegt, befindet sich die Klemmschraube
p.
Wird der Handgriff mit seiner Eisenschiene ein- geschoben, so faßt er auch die Blechöse
q
auf, welche an das früher erwähnte Blechgefäß
e
angelöthet ist und zum Herausziehen desselben aus dem Blechcylinder dient.
Das Kabel wird mit einem Ende durch die Oeffnung
f
in einem etwa 2 Meter langen Stücke geschoben und durch einen Knoten festgehalten, während man den übrigen
61*
Theil des Kabels auf den Blechcylinder
a a
aufrollt. Das Ende befestigt man an der Schraube
p
, den Anfang (der sich innerhalb des Cylinders befindet) an die Klemmschrauben des Telephones. Hängt man noch bei
g
1
g
2
Tragriemen ein, so kann ein Mann den ganzen Apparat tragen.
Die Handhabung des Apparates ist gleichfalls eine einfache; man schiebt den Handgriff ab, zieht jene Büchse heraus, welche das mit dem Kabel nicht verbundene Telephon enthält, und löst das Kabelende von der Schraube
p
los. Während dann dieses Telephon mit dem freien Kabelende verbunden und die Telephonstation hergerichtet wird, setzt man den abgenommenen Handgriff wieder auf, läßt die Kabelrolle durch einen Mann mit der linken, durch einen zweiten Mann mit der rechten Hand an den Griffen fassen und beide im raschen Schritte an den für die zweite Station bestimmten Platz abgehen. Hierbei wird durch das sich abrollende Kabel die Verbindung hergestellt. Diese Art der Kabelauslegung gestattet auch während der Auslegung mit den die Auslegung besorgenden Infanteristen zu sprechen, da der Ton der am Siemens’schen Telephone angebrachten Anrufpfeife stark genug ist, um durch den Blechcylinder hindurch vernommen zu werden. Die Träger brauchen dann nur die eine Handhabe abzunehmen und das mit dem Kabel ohnehin in ständiger Verbindung bleibende Telephon herauszuheben.
Das Einziehen des Kabels erfolgt unter Vermittlung der an einer Handhabe auf- zusetzenden Kurbel. Für Entfernungen über 500 Meter kommt eine zweite Rolle in Verwen- dung, indem man das eine Kabelende dieser mit einem Kabelende der ersten Rolle einfach
Fig. 724.
Das Telephon im Felddienste.
durch Klemmschrauben verbindet. Natürlich gestattet die Verwendung mehrerer Apparate auch die Errichtung und Verbindung mehrerer Stationen, die alle hintereinander geschaltet sind. Für den obengedachten Zweck bringt dies den Vortheil mit sich, daß die Anzeiger bei den verschiedenen Scheiben alle gleichzeitig jeden Befehl vernehmen, der vom Commandanten gegeben wird, wodurch ein geeignetes Zusammenwirken sehr leicht zu erreichen ist.
Bei der praktischen Erprobung bewährte sich dieses System sehr gut, denn wenn auch das Gewehrfeuer die Verständigung mitunter erschwerte, so boten doch in der Regel das Zelt einerseits und die Eingrabungen bei den Scheiben andererseits genügenden Schutz gegen äußere Geräusche.
Eine andere Anwendung des Telephones, und zwar in Combination mit dem Mikro- phone, schlug A.
Axt
vor. Es soll hierdurch der äußerst beschwerliche und aufreibende Vor- postendienst der in festen Plätzen eingeschlossenen Truppen der Mannschaft abgenommen, beziehungsweise erleichtert werden. Hat man z. B. den Punkt
A
(Fig. 725) auf eine Distanz von 4000 Meter auf einem Bogen
U V
von 65 Grad zu decken, so versenkt man von 400 zu 400 Meter Mikrophone etwa einen Meter tief in den Boden und führt die daran geschlossenen Leitungen gleichfalls unterirdisch nach dem Punkte
A
, wo sie mit einem Telephone verbunden werden. Das Mikrophon selbst erhält die durch Fig. 726 dargestellte Form. Es wird nämlich aus drei Millimeter starkem, verzinntem Eisenbleche ein auf einer Fläche offener Würfel mit einer Seitenlänge von beiläufig 15 Centimeter gebildet und in demselben die Metallmembrane
m m
in ähnlicher Weise wie bei Telephonen gespannt. Auf der Oberseite dieser Membrane befestigt man einen kleinen Kohlencylinder
k
, gegen welchen sich ein zweiter Kohlencylinder
k'
unter einem Winkel von 80 Grad lehnt. Um die Berührung der beiden Kohlen zu einer leicht veränderlichen zu machen, hängt die Kohle
k'
an dem spiralförmig gebogenen Ende des Leitungsdrahtes
l
, der sowohl in das Metallkästchen isolirt eingeführt ist als auch unter der Erde von dieser isolirt weitergeführt wird.
Die Leitungsdrähte sämmtlicher Mikrophone führt man bis zu dem Punkte
A
und verbindet sie daselbst mit der einen Schienenlage 1 bis 12 eines Generalumschalters (Fig. 727), während die Schienen der zweiten Lage mit dem Telephone
T
, der Batterie
B
und einem Galvanometer
G
in Verbindung stehen. Ueberdies ist eine der erwähnten Schienen mit einer Erdplatte
E
verbunden. Ist dann z. B. Schiene 1 mit
a
und
b
mit der Erdleitung gestöpselt, so geht der Batteriestrom einerseits von der Batterie aus durch das Galvanometer, das Telephon, die Schiene
a
und in die Erde; andererseits von der Batterie durch die Schiene
a
in die Leitung 1, in das mit ihr verbundene Mikrophon und von dessen Kohlencylinder
k
Fig. 725.
Fig. 726.
Fig. 727.
Das Mikrophon im Vorpostendienste.
durch die Metallmasse des Kästchens in die Erde. Durch das Telephon wird man dann bei irgendwelcher Uebung leicht zu unterscheiden im Stande sein, ob einzelne Menschen, Truppen- körper im Marschschritte, Cavallerie oder Geschütze sich dem Standorte des betreffenden Mikrophones nähern. Ebenso sicher wird auch das Mikrophon etwa sich nähernde feindliche Mineurs anzeigen und dadurch die Richtung, in welcher diese zu bekämpfen sind, verrathen. Es bedarf wohl kaum der Erwähnung, daß man in einer Karte des Vorterrains den Ort der einzelnen Mikrophone genau einträgt, und daß die Abhorchung sämmtlicher Mikrophone durch entsprechendes Versetzen der Stöpsel des Generalumschalters erfolgt. Auch können an Stelle eines Telephones deren mehrere an den Umschalter angeschlossen werden.
Das Telephon kann auch im
Eisenbahndienste
mannigfach verwendet werden. So verband z. B. die österreichische Südbahn-Gesellschaft ihren Wiener Bahnhof mit dem Heizhause durch eine Telephon-Doppelleitung unter Benützung des etwas modificirten Systemes Gower-Bell. Ein Hauptvortheil dieser Einrichtung liegt darin, daß hierdurch ein Telegraphist entbehrlich wird.
Dasselbe System verwendet im größeren Maßstabe die
South-Western Railway Company.
Es wird nämlich auf dem Drahte mit eingeschaltet, auf welchem die sogenannten Blocksignale gegeben werden, da die starken Blockströme und die viel schwächeren Telephonströme sich gegenseitig durchaus nicht stören. Man kann dabei den Lärm, welchen die Abfahrt eines Zuges von einer entfernten Station verursacht, zugleich mit der Glocke hören, welche die Abfahrt verkündet.
Auf der der österreichischen Localbahn-Gesellschaft gehörigen Localbahn Czaslau- Zawratec-Tremosnitz und entlang der Drahtseilbahn von Tremosnitz nach Pracho- witz wurde eine Telephonverbindung hergestellt. Die Apparate sind derart ein- geschaltet, daß die einzelnen an der Linie liegenden Stationen sowohl beliebig untereinander sprechen können, als auch, daß jede einzelne Station eine Circular- depesche absenden kann, die auf allen Stationen gleichzeitig gehört wird. Die Stations-Apparate bestehen aus einem an der Wand angebrachten sogenannten
Fig. 728.
Telephon für Taucher.
Kastentelephone mit kräftigem Hufeisenmagnete; der eigent- liche Sprech-Apparat besteht aus einem auf den Tisch aufgeschraubten vertical stehenden Hörtelephone, einem mit Relais verbundenen Ruf-Apparate, einem Taster und einer Blitzschutzvorrichtung. Diese Telephoneinrichtungen sind ausschließlich für den Bahndienst bestimmt.
Für den
Taucher
bildet das Telephon ein sehr bequemes Verständigungsmittel zum Verkehre mit auf dem Lande oder Schiffe befindlichen Personen, erspart Zeit und Mühe und erlaubt dem Taucher, falls ihm Gefahren drohen, um Hilfe zu rufen. Ein hierzu tauglicher, sehr einfacher Apparat wurde von dem französischen Fregatten- Capitän
Des Portes
angegeben. Das sowohl als Hör-, sowie auch als Sprech-Apparat dienende Telephon erhält die Form einer runden Büchse
B
(Fig. 728), in welcher der gekrümmte Magnet Raum findet. Diese Büchse wird von der Platte
a b
getragen, welche im Innern des Taucherhelmes an der linken Seite befestigt ist. Von der einen Klemme führt der Draht zum Helm, der die Erdplatte ersetzt, während durch den von
S
ausgehenden Draht die Verbin- dung mit dem Kabel
K
, welches auf das Schiff hinaufführt, hergestellt wird. Der von
S
ausgehende Draht durchdringt nämlich die Platte
a b
und geht dann durch eine starke Kautschukplatte
c
, welche in dem mit Schraubengewinde versehenen cylindrischen Rohransatze
R
eingesetzt ist. Bei
n
trägt dieser Draht ein kleines Metallplättchen. In gleicher Weise durchdringt das Kabel
K
die Ueberwurf- schraube
M
und eine Kautschukplatte
c
1
, während das Ende des Drahtes mit einem ebensolchen Plättchen versehen ist. Schraubt man dann
R
und
M
zusammen, so sorgen die Kautschukplatten für einen wasserdichten Verschluß und drücken die Metallplättchen bei
n
zusammen, so daß die Stromleitung geschlossen erscheint.
Hat der Taucher seinen Apparat angelegt, so befindet sich das Telephon in unmittelbarer Nähe seines linken Ohres und läßt ihn Alles hören, was man oben in das Telephon spricht. Da der ganze Kopf durch den Taucherhelm eingeschlossen ist, versteht man umgekehrt auch den Taucher oben ganz gut, trotzdem sich dessen Telephon nicht seinem Munde gegenüber befindet. Als Anruf kann ein dem Munde des Tauchers gegenüber im Helme angebrachtes Pfeifchen dienen. Denselben Dienst leistet übrigens auch eine dem Taucher mitgegebene einfache Leine.
Die große Empfindlichkeit des Mikrophones veranlaßte bald, auf dessen Verwendung zu
ärztlichen Zwecken
zu denken. Dieses Streben führte auch in der That zur Construction einer größeren Anzahl von Instrumenten, deren einige nachstehend beschrieben werden sollen.
Das
Miophon
wurde von
Boudet
construirt, um die Muskelgeräusche zu unter- suchen. Hinter der engen Oeffnung des Schallbechers
B
(Fig. 729) ist eine Pergament- membrane
m m
gespannt, welche auf ihrer Unterseite den Untersuchungsknopf
K
und auf ihrer oberen Seite die Kohle
H
trägt. Die zweite Kohle
D
wird von dem Schlitten
A
Fig. 729.
Miophon.
Fig. 730.
Sphygmophon.
Fig. 731.
Uebertragungs-Mikrophon.
gehalten, der durch die Mikrometerschraube
V
auf- und abwärts bewegt werden kann. Der bei
I
angebrachte eingeknickte Papierstreifen wirkt als Feder, welche die Kohle
D
leicht gegen
H
drückt. Die Kohle
D
steht durch den Schlitten-Apparat, dessen Träger und einen kurzen Draht mit der Klemmschraube
S
in Verbindung, während ein Quecksilbertropfen in einer kleinen Höhlung von
H
und der eingehängte Draht die Verbindung der Kohle
H
mit der Klemme
S
1
vermitteln. Um das Geräusch eines Muskels zu beobachten, legt man das Miophon mit seinem Untersuchungsknopfe
K
auf den betreffenden Muskel auf. Man erfuhr in dieser Weise, daß bei einem menschlichen Muskel die Tonart des Geräusches plötzlich steigt, gleichzeitig mit der Intensität der freiwilligen Zusammenziehung dieses Muskels. Das Miophon stellt ein sehr brauchbares Instrument zur Beobachtung pathologischer Fälle dar, wie z. B. der Lähmung und Muskelstarre; es kann auch zur Untersuchung der Muskeln auf ihre Reizbarkeit für schwache elektrische Ströme verwendet werden.
Eine der ersten Anwendungen des Mikrophones für ärztliche Zwecke war die zur Untersuchung des Pulsschlages; derartige Instrumente, gewöhnlich
Sphygmophon
benannt, wurden in verschiedenen Constructionen hergestellt. Zu den empfindlichsten zählt
Boudet’s
Sphygmophon, welches in Fig. 730 abgebildet ist. Auf einem Hartgummiplättchen von 5 und 2·5 Centimeter Seitenlänge sind zwei Federn
E
und
F
befestigt, von welchen eine den Unter- suchungsknopf
K
, die andere die Kohle
H
trägt. Zur Regulirung der Entfernung beider Federn voneinander und somit auch des Druckes von
K
auf die Arterie dient die Schraube
G.
Die bewegliche Kohle
D
wird durch die Papierfeder
I
an die Kohle
H
gedrückt und ist in der Gabel
B
durch die Schraube
C
horizontal verschiebbar befestigt. Die Gabel sammt der Kohle läßt sich durch Drehen der Schraube
V
an der Säule
A
auf und ab bewegen. An den seitlichen Ansätzen
L L
sind Bänder angebracht, um das Instrument auf dem Arme oder einem andern Körpertheile befestigen zu können.
Das Instrument eignet sich vorzüglich zur Untersuchung der Pulsader und läßt die intraateriellen Geräusche sehr gut erkennen, ohne daß die durch die Blutwellen hervorgerufene Bewegung eine Störung verursachen würde. Es zeigt alle Geräusche innerhalb der Gefäße an und bei einiger Uebung kann man es dahin bringen, den Unterschied im Rhythmus der Athemzüge wahrzunehmen.
Zur Untersuchung von Adern, an welche man das beschriebene Instrument nicht anlegen kann, verwendet man das
Uebertragungsmikrophon
. Bei diesem ist das eine Kohlenstück
C'
(Fig. 731) nach
Marey’s
Angabe auf einer Trommel angebracht, deren Membrane
T
aus gut präparirter Schweinsblase hergestellt wird. Die Trommel steht durch
Fig. 732.
Audiometer.
ein Kautschukrohr
N
mit dem kleinen Elfenbein- oder Horntrichter
B
in Verbindung, welcher auf die zu untersuchende Ader mit leichtem Drucke aufgesetzt wird. Um fremde Geräusche sicher zu vermeiden, bringt man wohl auch noch in diesem Trichter eine Membrane an, welche dann mit einem Untersuchungsknopfe versehen wird (Längsschnitt
A
) Die Innigkeit des Contactes zwischen den beiden Kohlenstücken
C C'
wird hier nicht durch eine Papierfeder bewirkt, sondern durch folgendes von
d’Arsonval
angegebene Mittel: Die Kohle
C
trägt auf ihrer Oberseite eine kleine Stahlnadel und die Schraube
M
ist eine magnetische Stahlspindel; sonach wird die Druckregulirung durch die magnetische Anziehungskraft bewerkstelligt.
Gaiffe
hat das ganze Instrumentchen in einen Kasten eingeschlossen, der auch die Batterie
p
enthält.
Ein außerordentlich empfindliches Instrument für eine Reihe von Untersuchungen bildet das
Audiometer
oder
Sonometer
, Fig. 732. Auf zwei verticalen Ständern ist ein mit Theilung versehener Stab horizontal befestigt. Dieser trägt als Axe die beiden unbeweglichen Inductionsrollen
a c
und die verschiebbare Rolle
b.
Während jedoch die Rolle
a
eine größere Anzahl von Drahtwindungen besitzt, sind auf der Rolle
c
nur wenige Windungen angebracht. Die Drahtenden der Spulen
a
und
c
sind mit den Drähten eines Mikrophones in Verbindung gesetzt und dabei derart geschaltet, daß die die Spule
a
umkreisenden Ströme eine entgegen- gesetzte Inductionswirkung auf die Spule
b
ausüben, wie die Ströme in
c.
Die Inductions- spule
b
steht mit einem Telephone in Verbindung.
Werden also in irgend einer Art, z. B. durch den Schlag einer Uhr undulirende Ströme in die Spulen
a
und
c
gesandt, so üben beide auf
b
Inductionswirkungen aus;
a
wird hierbei kräftiger wirken als
c
wegen der bedeutend größeren Windungsanzahl. Da nun die Inductionswirkungen von
a
jenen von
b
entgegengesetzt sind, so werden sie sich gegenseitig schwächen müssen, und zwar desto mehr, je näher die Spule
b
an
c
(mit wenig Drahtwindungen) gebracht wird. Die Inductionswirkungen in
b
reproduciren im Telephone den Uhrschlag, welchen man also im allgemeinen hören wird. Hingegen ist es einleuchtend, daß man durch Verschieben der Spule
b
auf eine Stellung kommen muß, wo sich die von
a
und
c
her ausgeübten Inductionswirkungen das Gleichgewicht halten und daher das Telephon stumm wird. Diese Stellung der Spule
b
ist dann die Nullstellung auf dem getheilten Stabe. Diese wird offenbar desto näher an der Spule
c
gefunden werden, je feiner das Gehör jener Person ist, welche das Telephon benützt. Auch wird der Nullpunkt desto sicherer immer auf demselben Theilstriche des Stabes gefunden werden, je empfindlicher das Ohr der betreffenden Person ist.
Untersucht man in dieser Weise eine größere Anzahl von verschiedenen Personen, z. B. 50, so bekommt man eine Scala, deren Nullpunkt ein außergewöhnlich feines Gehör und deren Endpunkt nahezu vollständige Taubheit anzeigt.
Hughes
und
Richardson
haben in dieser Weise zahlreiche, sehr interessante Untersuchungen durchgeführt und dabei gefunden, daß z. B. durch Einhalten des Athems die Empfindlichkeit des Gehöres vorübergehend erhöht wird, daß Krankheiten auch anderer Organe als des Gehöres die Empfindlichkeit bedeutend
Fig. 733.
Inductionswage.
vermindern, das letztere sinkt, wenn der Luftdruck abnimmt u. s. w; das Instrument gestattet, das Ohr ebenso zu untersuchen, wie man durch Pulsfühlen den Pulsgang beobachten kann.
Das Sonometer kann auch zu Widerstandsmessungen verwendet werden. Zu diesem Behufe macht man die beiden Spulen
a
und
c
einander vollkommen gleich, läßt den von der Batterie kommenden Strom sich theilen, so daß der eine Zweigstrom durch
a
, der andere durch
c
fließt, und sucht dann jene Stellung der Spule
b
, bei welcher das Telephon stumm wird. Man findet sie beiläufig in der Mitte zwischen den Spulen
a
und
c
. Es ist nun klar, daß jede Veränderung des Widerstandes in dem einen oder andern Stromzweige sofort wieder ein Geräusch im Telephone hören läßt, welches erst dann abermals verschwindet, wenn man die Stellung der Spule
b
entsprechend verändert. Sind es nun bekannte Wider- stände, die man der Reihe nach einander einführt, so kann man durch Markiren der jedes- maligen Stellung der Spule
b
, für welche das Telephon stumm wird, eine ganze Widerstands- Scala erhalten. Bringt man hierauf einen unbekannten Widerstand an derselben Stelle in den Schließungsbogen, so wird die Einstellung der Spule
b
auf Stummwerden des Telephones durch ihre Stellung auf der Scala die Größe des zu messenden Widerstandes anzeigen.
Das Sonometer kann auch benützt werden, um die Bedingungen einer guten Construc- tion des Telephones zu untersuchen. Wird dies beabsichtigt, so schaltet man das Telephon in die bewegliche Spule ein und sucht für letztere die Nullstellung. Dann verändert man die Dispositionen im Telephone, also z. B. die Stellung und Größe des Magnetes, die Dicke der Membrane, die Größe des Schallbechers, den Resonanzraum u. s. w. und sucht immer wieder die Nullstellung für die bewegliche Spule. Es wird sich dann natürlich jene Construc- tion des Telephones als beste herausstellen, bei welcher es sich am Sonometer am empfind- lichsten erweist. Das Verfahren ist dasselbe wie bei der Prüfung auf Empfindlichkeit des Gehöres verschiėdener Personen; nur tritt bei Prüfung der Telephone ein Wechsel dieser statt eines solchen von Personen ein.
Auf demselben Principe wie das Sonometer beruht auch die
Inductionswage
, welche in Fig. 733 schematisch dargestellt ist. Gewissermaßen die Wagschalen derselben stellen zwei Cylinder aus Ebonit von 10 Centimeter Höhe und 3 Centimeter Durchmesser dar, auf welche je zwei Drahtspulen aufgesetzt sind. Jede der letzteren besteht aus ungefähr 150 Win- dungen seidenumsponnenen Kupferdrahtes. Die Entfernung zweier Spulen eines Cylinders voneinander beträgt ½ Centimeter. Bei der durch die Figur dargestellten Anordnung sind die beiden oberen Spulen mit einer galvanischen Batterie, einem Mikrophone und einer Bussole zu einem, die beiden unteren Spulen und ein Telephon zu einem zweiten Strom- kreise vereinigt. Die beiden unteren Spulen sind aber einander entgegengesetzt geschaltet, so daß also in ihnen erregte Inductionsströme sich einander entgegenwirken. Bei gleicher Wirksamkeit beider Spulen wird man daher im Telephone kein Geräusch hören; dies ist
Fig. 734.
Submariner Finder.
auch die Disposition, welche der Apparat zu den Versuchen erhalten muß. Er bildet dann ein außerordentlich empfindliches Instrument zur Untersuchung molecularer Veränderungen der Körper. Bringt man z. B. in einen der Cylinder, in die Mitte zwischen seine beiden Drahtspulen, eine Münze, so wird hierdurch das Gleichgewicht sofort gestört und das Telephon kommt zum Tönen. Es kann wieder stumm gemacht werden durch Veränderung der Stellung der beweg- lichen Spule auf dem zweiten Cylinder oder durch ein anderweitiges Compensationsverfahren; bringt man an Stelle dieser Münze eine zweite Münze, so wird der vorhin hergestellte Gleichgewichtszustand nur dann erhalten bleiben, wenn die zweite Münze dieselbe Form, dasselbe Gewicht und dieselbe chemische Zusammensetzung besitzt wie die erstbenützte. Ist dies nicht der Fall, so erfordert die Herstellung des Gleichgewichtes eine andere Regulirung als bei dem ersten Ver- suche. Man untersuchte in dieser Weise z. B. die Metalllegirungen, indem man sie alle in Plättchen von gleichem Durchmesser und gleicher Dicke brachte, dann nacheinander in den einen Cylinder der Wage einführte und jedesmal das Gleichgewicht herstellte, d. h. das Telephon stumm machte. Die Messungen der relativen Werthe dieser Gleichgewichte wurde durch Einschaltung eines Sonometers in den Telephonstromkreis in der vorhin angegebenen Art oder nach einem andern Compensationsverfahren ausgeführt.
Dieses Compensationsverfahren ist im
Philosophical Magazine
1879 und anderen Zeitschriften beschrieben; eine kurze Zusammenfassung der Versuche findet man auch in
Th. du Moncel
:
„Le Mikrophone, le radiophone et le phonographe”.
Auch für ein und dasselbe Metall ergaben sich bei diesen Versuchen verschiedene Werthe, wenn die physikalische Beschaffenheit desselben geändert wurde, also z. B. für geschmiedetes, gegossenes oder gewalztes Eisen u. s. w.
Man ersieht hieraus bereits, daß die Inductionswage ein sehr schätzenswerthes Instrument zum Studium molecularer Zustände der Körper darstellt. Die Inductionswage ist aber auch verschiedener praktischer Anwendungen fähig, wie z. B. zur Auffindung von Erzlagern, zur Entdeckung von Torpedos oder anderen Metallgegenständen im Meere, von Projectilen im menschlichen Körper, zur Bestimmung der Torsion von Maschinenwellen u. s. w.
Mac Evoy’s submariner Finder
, bestimmt zur Auffindung von Torpedos, verlorener Anker, eiserner Schiffe, überhaupt von Metallgegenständen auf dem Meeresgrunde, ist auch nur eine Inductionswage in etwas veränderter Anordnung.
P P'
(Fig. 734) sind die in den primären Stromkreis geschalteten Spulen,
B
stellt die Batterie und
J
einen Inter- ruptor dar. Die einander entgegengeschalteten secundären Spiralen
S S'
stehen mit dem Telephone
F
in Verbindung. Werden durch das Spiel des Interruptors
J
rasch aufeinander folgende Stromimpulse durch die Spulen
P P'
gesandt, so erregen diese in den Spulen
S S'
Inductionsströme; diese in entgegengesetzter Richtung auf das Telephon wirkenden Inductions- ströme werden sich vollkommen aufheben, d. h. das Telephon stumm machen, wenn die Größe und gegenseitige Stellung der Spulen entsprechend regulirt ist. Nähert man dann das Spulenpaar
P' S'
einer Metallmasse, so wird das Gleichgewicht sofort gestört und das Tele- phon verräth durch Tönen die Anwesenheit eines Metalles, also z. B. den Ort, an welchem sich ein Torpedo befindet.
Auch als
elektrische Kugelsonde
hat die Inductionswage in verschiedenen Formen An- wendung gefunden.
Hughes
macht zu diesem Zwecke das eine Spulenpaar beweglich und führt dieses, nachdem der Gleichgewichtszustand sorgfältig hergestellt worden ist, über jene Stellen des Körpers, in welche das Projectil eingedrungen ist. Sowie man in die Nähe des Projectiles kommt, tönt das Telephon. Man kann dann durch Herumführen der Spulen nach verschiedenen Richtungen jene Stelle ausfindig machen, an welcher sich die Spulen dem Projectile am nächsten befinden, weil dort das Telephon am lautesten tönt. Die Inductionswage gestattet aber auch die Tiefe ausfindig zu machen, in welcher das Projectil sitzt. Man erhält nämlich die Spulen an jener Stelle, für welche das Telephon am lautesten tönt und bringt dieses dadurch zum Schweigen, daß man der fixen Inductionsspule ein Bleistück nähert, welches jenem gleich ist, das man in der Wunde vermuthet. Hat man nämlich durch vorsichtiges Annähern dieses Bleistückes die gleiche Entfernung desselben von der fixen Inductionsspule erreicht, als das Projectil von der auf den Körper aufgelegten Spule besitzt, so ist das Gleichgewicht wieder hergestellt, also das Telephon zum Schweigen gebracht. Die Abmessung der Entfernung des Versuchsprojectiles von der fixen Spule giebt dann die Tiefe, bis zu welcher die Kugel in den Körper eingedrungen ist.
Radiophon, Telephot und Phonograph.
Berzelius
entdeckte im Jahre 1817 das
Selen
, einen Körper, der bezüglich seines chemischen und physikalischen Verhaltens dem Schwefel und Tellur nahesteht. Das Selen kann in verschiedenen Modificationen erhalten werden; es stellt ein rothes Pulver dar, wenn man es aus seinen Verbindungen durch reducirende Körper fällt, es krystallisirt in dunkelrothen Prismen, wenn man es aus einer Schwefelkohlenstofflösung krystallisiren läßt; geschmolzen und rasch abgekühlt stellt es eine amorphe Masse dar. Sowohl das krystallisirte als auch das amorphe Selen geht in eine krystallinische, bleigraue Masse über, wenn man es längere Zeit auf 100 Grad erhitzt.
Knox
wies bereits im Jahre 1837 die Leitungsfähigkeit geschmolzenen Selens für elektrische Ströme nach und
Hittorf
beobachtete diese auch bei gewöhnlicher Temperatur, wenn das Selen in der krystallinischen Modi- sication untersucht wurde.
May
fand endlich, daß die Leitungsfähigkeit des Selens durch den Einfluß des Lichtes bedeutend verändert wird. Diese Beobachtung wurde im Jahre 1873 von
Willoughby-Smith
im Vereine der Telegraphen-Ingenieure zu London mitgetheilt und erregte ein umso größeres Interesse, als ein derartiges Verhalten ausschließlich auf das Selen beschränkt erscheint. Zahlreiche Forscher, wie Willoughby-Smith, Draper, Sabine, Bell, Werner Siemens u. s. w., befaßten sich hierauf mit dem Studium dieser interessanten Erscheinung; während nun aber die meisten Forscher hierzu das Galvanometer anwandten, verfolgte Bell die Widerstandsänderungen mit dem Telephon und gelangte hierdurch zu Construction des
Photophones.
Da das Selen dem Durchgange des elektrischen Stromes einen außer- gewöhnlich großen Widerstand entgegensetzt, können nur sehr dünne Schichten in einen Schließungsbogen geschaltet werden, wenn das Telephon noch verwendbar bleiben soll. (Der Widerstand der Inductionsspule im Telephone muß bekanntlich dem Widerstande des Stromkreises angepaßt werden.) Andererseits mußte aber die Selen-Oberfläche verhältnißmäßig groß genommen werden, um eine hinreichend kräftige Einwirkung des Lichtes zu ermöglichen. Bell und sein Mitarbeiter
Tainter
richteten daher ihre Bestrebungen darauf, ein Präparat herzustellen, welches diesen scheinbar einander widersprechenden Bedingungen Genüge leistet, d. h. sie suchten eine möglichst empfindliche
Selenzelle
zu erhalten. Bell theilt in seinem ersten Memoire über diesen Gegenstand mit, daß er über 50 Formen von Selenzellen construirt und mit diesen experimentirt habe.
Eine solche Selenzelle ist in Fig. 735 schematisch und durch Fig. 736 im Schnitte, in natürlicher Größe (nach Hospitalier,
„La physique moderne”
) dar- gestellt. Sie besteht aus einer größeren Anzahl von Messingscheiben (1 … 10, Fig. 735), welche durch Zwischenlegung von Glimmerscheiben (in der Figur die weißgelassenen Streifen) voneinander isolirt sind. Da die Glimmerscheiben einen
Fig. 735.
Selenzelle.
Fig. 736.
Bell’s Selenzelle.
etwas geringeren Durchmesser erhalten als die Messingscheiben, so entsteht zwischen je zwei aufeinander folgenden Messingscheiben ein ringförmiger Raum; dieser ist zur Aufnahme des Selens bestimmt. Die ganze Säule wird nämlich nahe bis zu jener Temperatur erhitzt, bei welcher das Selen schmilzt, und dann mit einem Selenstäbchen eingerieben. Bei dieser Operation dringt das Selen in die ring- förmigen Räume ein und füllt diese aus (in den Figuren als schwarze Flächen sichtbar). Indem nun die paaren Messingscheiben mit einem Leiter
N
, die unpaaren mit einem zweiten Leiter
M
verbunden werden, erhält man in der Selenzelle eine bestimmte Anzahl parallel geschalteter Selenelemente, also eine Säule von geringem Widerstande trotz ihrer großen Oberfläche. Eine derartige Selenzelle Bell’s besaß z. B. 1200 Ohms Widerstand im Dunkeln und nur 600 Ohms im Tageslichte.
Die Form, welche
Mercadier
seiner sehr empfindlichen Selenelementen gab, veranschaulicht die schematische Fig. 737. Hierzu werden zwei sehr dünne Messing- bänder
a
und
b
(von 0·1 Millimeter Dicke) benützt, von welchen das erstere durch die gezogene, das letztere durch die punktirte Linie dargestellt ist; man erhält diese durch Zwischenlage von zwei Streifen Pergamentpapier gleicher Breite (und un- gefähr 1 Millimeter Dicke) voneinander getrennt und windet alle vier Streifen mit möglichst starker Pressung zu einer Spirale. (Die Papierstreifen hat man sich durch die weißen Zwischenräume zwischen
a
und
b
dargestellt zu denken.) Hierauf wird das Ende des Messingbandes
a
mit der Messingplatte
d d
und der Streifen
b
mit der Messingplatte
c c
verbunden, so daß also mit der einen Messingplatte gewissermaßen alle paaren, mit der andern alle unpaaren Spiralen in Verbindung stehen. Die ganze Spirale wird dann durch die Schrauben
n n
zwischen Messing- oder auch Holzschienen eingepreßt; im ersteren Falle müssen die Schrauben von den Schienen isolirt werden. Die Klemmschraube
A
steht mit der Messingplatte
c c
, die Schraube
B
mit der Platte
d d
in leitender Verbindung. Der so erhaltene Block wird hierauf an seiner Stirnseite polirt und mit Hilfe eines Galvanometers untersucht, ob die beiden Messingspiralen in ihrer ganzen Länge voneinander isolirt sind. Ist dies der Fall, so erwärmt man den Block in einem Sandbade oder auf einer Kupferplatte, bis seine Tem- peratur den Schmelzpunkt des Selens nahezu erreicht hat, und reibt dann eine Stirnseite mit einem Selenstäbchen ab. Man sucht hierbei das Selen in mög- lichst dünner Schichte aufzutragen und läßt hierauf den ganzen Block langsam abkühlen. Um die Selen-
Fig. 737.
Mercadier’s Selenzelle.
fläche zu schützen, bedeckt man sie mit einer dünnen Glimmerplatte oder versieht sie mit einem Lackanstriche.
Soll aber das Telephon ein wirksames und empfindliches Untersuchungs- Instrument für die Widerstandsänderungen im Selen bilden, so müssen rasch inter- mittirende oder in ihrer Intensität wechselnde Ströme auf ersteres wirken, da allmählich eintretende Aenderungen ebenso wenig auf das Telephon wirken wie auf die secundäre Spirale einer Inductionsrolle. Es ist deshalb nothwendig, für einen raschen Wechsel des Widerstandes im Selen zu sorgen, d. h. die Selenzelle einer rasch intermittirenden Beleuchtung auszusetzen. Solche intermittirende Lichtstrahlen können auf verschiedene Weise erhalten werden; eine derselben besteht darin, daß man den Lichtstrahlen auf ihrem Wege zur Selenzelle eine undurchsichtige Scheibe in den Weg stellt, welche an ihrem Umfange mit Oeffnungen versehen ist und in beliebig rasche Rotation versetzt werden kann. Auf diese Art erreicht man eine regelmäßige, beliebig schnelle Aufeinanderfolge von Beleuchtungen und Verdunkelungen der Selenzelle. Ist nun diese mit einer Batterie und einem Telephone zu einem Stromkreis vereinigt, so hört man im Telephone einen Ton, dessen Höhe durch die Zahl der Lichtintermittenzen in der Zeiteinheit bestimmt ist. Es ist klar, daß dieses Resultat jederzeit erreicht werden muß, wie weit auch der Lichtsender von dem Empfangsapparate, der Selenzelle mit ihrem Stromkreise, entfernt ist, wenn nur die Bedingung erfüllt wird, daß die intermittirenden Lichtstrahlen auf die Selenzelle gelangen.
Bell und Tainter hatten bei ihren Versuchen den Empfangsapparat 213 Meter von dem Sender entfernt aufgestellt; es hindert jedoch nichts, bei Anwendung einer hinlänglich kräftigen Lichtquelle diese Entfernung bedeutend zu vergrößern. Der Apparat in der angegebenen Ordnung gestattet bereits eine Correspondenz zwischen zwei voneinander entfernten Orten, ohne daß diese durch eine Leitung verbunden sind. Man kann nämlich aus kurz und lange andauernden Tönen ein Alphabet in derselben Weise zusammensetzen, wie ein solches beim Morse-Apparat aus Strichen und Punkten gebildet wird. Eine einfache Vorrichtung, die dies gestattet, zeigt Fig. 738. Die an ihrer Peripherie durchbohrte Scheibe
S
wird in gleichmäßige Rotation versetzt und verwandelt hierdurch die sie durchsetzenden
Fig. 738.
Photophon-Geber.
Lichtstrahlen in intermittirende, welche durch die in der Selenzelle hervor- gerufenen Widerstandsänderungen das Telephon der Empfangsstation zum Tönen bringen. Man kann nun offen- bar das Tönen so oft und so lange unterbrechen, als man die Lochreihe in der Scheibe
S
verdeckt und dadurch die Lichtstrahlen verhindert, die Scheibe zu passiren. Um die Hervorrufung einer bestimmten Aufeinanderfolge von kurz und lange andauernden Tönen in bequemer Weise zu ermöglichen, ist auf dem Gestelle der Scheibe ein Taster
T
angebracht, der sich um
L
dreht und mit einer zeigerartigen Verlängerung
L l
versehen ist. Das Ende des Zeigers bei
l
verdeckt, wenn der Taster ruht, d. h. an der oberen Schraube
V
anliegt, gerade jene Oeffnung der Scheibe, welche der Lichtquelle gegenüberliegt, und hindert somit den Durchgang der Lichtstrahlen. Wird jedoch der Taster niedergedrückt, so bewegt sich der Zeiger nach links und die Lichtstrahlen können die Scheibe un- gehindert passiren, so oft eine Oeffnung der Lichtquelle gegenüberkommt. Man hat es also durch länger oder kürzer andauerndes Niederdrücken des Tasters in der Hand, länger oder kürzer dauernde Töne im Telephon der Empfangsstation hervor- zurufen. Die Fähigkeit des geschilderten Apparates, Schall mit Hilfe eines gewöhn- lichen Lichtstrahles erzeugen und wiedergeben zu können, veranlaßte Bell, hiefür die Bezeichnung „Photophon“ zu wählen.
Das Photophon erwies sich aber nicht nur zur Uebertragung von Tönen geeignet, sondern ermöglicht auch die Uebertragung des gesprochenen Wortes. Das erreichte Bell dadurch, daß er das Licht, welches ein Spiegel zurückwirft, in Schwin- gungen versetzt, welche denjenigen entsprechen, die durch das Sprechen in einer Membrane hervorgerufen werden. Bell benützt als Membrane oder Diaphragma ein dünnes Glimmer- oder Glasplättchen (Deckgläschen für mikroskopische Präparate) und befestigt dieses in einer mit Schallbecher versehenen Fassung; da dieses Plättchen versilbert ist, dient es gleichzeitig als Spiegel. Der photophonische Apparat erhält dann die durch die schematische Fig. 739 dargestellte Anordnung.
M
ist ein Spiegel, welcher die Lichtstrahlen (der Sonne, einer elektrischen Lampe u. s. w.) auf das Diaphragma
D
wirft, von welchem sie in die durch den Pfeil angedeutete Richtung reflectirt werden, wobei die Linsen
L
1
und
L
2
zur Concentrirung der Strahlen dienen. In der Empfangsstation fallen die Lichtstrahlen auf einen parabolischen Hohlspiegel
R
und werden durch diesen auf die Selenzelle
P
geworfen, welche in den Stromkreis der Batterie
B
und des Telephons
T
geschaltet ist. Spricht man nun in den Schalltrichter
O
, so geräth das spiegelnde Diaphragma
D
in Schwin-
Fig. 739.
Photophon.
Fig. 740.
Photophon-Geber.
gungen und theilt diese den Lichtstrahlen mit. Hierdurch wird die Selenzelle
P
einem Wechsel der Beleuchtung ausgesetzt, welcher den Schallschwingungen entspricht, somit wird der Widerstand der Selenzelle und folglich auch die Stromstärke dem- entsprechend geändert. Die Membrane des Telephons macht daher dieselben Schwin- gungen wie das Diaphragma
D
, d. h. das Telephon giebt die gegen
D
gesprochenen Worte wieder.
In Fig. 740 ist der Sender in perspectivischer Ansicht dargestellt. Die auf den Spiegel
M
auffallenden Lichtstrahlen werden reflectirt, durch die Linse
L
1
gesammelt und auf das spiegelnde Diaphragma
D
geleitet; von hier aus gelangen sie durch die Linse
L
2
in die Empfangsstation.
Bell’s Versuche und Publicationen über das Photophon gaben Anlaß zu ausgedehnten Untersuchungen von Seite verschiedener Forscher. Hierbei stellte es sich heraus, daß die Schallübertragung auch ohne Anwendung von Selenzellen und galvanischen Batterien möglich sei und daß nichtleuchtende Wärmestrahlen schall- erregend wirken können. Das letzterwähnte Ergebniß veranlaßte
Mercadier
für Photophon die Bezeichnung
Radiophon
vorzuschlagen. Bei diesem dient eine dünne Platte aus irgend einem Materiale als Empfänger; die von dieser Platte erzeugten Töne werden durch ein Hörrohr dem Ohre übermittelt. Den Tongeber änderte Mercadier in der Weise ab, daß er die an ihrem Rande durchlöcherte Scheibe durch eine solide Glasscheibe ersetzte, welche mit schwarzem Papier überklebt wurde; in diesem waren in concentrischen Kreisen die Oeffnungen ausgeschnitten. Hierdurch wurden jene Geräusche vermieden, welche bei der Anordnung Bell’s durch die Reibung der Luft in den Löchern entstanden. Es stellte sich nun bald heraus, daß die Empfängerplatten durch die intermittirenden Lichtstrahlen nicht in transversale Schwingungen versetzt werden, also derart schwingen wie gewöhnliche tönende Platten. So giebt z. B. eine und dieselbe Platte die tiefsten wie die höchsten Töne gleich gut; die Dicke und Breite der Platte hat keinen Einfluß auf die Tonhöhe oder auf die Klangfarbe; treffen mehrere mit verschiedener Geschwindigkeit inter- mittirende Lichtstrahlen die Platte, so giebt diese ganze Accorde. Auch die Ver- schiedenheit der Stoffe, aus welchen die Platten hergestellt werden, bleibt dies- bezüglich ohne Einfluß; wohl aber wird hierdurch die Intensität des Tones geändert.
Hingegen machte sich eine Veränderung der Oberfläche sehr stark geltend; jede Veränderung, welche das Reflexionsvermögen beeinflußte, änderte auch die Intensität des Tones, so zwar, daß geritzte oder oxydirte Flächen sich besonders günstig erwiesen, während eine versilberte Glastafel gar keinen Ton hören ließ. Im Allgemeinen zeigten sich jene Platten am wirksamsten, welche die Strahlen stark absorbiren, aber wenig reflectiren. So wurden besonders gute Resultate bei Anwendung von Platten erzielt, deren Oberfläche man mit chinesischer Tusche, Platinschwarz oder Ruß überzogen hatte. Papier, welches im gewöhnlichen Zustande keine Töne hören läßt, tönt ganz deutlich, wenn man die bestrahlte Fläche berußt. Einen sehr empfindlichen Empfänger erhält man dadurch, daß man ein Glimmer- plättchen mit Ruß überzieht.
Die außergewöhnliche Empfindlichkeit berußter Flächen brachte auch Tainter auf den Gedanken, in der Selenzelle das Selen durch Ruß zu ersetzen. Zu diesem Behufe ist auf einer Glasplatte
P
(Fig. 741) Silber niedergeschlagen und dann dieser Niederschlag theilweise wieder entfernt, so daß die silberfreien Stellen eine Zickzacklinie
Z Z
bilden. Letztere füllt man mit Ruß aus und erhält dadurch einen Silberbeleg, der durch den zickzackförmigen Rußstreifen in zwei Theile getheilt ist. Die beiden Theile des Silberbeleges können dann durch die Klemmen
K K
mit der Batterie und dem Telephone verbunden werden. Treffen auf eine solche Ruß- zelle intermittirende Lichtstrahlen auf, so rufen sie im Telephone laute Töne hervor; die Zelle kann auch zum Fernsprechen benützt werden.
Es ist nun die Frage zu beantworten, in welcher Weise die oben geschilderten Erscheinungen zu erklären sind. Verwendet man eine Selenzelle, welche mit einem Telephone in den Stromkreis einer Batterie geschaltet ist, so ändern die auf die Selenzellen auffallenden Lichtstrahlen das Leitungsvermögen des Selens in einer der Intermittenz der Strahlen entsprechenden Weise. Es muß sich folglich auch die Stromstärke in dieser Weise ändern und daher wird das Telephon ertönen, beziehungsweise die gegen die Senderplatte gesprochenen Worte wiedergeben müssen. Bei Anwendung der Selenzelle ist es also thatsächlich die Wirkung des Lichtes, welche das Tönen veranlaßt. Anders verhält es sich aber, wenn als Empfänger eine einfache, mit Hörrohr versehene Platte, z. B. eine berußte Glimmerplatte benützt wird. Hier kommt weder ein Batteriestrom noch ein Telephon zur Anwen- dung, hier ist die bestrahlte Fläche des Empfängers nicht das Mittel, um einen zweiten Apparat (das Telephon) zum Tönen zu bringen, sondern sie selbst giebt den Ton. Eine Wirkung des Lichtes in der Art wie bei der Selenzelle kann also bei dem berußten Glimmerplättchen nicht eintreten. Dies veranlaßte verschiedene Forscher, zu untersuchen, welche Bestandtheile des Lichtstrahles überhaupt auf die Platte wirken, ob dies namentlich die Lichtstrahlen oder die Wärme- strahlen sind. Man ließ zu diesem Behufe die intermittirenden Strahlen eine Lösung von Jod in Schwefelkohlenstoff passiren, eine Flüssigkeit, welche die Eigenschaft besitzt, die leuchtenden Strahlen zu absorbiren, die dunklen Wärmestrahlen aber durch- zulassen. Es zeigte sich hierbei, daß durch Ein- schalten der Jodlösung das Tönen der Platte nicht beeinflußt wird. Die Platte gab jedoch keinen Ton, wenn man an Stelle der Jodlösung eine Alaun- lösung einschaltete. Von dieser ist bekannt, daß sie die Lichtstrahlen passiren läßt, hingegen die Wärme- strahlen absorbirt.
Mercadier
benützte als Lichtquelle zur Erzeugung der intermittirenden Strahlen eine zur Rothgluth erhitzte Kupferplatte und brachte hier- durch den Empfänger gleichfalls zum Tönen. Dann ließ er die Kupferplatte langsam abkühlen, so daß sie im verdunkelten Zimmer nicht mehr zu sehen war, d. h. also keine leuchtenden Strahlen mehr aussandte; das Tönen des Empfängers blieb trotz- dem noch hörbar. Aus diesem und den vorerwähnten Versuchen folgt daher, daß man nicht den leuchtenden, sondern den Wärmestrahlen die Wirkung zuzuschreiben hat. Dies hat Mercadier auch in exacter Weise
Fig. 741.
Rußzelle.
dadurch gezeigt, daß er die intermittirenden Lichtstrahlen durch das Prisma in seine Bestandtheile zerlegte (vergl. Seite 717) und das so erhaltene Spectrum durch einen Empfänger untersuchte, dessen Platte bis auf eine schmale Spalte durch eine Blendung verdeckt war. In dieser Weise wurden die einzelnen Theile des intermittirenden Lichtstrahles der Reihe nach geprüft und hierbei ergab sich dasselbe Resultat.
Hiermit ist nun allerdings bewiesen, daß es die Wärmestrahlen sind, welche die Empfängerplatte zu Schwingungen veranlassen, doch bleibt noch immerhin die Frage offen, welcher Art diese Schwingungen der Platte seien. Daß die Empfänger- platte nicht zu Transversalschwingungen veranlaßt wird, wie sie gewöhnliche tönende Platten ausführen, wurde bereits gezeigt (Seite 976).
Bell
gelangte
Urbanitzky
: Elektricität. 62
daher zu nachstehender Erklärung. Trifft der intermittirende Strahl auf die Empfängerplatte, z. B. auf Lampenruß, so werden die Theilchen desselben erwärmt und ausgedehnt, folglich die mit Luft erfüllten Zwischenräume verkleinert; umgekehrt kühlen sich die Theilchen ab und vergrößern die Zwischenräume, wenn der Licht- strahl unterbrochen ist. Die Luft muß also im ersten Falle ausgepreßt, im letzteren Falle eingesaugt werden. Die Vergrößerung der Zwischenräume bewirkt nämlich eine Verdünnung der Luft in der Rußschichte und veranlaßt dadurch ein Zuströmen der umgebenden Luft. Diese beiden Wirkungen werden noch dadurch verstärkt, daß auch die Luft in den Zwischenräumen abwechselnd erwärmt und wieder abgekühlt wird, wodurch sich auch ihr Volumen vergrößert oder verkleinert. Durch dieses Ausstoßen und Einsaugen werden abwechselnd Verdichtungs- und Verdünnungswellen in der äußeren Luft erzeugt, welchen der beobachtete Ton seine Entstehung verdankt.
Schon vor mehreren Jahren brachten amerikanische Zeitungen die Nachricht, daß das Problem des „
telegraphischen Sehens
“ gelöst sei, d. h. daß es gelungen sei, ein Instrument, das
Telephot,
zu construiren, durch welches einer z. B. in Wien weilenden Person das Bild eines etwa in Paris stattfindenden Rennens vorgeführt wird. Sonach könnten
Fig. 742.
Telephote.
sich zwei weit voneinander entfernte Personen durch das Telephon miteinander besprechen und gleichzeitig im Bilde sehen. Thatsächlich ist nun das Problem des sogenannten telegraphischen Sehens allerdings nichts weniger als gelöst, aber immerhin ist es einigen Forschern gelungen, zu zeigen, daß dieses Problem nicht absolut unlösbar ist. Ohne auf alle diesbezüglichen Vorschläge näher einzugehen, möge hier nur mitgetheilt werden, in welcher Weise sich
John Perry
in einem Vortrage hierüber aussprach.
Man hat z. B. in York eine Selenzelle vor einer bestimmten Stelle eines Bildes und kann in London auf eine correspondirende Stelle eines Schirmes ein kleines Lichtviereck werfen; die Helligkeit dieses Viereckes sei regulirbar durch eine kleine, bewegliche Klappe, die mit der Nadel eines Galvanometers verbunden ist. Wenn nun Licht auf die Selenzelle in York fällt, so fließt in Folge der momentanen Veränderung des Selenwiderstandes ein stärkerer elektrischer Strom nach London und dieser öffnet die Klappe. Das Viereck in London wird also hell, wenn das Selen in York hell beleuchtet wird. Ist letzteres dunkel oder im Schatten, so sieht man auch das Viereck in London entsprechend beschattet oder verdunkelt. Entwirft man nun in York z. B. das Bild eines Mädchens mit Springschnur und läßt eine Selen- zelle über dieses Bild weggehen, während sich in London ein Spiegel so bewegt, daß das die Klappe passirende Licht isochron (d. h. gleich schnell mit der Bewegung der Selenzelle) über den Schirm wandert, dann wird, wenn die Selenzelle vor eine dunkle, halbdunkle oder helle Stelle des Bildes in York kommt, die entsprechende Stelle des Schirmes in London dunkel, halbdunkel oder hell erscheinen. Nehmen wir nun an, daß die Bewegung hinlänglich rasch geschieht und daß die Klappe in ihren entsprechenden Bewegungen rasch genug folgt, so wird der Theil des Bildes in York in London getreulich reproducirt werden und auf der Netzhaut des Auges ein Bild in Schwarz, Grau und Weiß, wie eine Photographie, erzeugen. Die nacheinander auf verschiedenen Stellen des Schirmes hervorgerufenen hellen und halbdunkeln Stellen werden eben wegen ihrer raschen Aufeinanderfolge vom Auge nicht mehr getrennt, sondern gleichzeitig wahrgenommen. Würden sich nun etwa vierzig solche Selenzellen gleichzeitig nebeneinander bewegen, so wäre es möglich, in London nicht nur ein Bild zu entwerfen von einem Mädchen in York, sondern sogar von einem schnur- springenden Mädchen.
John Perry erläuterte dieses Princip an dem in Fig. 742 dargestellten Modelle. Durch eine
Laterna magica L
wird auf den Schirm
S
ein Bild projicirt, z. B. ein aus hellen und dunklen Streifen zusammengesetztes Band. Ueber dieses Bild kann mit Hilfe einer Schnur die Selenzelle rasch hinwegbewegt werden; dieselbe Schnur ist mit ihrem andern Ende an dem um
b
drehbaren Sector
h b
befestigt, so daß die Selenzelle und dieser Sector durch Anziehen an dem freien Ende der Schnur vollkommen gleichzeitig (isochron) bewegt werden. Im Drehpunkte des Sectors ist auf einem kleinen Träger der Spiegel
a
aufgesetzt, während ihm der nach dem Radius
h b
gekrümmte Schirm
s
gegenübergestellt wird. Die Lichtquelle
c
, deren Strahlen durch den Spiegel
a
auf den
Fig. 743.
Edison’s Phonograph.
Schirm
s
geworfen werden, hat eine eigenartige Einrichtung; die Lichtstrahlen müssen nämlich, bevor sie auf den Spiegel
a
gelangen, eine Art Galvanometer passiren, d. h. durch den Hohlraum einer Drahtspule gehen, in welcher eine kleine Magnetnadel schwingt. Auf diese Magnetnadel ist ein Schirm aus berußtem Aluminiumbleche, ein sogenannter Verdunkler befestigt, welcher sich je nach der Stellung der Nadel quer oder parallel zur Längsrichtung des Spulenhohlraumes stellt oder auch eine Mittellage einnimmt. Steht dieser Verdunkler quer im Spulenhohlraume, so verhindert er den Durchgang der Lichtstrahlen vollkommen; steht er parallel, so gehen fast sämmtliche Lichtstrahlen ungehindert durch und eine Mittel- stellung gestattet einer mittleren Lichtmenge den Durchgang. Da die Drahtwindungen der Spule mit der Selenzelle
D
in den Stromkreis einer Batterie eingeschaltet sind, so wird die Stellung der Magnetnadel und somit auch die Stellung des Verdunklers von der jeweiligen Stromstärke abhängen. Der Verdunkler wird nun ursprünglich derart auf die Magnetnadel aufgesetzt, daß er sich quer stellt, d. h. den Lichtstrahlen den Weg gänzlich ver- sperrt, wenn der Strom seine geringste Intensität besitzt. Die Stromstärke wird bei dieser Einrichtung nur durch den veränderlichen Widerstand der Selenzelle geändert und diese ändert ihren Widerstand nach Maßgabe ihrer Belichtung. Befindet sich daher die Selenzelle auf einem hellen Streifen des Schirmes
S
, so ist ihr Widerstand am geringsten, daher die Stromstärke am größten und der Verdunkler wird durch die Magnetnadel parallel zur Längs- richtung des Spulenhohlraumes gestellt. Die Strahlen der Lichtquelle gehen daher ungehindert
62*
durch, treffen den Spiegel
a
und werden von diesem auf den Schirm
s
reflectirt. Es entsteht also hier ein heller Streifen. Bewegt man die Selenzelle bis zum nächsten hellen Streifen, so erzeugt der Spiegel
a
in gleicher Weise abermals einen hellen Streifen auf dem Schirme
s;
hierbei wird die Lage der hellen Streifen auf dem Schirme
s
jener auf dem Schirme
S
entsprechen müssen, weil die Selenzelle
D
und der auf
h b
befestigte Spiegel
a
in gleicher Weise bewegt werden. So oft die Selenzelle auf einen dunklen Streifen gelangt, erreicht ihr Widerstand den höchsten Werth, daher die Stromstärke in der Drahtspule den niedersten. Der Verdunkler stellt sich dann quer zum Spulenhohlraume und läßt keine Lichtstrahlen auf den Spiegel
a
gelangen, weshalb auch der Schirm
s
dunkel bleibt.
Hieraus ersieht man, daß durch das Bewegen der Selenzelle
D
über das Bild auf dem Schirme
S
hin entsprechende Lichtbilder auf entsprechenden Stellen des Schirmes
s
ent- worfen werden. Man wird das getreue Bild des gestreiften Bandes auf
S
auf dem Schirme
s
wieder hervorrufen können, wenn man die Selenzelle so rasch bewegt, daß die nacheinander erzeugten Lichtstreifen auf
s
in kürzeren Pausen aufeinander folgen, als welcher das menschliche Auge bedarf, nun die einzelnen Bilder getrennt wahrnehmen zu können. Dann erscheint das Bild des 2., 3., … hellen Streifens bereits auf dem Schirme, wenn der Eindruck des ersten hellen Streifens auf das Auge noch nicht erloschen ist.
Befindet sich also der Schirm
S
mit seiner Selenzelle in York, der Schirm
s
mit einem Beleuchtungsapparate in London, so kann das in York durch die
Laterna magica
auf dem Schirme
S
erzeugte Bild in London auf dem Schirme
s
gesehen werden. Es bedarf
Fig. 744.
Phonograph.
wohl kaum der Erwähnung, daß dann die synchrone Bewegung des Spiegels
a
und der Selenzelle
D
durch andere Mittel als die verbindende Schnur im besprochenen Modelle bewirkt wird. Hierzu könnte beispielsweise das phonische Rad (Seite 875) Ver- wendung finden. Es ist auch selbstverständlich, daß zur Repro- ducirung eines größeren Bildes, z. B. des eines schnurspringenden Mädchens, eine größere Anzahl von Selenzellen einerseits und eine dementsprechende Anzahl von Beleuchtungs-Apparaten anderer- seits benützt werden müßte.
Wenn wir den Abschnitt über Telephonie mit der Be- schreibung des
Phonographen,
also eines Apparates abschließen, der nicht in das Gebiet der angewandten Elektricitätslehre fällt, so geschieht dies wegen der Verwandtschaft dieses Instrumentes zum Telephone, ebenso wie auch jene Radiophone, die weder der Selenzelle noch des elektrischen Stromes bedürfen, der Voll- ständigkeit wegen nicht aus dem Kreise unserer Betrachtungen ausgeschlossen wurden.
Der Phonograph oder Tonschreiber ist eine Erfindung
Edison’s
, wenngleich das Princip eines Instrumentes, welches im Stande ist, Worte, die durch einen dem Phonautographen ähnlichen Apparat registrirt wurden, hörbar wiederzugeben, schon im April 1877 von
Charles Cros
angegeben wurde. Edison beschrieb in einem Patente vom Juli 1877 zunächst nur eine Methode, durch welche die Zeichen des Morse-Apparates derart erzeugt wurden, daß sie eine automatische Wieder- holung des Telegrammes ermöglichten. Bald darauf kam jedoch Edison auf den Gedanken, seine Methode auch zum Registriren und zur lauten Wiedergabe der Sprache zu verwenden und im Januar 1878 wurde sein Phonograph patentirt
Eine der Formen, welche Edison’s Phonograph erhielt, ist in Fig. 743 in perspectivi- scher Ansicht und in Fig. 744 im Querschnitte abgebildet. Der Messingcylinder
A
sitzt auf einer Welle auf, die einerseits mit einer Kurbel, andererseits mit einem schweren Schwungrade
G
versehen ist, um hierdurch eine möglichst gleichförmige Rotation des Cylinders zu ermöglichen. In eine Hälfte der Axe und in den Messingcylinder sind Schrauben eingeschnitten, deren Ganghöhen einander genau gleich sind; da die Schraubenaxe in eine am Ständer befestigte Schraubenmutter gelagert ist, wird der Cylinder gleichzeitig mit seiner Rotation in der Richtung der Cylinderaxe verschoben. Am Gestelle dieses Apparates ist ein verstellbarer Support
S
angebracht, der den Schallbecher
B
und die dazugehörige Membrane
M
trägt; die beiden letzteren sind ebenso angeordnet und aneinander befestigt, wie bei Telephonen. Mit einem Arme
T
des Supportes ist die Feder
f
verbunden, auf deren freiem Ende der Stahlstift
s
aufsitzt. Die Verbindung dieses federnden Stiftes mit der Membrane ist durch die Kautschuk- röhrchen
c
hergestellt. Wird also die Membrane
M
durch Hineinsprechen in den Schallbecher
B
in Schwingungen versetzt, so muß der Stift
s
diese Schwingungen gleichfalls mitmachen.
Um mit diesem Apparate die Sprache zu registriren, überzieht man den Messingcylinder mit Zinnfolie (Stanniol) oder einer ebenso dünnen Kupferplatte, drückt diese leicht an, so daß die Schraubengänge des Cylinders eben sichtbar werden und stellt den Stift
s
auf einen dieser Schraubengänge ein. Dann versetzt man den Cylinder in Umdrehung, während man gleichzeitig in den Schallbecher hineinspricht. Hierdurch geräth die Membrane und mit ihr der Stift in Schwingungen, wodurch letzterer in dem sich unter ihm forthewegenden Stanniol- blatte Zeichen eingräbt, welche den durch das Sprechen hervorgerufenen Schwingungen entsprechen. Da die Schraubengewinde des Cylinders und seiner Axe einander gleich sind, gelangt der Stift mit derselben Geschwindigkeit von dem einen in den nächsten Schrauben- gang, als sich der Cylinder durch seine Schraubenaxe um einen Gang seitlich verschiebt.
Soll nun der Phonograph die gesprochenen Worte wiedergeben, so dreht man den Cylinder, bei abgehobenem Stifte, so lange zurück, bis letzterer wieder an den Anfangspunkt der Spirale gelangt ist, setzt ihn hier auf und dreht dann den Cylinder abermals in der ersten Richtung und mit derselben Geschwindigkeit. Man verstärkt die Wirkung des Apparates, wenn man den Schalltrichter
F
(Fig. 743) auf den Becher aufsetzt. Die Wiedergabe des Gesprochenen erfolgt hierbei in der Weise, daß der Stift beim Drehen des Cylinders über alle Vertiefungen und Erhabenheiten des Stanniolblattes gleiten muß, die er früher in demselben erzeugt hat; er muß also dieselben Schwingungen, in welche er früher durch das Sprechen versetzt wurde, wiederholen und dadurch auch die Membrane zu ebensolchen Schwingungen veranlassen. Letztere giebt daher die gesprochenen Worte verständlich und an jeder Stelle eines größeren Zimmers hörbar wieder.
5. Die elektrische Telegraphie.
Geschichte der Telegraphie.
Wenn man die älteren Versuche über elektrische Telegraphie (d. h. Fernschreibung) mit in Betracht zieht, so reichen die diesbezüglichen Vorschläge bis in das Jahr 1753 zurück. Allerdings mußten diese vor den Entdeckungen Volta’s und Galvani’s erfolglos bleiben, da nur Reibungselektricität zur Anwendung kommen konnte, welche der schwierigen Isolirung der Leitungen wegen ein Fortführen auf große Entfernungen nicht gestattet. Wir erwähnen daher auch nur des ersten Vorschlages, der in einem C. M. (vielleicht
Charles Marschall
) unterzeichneten Briefe im angegebenen Jahre gemacht wurde. Hiernach sollte der elektrische Funke oder die Anziehung leichter Körperchen durch elektrisirte Körper zur Zeichengebung benützt werden. Bei Versuchen, welche im Jahre 1794 von den Deutschen
Reußer
und
Böckmann
ausgeführt wurden, benützte ersterer Blitztafeln, in welchen die ausge- sparten Buchstaben durch elektrische Funken einer Leydener Batterie beleuchtet wurden, während letzterer die Buchstaben und Zahlen durch passende Combina- tionen von Funken darstellen wollte. Ebenso wenig wie diese Versuche, waren andere Vorschläge aus dem bereits erwähnten Grunde einer praktischen Anwen- dung fähig.
Aussicht auf Erfolg winkte erst, als im Jahre 1800 der galvanische Strom entdeckt wurde. Der Erste, welcher diesen zum Telegraphiren benützte, war Sömmerring im Jahre 1809.
Samuel Thomas von Sömmerring
wurde am 28. Januar 1755 zu Thorn geboren, studirte in Göttingen Medicin, wurde im Jahre 1778 Professor der Anatomie in Kassel, im Jahre 1804 Mitglied der Münchener Akademie der Wissenschaften, im Jahre 1805 königlicher Leibarzt und lebte von dieser Zeit an bis 1820 in München; hierauf übersiedelte er nach Frankfurt (a. M.) und starb daselbst am 2. März 1830. Seine vielfachen und werthvollen Untersuchungen und Publicationen stellen ihn ebenbürtig in die Reihe der ersten deutschen Anatomen.
Sömmerring interessirte sich für den Galvanismus zunächst allerdings mehr in physiologischer Hinsicht, wandte jedoch später seine Aufmerksamkeit auch den chemischen Wirkungen zu; so hielt er z. B. schon im Jahre 1808 einen Vortrag über die galvanochemischen Entdeckungen H. Davy’s. Zur Anwendung des gal- vanischen Stromes in der Telegraphie wurde er durch den Minister
Montgelas
angeregt. Dies geschah nämlich in folgender Weise: Als die österreichischen Truppen
Fig. 745.
S. Th. v. Sömmerring.
im Jahre 1809 den Inn überschritten und in Bayern eindrangen, floh König Maximilian in Begleitung Montgelas’ sofort an die Westgrenze (nach Dillingen). Hier wurde er durch das unvermuthet schnelle Erscheinen Napoleon’s überrascht. Zu dieser Zeit bestand nämlich von der französischen Grenze an bis Paris der
Chappe
’sche optische Telegraph und durch diesen erfuhr Napoleon das Vordringen der österreichischen Truppen in viel kürzerer Zeit als man erwartet hatte. München wurde am 16. April eingenommen, durch die Ankunft Napoleon’s aber am 22. April wieder befreit, so daß am 25. desselben Monates Maximilian wieder in seine Residenz zurückkehren konnte. Die hervorragende Rolle, welche bei diesen für München wichtigen Ereignissen der optische Telegraph gespielt hatte, veranlaßte nun Montgelas, die Akademie aufzufordern, Vorschläge für Telegraphen vorzulegen.
Wenngleich Montgelas hierbei wohl nur an optische Telegraphen gedacht haben dürfte, verfiel Sömmerring doch auf den Gedanken, die Wasserzersetzung durch den galvanischen Strom für diese Zwecke zu versuchen. Die Versuche wurden am 8. Juli (1809) begonnen und am 22. desselben Monates bereits soweit abgeschlossen, daß Sömmerring in sein Tagebuch schreiben konnte: „Das neue telegraphische Maschinchen geht recht gut.“ Am 6. August telegraphirte er durch eine Drahtlänge von 724 Fuß und am 18. August bereits unter Verwendung 2000 Fuß langer Drähte.
Fig. 746.
Sömmerring’s Telegraph.
Der Apparat selbst ist in Fig. 746 abgebildet; die 27 Leitungsdrähte (für 25 Buchstaben, Punkt und Wiederholungszeichen) wurden ursprünglich durch einen Siegellack-Ueberzug, später durch Seidenumspinnung isolirt und zu einem Drahtseile vereinigt. Die Drähte endigten einerseits in Goldstiften, welche in den Boden eines vierseitigen flachen Glaskastens eingekittet waren, und führten andererseits zu einer entsprechenden Anzahl mit Löchern versehener Zapfen. Letztere waren an einem geeigneten Gestelle befestigt und mit den entsprechenden Buchstaben bezeichnet; der Glaskasten wurde mit Wasser gefüllt. Als Batterie diente eine Voltasäule, zusammengesetzt aus 15 Brabanter Thalern, Zinkscheiben und mit Kochsalzlösung getränkten Filzzwischenlagen. Die Poldrähte dieser Säule endigten in verschieden geformte Stöpsel. Steckte man nun diese in zwei Löcher der Zapfen ein, so entwickelten sich an den correspondirenden Goldstiften Sauerstoff und Wasserstoff. Anfangs benützte Sömmering die Wasserzersetzung stets zum gleichzeitigen Telegra- phiren je zweier Buchstaben und hatte hierbei jener Buchstabe als erster zu gelten, dessen Goldstift die größere Gasmenge (Wasserstoff) entwickelte. Später wurde nur die Wasserstoffentwicklung zur Zeichengebung verwendet, während der Sauerstoff- Pol einen fixen Platz erhielt.
Sömmering combinirte mit diesem Apparate auch einen Alarm (Wecker), der schließlich die in der Figur dargestellte
Anorduung
erhielt. Ein Glaslöffelchen, welches, mit seiner hohlen Seite nach abwärts gekehrt, das von zwei Goldstiften aufsteigende Wasserstoff- und Sauerstoffgas auffing, war an einem Winkelhebel leicht drehbar befestigt. Auf das aus dem Glaskasten herausragende horizontale Stück dieses Winkelhebels wurde eine Bleikugel lose aufgesteckt. Trat nun die Gasentwicklung ein, so wurde das Löffelchen gehoben, der herausragende Arm des Hebels gesenkt und dadurch die Bleikugel zum Herabfallen gebracht. Letztere gelangte durch einen Glastrichter auf ein Metallschälchen, welches auf dem Auslösehebel eines Glockenuhrwerkes befestigt war, und versetzte dadurch dieses Glockenuhrwerk in Thätigkeit. Im März 1812 benützte Sömmerring seinen Apparat zum Telegra- phiren durch eine Drahtlänge von 10.000 Fuß. Hervorragende Theilnahme wandte der russische Staatsrath Baron Pawel-Lawowitsch
Schilling
Sömmerring’s Telegraphen zu und sorgte auch dafür, daß dieser einer großen Anzahl hervor- ragender Personen bekannt wurde. Trotzdem kam es zu keiner praktischen Erprobung in größerem Maßstabe; in Frankreich leistete der Chappe’sche Telegraph gute Dienste und auch anderwärts fühlte man kein Bedürfniß zur Herstellung von Telegraphenleitungen. Und so blieb der erste galvanische Telegraph ohne praktische Verwendung, trotzdem er für die damalige Zeit zu ganz befriedigender Dienst- leistung befähigt gewesen wäre.
Im Jahre 1819 wurde die Ablenkung der Magnetnadel durch den galva- nischen Strom bekannt, und nun schlugen
Amp
è
re
(1820) und
Fechner
(1829) vor, dies zum Telegraphiren zu benützen. Amp
è
re wollte 30 Nadeln und 60 Drähte, Fechner 24 Nadeln und 48 Drähte verwenden. Auch diese Vor- schläge erzielten keinen praktischen Erfolg. Im Jahre 1832 construirte Baron
Schilling
einen elektromagnetischen Telegraphen unter Benützung des inzwischen (1820) von S.
Ch. Schweigger
erdachten Multiplicators. J. Hamel
„Die Entstehung der galvanischen und elektromagnetischen Telegraphie.“
giebt von Schilling’s Apparate nachstehende Beschreibung. „Schilling placirte eine mit ihrer verticalen leichten Axe an einen einfachen Seidenfaden aufgehängte, horizontal schwebende Magnetnadel zwischen einen Schweigger’schen Multiplicator. An der verticalen Axe befestigte er ungefähr in der Mitte ihrer Länge eine auf ihren zwei Seiten verschieden gefärbte oder bezeichnete runde Scheibe von dickem Papier und an ihrem unteren Ende war ein Ruderchen aus Platinblech, welches in ein Schälchen mit Quecksilber tauchte, um Oscillationen der Nadel zu verhüten. Eine Zeit lang gebrauchte er fünf solche Apparate nebeneinander, um ein ganzes Alphabet und die Ziffern darzustellen. Nach und nach vereinfachte er die Ein- richtung so, daß er mit einem einzigen Apparate alle Zeichen zu geben im Stande war. Sömmerring’s Beispiel folgend, ersann er auch einen Alarm.“
Schilling’s Apparat wurde nicht nur in Petersburg vielfach gezeigt, sondern auch der Naturforscher-Versammlung in Bonn (1835) vorgeführt. Professor
Muncke
nahm ihn von dort nach Heidelberg mit und daselbst lernte ihn
Cooke
kennen, der hierauf in Gemeinschaft mit
Wheatstone
ein Caveat beim englischen Patentamte anmeldete (1837). Der Apparat brachte es auch zu keiner praktischen Erprobung, da Schilling bereits im Jahre 1837 starb.
Der erste
praktisch ausgeführte
elektromagnetische Telegraph mit längerer Leitung (3000 Fuß) wurde von
Gauß
und
Weber
zu Göttingen im Jahre 1833 in Thätigkeit gesetzt, blieb bis 1838 in Verwendung und wurde 1844 durch einen Blitzschlag größtentheils zerstört. Die erste Notiz („Göttingische gelehrte Anzeigen“ 1834)
Nach E. Hoppe, Geschichte der Elektricität.
hierüber lautet: „Wir können hierbei eine mit den beschriebenen Einrichtungen (magnetisches Observatorium) in genauer Verbindung stehende groß- artige und in ihrer Art einzige Anlage nicht unerwähnt lassen, die wir unserem Professor Weber verdanken. Dieser hatte bereits im vorigen Jahre von dem physi-
Fig. 747.
Gauß-Weber’scher Telegraph.
kalischen Cabinet aus über die Häuser der Stadt hin bis zur Sternwarte eine doppelte Drahtverbindung geführt, welche gegenwärtig von der Sternwarte bis zum magnetischen Observatorium fortgesetzt ist; dadurch bildet sich eine große galvanische Kette, worin der galvanische Strom, die an beiden Endpunkten befind- lichen Multiplicatoren mitgerechnet, eine Drahtlänge von fast 9000 Fuß zu durch- laufen hat. Der Draht der Kette ist größtentheils Kupferdraht von der im Handel mit 3 bezeichneten Nummer, wovon eine Länge von einem Meter 8 Gramm wiegt.“ ...... „Die Leichtigkeit und Sicherheit, womit man durch den Commutator die Richtung des Stromes und die davon abhängige Bewegung der Nadel beherrscht, hatte schon im vorigen Jahre (1833) Versuche einer Anwendung zu telegraphischen Signalisirungen veranlaßt, die auch mit ganzen Worten und kleinen Phrasen auf das vollkommenste gelangen. Es leidet keinen Zweifel, daß es möglich sein würde, auf ähnliche Weise eine unmittelbare telegraphische Verbindung zwischen zwei eine beträchtliche Anzahl von Meilen voneinander entfernten Orten einzurichten; allein es kann natürlich hier nicht der Ort sein, Ideen über diesen Gegenstand weiter zu entwickeln.“
Diese Notiz, zusammengehalten mit anderweitigen Publicationen, läßt es als ziemlich sicher erkennen, daß der elektromagnetische Telegraph eine gemeinsame Arbeit von Weber und Gauß ist, während die Ausführung der Leitung Weber zuzuschreiben sein dürfte. Der zur Ausstellung im Jahre 1881 nach Paris gesandte Apparat wurde in
„La lumière électrique”
(Bd.
VIII
) abgebildet und
Fig. 748.
Gauß-Weber’scher Telegraph.
beschrieben. Hiernach diente als Empfänger ein Galvanometerrahmen
B B
(Fig 747), in welchem der Magnetstab
A
von 1·21 Meter Länge schwingen konnte. Dieser hing an einem Seiden- faden und trug gleichzeitig einen kleinen Spiegel
M
, welcher die Schwingungen des Magnetes mit- machte. Zur Beobachtung derselben wurde ein Ablesefernrohr mit Scala verwendet. Gauß brachte hierbei auch zum erstenmale eine Dämpfung (vergl. Seite 222) zur Anwendung, und zwar in Gestalt eines geschlossenen, den Magnetstab umgebenden Kupferbügels und später die bifilare Aufhängung (Seite 60).
Der zur Stromgebung bestimmte Apparat, der Zeichensender, war anfänglich eine galvanische Batterie, die aber bald durch den in Fig. 748 dargestellten Inductions-Apparat ersetzt wurde. Zwei große Magnete
A
(je 25 Pfund schwer) waren in einem massiven dreifüßigen Gestelle befestigt, aus welchem die Nordhälften der Magnete herausragten. Ueber diese konnte man die Inductionsspule
B
mit Hilfe zweier Hand- haben frei bewegen. Die Drahtenden der Spule waren durch die Leitungen mit den Windungen des Galvanometerrahmens verbunden. Eine rasche Bewegung der Spule mußte daher in dieser einen Inductionsstrom erregen, welcher durch die Leitungen in den Galvanometerrahmen gelangte und dort den Magnetstab ablenkte. Hierbei mußte die Richtung der Ablenkung natürlich durch die Richtung, nach welcher die Spule bewegt wurde, bestimmt werden. Es ist einleuchtend, daß durch Combinationen dieser beiden Ablenkungen ein ganzes Alphabet gebildet werden kann. Um die Manipulation mit diesem Zeichengeber zu vereinfachen, wurde ein Doppelhebel
L
angebracht, welcher sowohl zur Bewegung der Spule, als auch zu der eines Commutators diente. Der Anruf wurde durch ein Glockenuhrwerk besorgt, dessen Auslösung durch einen kräftigen Ausschlag des Magnetstabes bewirkt werden konnte. Der Beschreibung des Apparates fügen wir nachstehend noch einige biographische Angaben bei.
Johann Carl Friedrich Gauß
wurde am 30. April 1777 zu Braun- schweig geboren, studirte daselbst im Collegium Carolinum bis 1795 und hierauf in Göttingen bis 1798. In Helmstedt genoß er den Unterricht des Analytikers J. F. Pfaff. Im Jahre 1807 wurde er Professor und Director der Sternwarte in Göttingen und starb daselbst am 23. Februar 1855. Auf die Namhaftmachung seiner zahlreichen, epochemachenden Arbeiten aus dem Gebiete der Mathematik, der Astronomie, Geodäsie und mathematischen Physik muß hier verzichtet werden. Seine Werke giebt die königliche Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen heraus.
Fig. 749.
J. C. F. Gauß.
W. E. Weber.
Wilhelm Eduard Weber
wurde am 24. October 1804 zu Wittenberg, als zweiter Sohn eines Theologieprofessors daselbst, geboren. Seinen Studien oblag er an der Universität Halle und publicirte bereits im Jahre 1825 gemein- schaftlich mit seinem Bruder Ernst Heinrich sein classisches Werk: „Die Wellen- lehre“. Im Jahre 1827 wurde er Privatdocent in Halle und schon im darauf- folgenden Jahre außerordentlicher Professor. Durch A. v. Humboldt mit Gauß bekannt gemacht, kam er im Jahre 1831 als Professor der Physik nach Göttingen. Als im Jahre 1837 die Constitution aufgehoben wurde, verwies die Regierung sieben hannoveranische Professoren des Landes und darunter auch Weber, weil sie diesem Acte die Anerkennung verweigerten. Weber erhielt 1843 eine Pro- fessur in Leipzig, kehrte aber 1849 wieder nach Göttingen zurück, welches heute noch das Glück genießt, ihn als den letzten der berühmten drei Brüder Weber und den letzten der Göttinger Sieben zu besitzen. Außer seinen vielen hervorragenden Arbeiten aus dem Gebiete der Elektricität und des Magnetismus lieferte er auch Abhandlungen akustischen Inhaltes, mit seinem Bruder Eduard Friedrich die Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge u. s. w.
Die weitere Ausbildung des Gauß-Weber’schen Telegraphen übernahm
Stein- heil
, unter dessen Händen der Apparat zum ersten Schreibtelegraphen wurde und die durch Fig. 750 (nach
„La lumière électrique”
)
dargestellteForm
erhielt. Der
Fig. 750.
Steinheil’s Telegraph.
Zeichengeber Steinheil’s besteht aus einer Art Pixi’scher Maschine (rechte Seite der Figur), bei welcher die Inductionsspulen durch einen horizontalen, mit Schwung- kugeln versehenen Hebel an den Magnetpolen vorbeibewegt werden können; die so erhaltenen Inductionsströme erhalten die eine oder die entgegengesetzte Richtung, je nachdem die Spulen in der einen oder anderen Richtung bewegt werden.
Der Empfangsapparat besteht aus dem Galvanometerrahmen
A
, in welchem sich zwei um die verticalen Axen
a a'
drehbare Magnetnadeln befinden. Jede der- selben trägt einen Farbnapf und einen kleinen Messingansatz und wird durch einen Richtmagnet in eine bestimmte Lage gebracht. Durchfließt dann ein Strom der einen Richtung die Drahtspirale, so schlägt der Messingansatz der einen Nadel an eine Glocke, fließt er in entgegengesetzter Richtung, so schlägt der Messingansatz der zweiten Nadel an eine zweite Glocke. Ebenso wird durch einen Strom einer Richtung der Farbnapf der einen und durch einen Strom der entgegengesetzten Richtung der Farbnapf der zweiten Nadel gegen einen Papierstreifen
r
gedrückt, welcher durch ein einfaches Triebwerk an den beiden Farbnäpfen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit vorbeibewegt wird. (Die Glocken sind in der Figur nicht gezeichnet.) Bei Anwendung der Glocken wird das Alphabet durch verschiedene Combinationen der Schläge beider (verschieden tönenden) Glocken gebildet, bei Benützung der Farbnäpfe durch Com- bination von Punkten, welche in zwei Reihen auf dem Papierstreifen erzeugt werden. So ist z. B. die Bezeichnung für den Buchstaben
s
..··, für
t
:, für
e.
, für
n
·· u. s. w.
In der Figur sind auch zwei Alarme
B
und
C
dargestellt, die einfach aus einem Galvanometerrahmen gebildet sind, in welchem ein Magnetstab um eine horizontale oder verticale Axe schwingen kann und dadurch an eine Glocke schlägt.
Mit diesem im Jahre 1836 erfundenen Apparate correspondirte Steinheil (1837) auf Doppelleitungen, welche die Sternwarte zu Bogenhausen mit dem physikalischen Cabinet, der Akademie und seiner Wohnung in München verbanden und eine Gesammtlänge von 37.500 Fuß hatten. (Es mag hier bemerkt werden, daß v.
Jacquin
und
Andreas
v.
Ettingshausen
in Wien eine Telegraphenleitung durch einige Straßen theils unterirdisch, theils durch die Luft hergestellt haben.) Die Herstellung der Verbindungen mit den verschiedenen Stationen wurde durch einen Quecksilber-Commutator
S
bewirkt. Steinheil’s Verdienst um die Entwicklung der Telegraphie ist jedoch keineswegs auf die Erfindung des beschriebenen, praktisch verwerthbaren Apparates beschränkt; er entdeckte auch die Möglichkeit der Rück- leitung des elektrischen Stromes durch die Erde. Diese Entdeckung, welche die telegraphische Correspondenz mit einem einzigen Drahte ermöglichte, war für die Entwicklung der Telegraphie von einschneidendster Bedeutung. Steinheil kam (1838) zu dieser Entdeckung, als man seinen Telegraphen an Eisenbahnlinien anwenden wollte und er hierbei die Schienen zur Leitung zu benützen versuchte.
Carl August
v.
Steinheil
wurde am 12. October 1801 zu Rappolts- weiler geboren, erhielt als äußerst schwächliches und kränkliches Kind zunächst häuslichen Unterricht, bezog dann die Universität Erlangen, studirte in Göttingen unter Gauß und in Königsberg bei Bessel; im letztgenannten Orte promovirte er im Jahre 1825, ward 1827 bereits außerordentliches Mitglied der Münchener Akademie der Wissenschaften und 1835 Professor der Physik und Mathematik, sowie auch Conservator der mathematisch-physikalischen Sammlungen in München. Steinheil stellte auch die ersten galvanischen Uhren her. Im Jahre 1849 wurde er durch die österreichische Regierung nach Wien berufen, wo er als Chef des Telegraphendepartements ein vollständiges Telegraphen-Liniensystem für sämmtliche Kronländer des Kaiserstaates ausarbeitete. In gleicher Weise versah er auch die Schweiz mit einem weitverzweigten Telegraphennetze. Wieder nach München zurückgekehrt, errichtete er im Jahre 1854, einem Wunsche des Königs Max
II.
folgend, die so berühmt gewordene optisch-astronomische Werkstätte. Für seine hervorragenden Verdienste um die Telegraphie setzte ihm der Staat auf Antrag der bayerischen Akademie eine lebenslängliche Rente aus. Im Jahre 1868 wurde Steinheil, seiner vorzüglichen Arbeiten in Bezug auf die Herstellung von Maß- und Gewichts-Etalons wegen, Mitglied der europäischen Gradmessungs-Commission. Er starb am 14. September 1870, nachdem er bereits im Monate August erblindet war.
Inzwischen hatte auch Schilling’s Nadeltelegraph eine weitere Ausbildung erfahren.
William Fothergill Cooke
, welcher denselben im Jahre 1876 bei Professor Munke in Heidelberg sah, bildete ihn nach und brachte ihn nach England. Auf die Verbesserung des Apparates bedacht, verband er sich mit
Wheatstone
und construirte mit diesem einen Nadel-Appart mit 4 und mit 5 Nadeln. Letzterer ist
Fig. 751.
C. A. Steinheil.
in Fig. 752 abgebildet. Hierbei erfolgte die Zeichengebung durch stets gleich- zeitige Ablenkung je zweier Nadeln. Zu jedem Durchschrittspunkte zweier Nadel- richtungen war ein Zeichen angebracht und so, wie dies die Figur erkennen läßt, die Möglichkeit geboten, 20 verschiedene Zeichen zu geben. Cooke und Wheatstone nahmen ihr erstes Patent im Juni 1837. Wichtig erscheint die Benützung eines Localstromkreises zum Betriebe des Weckers, da dies die erste Anwendung eines Uebertragungs-Apparates, des sogenannten
Relais
, darstellt. Wheatstone hat durch die Erfindung des
Relais
die Möglichkeit geschaffen, auch auf langen Linien mit verhältnißmäßig schwachen Strömen telegraphiren zu können, weil diese dann nur den Zweck haben, durch das Relais die Localbatterie zu schließen und erst diese die eigentliche Arbeit verrichtet, d. h. den Empfangs-Apparat in Thätig- keit setzt.
Das Relais wurde zunächst allerdings nur für den Wecker benützt, und zwar in der durch die Fig. 753 dargestellten Form.
K. E.
Zetsche
, „Geschichte der elektrischen Telegraphie“.
Der durch die Leitung 11
1
anlangende Strom gelangt in den Galvanometerrahmen
M
und bringt dadurch die um die horizontale Axe
x y
drehbare Magnetnadel aus ihrer Gleichgewichtslage. Hierdurch
Fig. 752.
Cooke’s Nadeltelegraph.
wird der Hebel
a b
mit seinem Ende
a
gesenkt, so daß der daselbst angebrachte Bügel in die beiden Quecksilbernäpfchen eintaucht. Nun ist die Localbatterie
B
, welche den Elektromagnet
E
zu erregen hat, geschlossen. Der Magnet zieht seinen Anker an, wodurch der Stift
S
zum Anschlagen an die Glocke
G
gebracht wird. Somit ermöglicht dieser Uebertragungs-Apparat eine kräftige Wirkung des Magnetes
E
, selbst wenn auch nur ein sehr schwacher Strom durch die Leitungen 11
1
in der Station anlangt.
Der erste Versuch mit dem Fünfnadel-Telegraph wurde im Jahre 1837 im Londoner Bahnhofe der Nordwestbahn auf einem 1¼ Meilen langen Drahte angestellt; im Jahre 1840 baute man auf der Great Western-Bahn eine 39 englische Meilen lange Linie, stand aber von dem weiteren Ausbaue dieser Linie der hohen Kosten wegen zurück. Von Cooke und Wheatstone wurden ferner auch Ein- und Zweinadel-Apparate construirt, die vielfache Anwendung fanden. Gegenwärtig sind zwar auf den Staats-Telegraphenlinien keine Nadel-Apparate mehr in Gebrauch, wohl aber findet man sie noch auf den meisten englischen Bahnen.
Cooke hat übrigens auch schon im Jahre 1836 einen
Zeigertelegraph
hergestellt und dadurch die Zahl der Leitungsdrähte zu vermindern gesucht. In den beiden Stationen befinden sich Räderwerke mit synchronem Gange, welche je eine Walze in Bewegung setzen, wodurch eine Buchstabenscheibe die einzelnen Buchstaben durch ein Fenster des Apparatkastens der Reihe nach sehen läßt. Das Räderwerk wird durch den Hebel eines Elektromagnetankers in dem Momente gehemmt, als der gewünschte Buchstabe vor das Fenster tritt. Die Verwerthung dieses Apparates scheiterte aber daran, daß es nicht gelang, einen wirklich synchronen Gang der Räderwerke zu erreichen. Auch ein später erdachter Apparat, bei welchem zwei
Fig. 753.
Wheatstone’s Relais.
Elektromagnete auf ein Pendel wirkten und das auf letzterem aufsitzende Echappement das Räderwerk bewegte, fand keine praktische Anwendung.
Als erster sicher fungirender
Zeigertelegraph
gilt der von Wheatstone 1839 erfundene (1840 patentirte) Apparat. Bei diesem besteht der Zeichengeber aus einem gezahnten Metallrade
K
(Fig. 754), auf dessen Umfange die Schleif- federn
n n'
gleiten. Letztere sind so gestellt, daß eine Feder in eine Zahnlücke hineinragt, wenn die andere sich mit einem Zahne in Contact befindet. Der negative Pol der Batterie ist mit der Metallmasse des Rades verbunden; vom positiven Pole aus geht der Strom zur Empfangsstation;
p
dient als Marke, auf welche das gewünschte Zeichen (Buchstabe oder Ziffer des Zahnrades) eingestellt wird. Der Empfangs-Apparat besteht aus den beiden Elektromagneten
e e
1
mit den beiden Ankern
a a'
, dem auf dem Ankerhebel aufsitzenden Echappement und dem Uhrwerke
u
, dessen Zeiger
z
über die einzelnen Schrift- und Zahlzeichen bewegt werden kann. Die Bewegung des Uhrwerkes veranlaßt das Gewicht
G.
Da der Draht + 1 der Aufgabsstation zur Klemme
k
der Empfangsstation führt, die Klemmen
k
1
und
k
2
der Empfangsstation mit den Federn
n n'
in Verbindung stehen, so wird durch Drehung des Rades
K
der Batteriestrom offenbar abwechselnd die Elektromagnete
e e
1
durchfließen müssen, und zwar den Elektromagnet
e
, wenn die Feder
n
auf einem Zahne aufruht (welche Stellung die Figur zeigt) und den Elektromagnet
e
1
, wenn die Feder
n'
auf einen Zahn zu liegen kommt. Durch diese abwechselnde Erregung der beiden Elektromagnete wird eine wechsel- weise Anziehung der Anker
a a'
erfolgen, und daher ein Hin- und Herschwingen des Echappements. Dies verursacht eine ruckweise Bewegung des Uhrwerkes und des mit diesem verbundenen Zeigers
z
, der in dieser Weise auf das gewünschte Zeichen eingestellt werden kann. Der Zeigertelegraph erhielt sowohl durch Wheatstone in England, als auch später in Deutschland und Frankreich verschiedene Formen.
Von sämmtlichen Telegraphenapparaten ist keiner zu solcher Bedeutung gelangt wie der von
Morse
erdachte, im Verlaufe der Zeit allerdings vielfach
Fig. 754.
Wheatstone’s Zeigertelegraph.
abgeänderte, Schreibtelegraph.
John Redman Coxe
in Philadelphia machte im Jahre 1810 den Vorschlag, die zersetzende Wirkung des galvanischen Stromes auf verschiedene Metallsalze zum Telegraphiren zu benützen. (Zetsche, Gesch. d. Telegraphie.)
Obwohl nun Morse’s Verdienste um die Telegraphie unleugbar große sind, kann doch sein Anspruch auf die Priorität der Erfindung eines derartigen Apparates nicht zugegeben werden. Es erhellt dies klar aus nach- stehender Schilderung des Lebens und der Arbeiten Morse’s, welcher die Angaben J.
Hamel’s
in „Die Entstehung der galvanischen und elektromagnetischen Tele- graphie“ zu Grunde gelegt sind.
Samuel Finley Breese Morse
wurde am 27. April 1791 zu Char- leston (Massachusetts) geboren und widmete sich der Malerei; er besuchte zu seiner weiteren Ausbildung als Maler zweimal Europa (1811 bis 1815 und 1829 bis 1832). Auf der Rückreise von seinem zweiten Besuche in Europa, also im Jahre 1832 war es, daß er die Bekanntschaft des Professors Charles T.
Jackson
Urbanitzky
: Elektricität. 63
aus Boston machte. Auf dem Schiffe sah er des Letzteren elektrische Experimente, wobei dieser darauf hinwies, daß es möglich sei, die Elektricität zum Signalisiren zu verwenden. In Amerika angelangt, beschäftigte sich Morse wieder mit Malerei und erwarb sich durch diese einen kärglichen Lebensunterhalt. Er stand an der Spitze der National-Akademie der zeichnenden Künste und erhielt auch im Jahre 1835 den Titel eines Professors der Literatur der zeichnenden Künste. Im November 1835 beschäftigte er sich wieder mit telegraphischen Versuchen, erreichte jedoch, mangels jeder entsprechenden Vorbildung, keinerlei Resultat. Im Jahre 1836 erhielt er von dem mit ihm im selben Gebäude wohnenden Professor der Chemie Leonard
Fig. 755.
S. F. B. Morse.
Gale
mannigfache Anweisungen und auch Material zur Anfertigung eines Magnetes. Gale wurde später Morse’s Compagnon.
Im Jahre 1837 gelang es endlich, einen Apparat zu construiren, der die elektrische Uebertragung von Zeichen ermöglichte. Durch neunerlei Zeichen wurden nämlich die Ziffern 1 bis 9 dargestellt, diese zu Nummern combinirt und deren Bedeutung in einem eigenen telegraphischen Wörterbuche nachgeschlagen. Fig. 756 stellt Morse’s Apparat (nach einer Abbildung in
„La lumière électrique”
) dar. Der Rahmen
c c
ist auf einem Tische vertical befestigt und trägt einerseits eine Art Pendel
o B
, andererseits den Elektromagnet
E.
Auf dem Pendel ist der Anker des Elektromagnetes und am unteren Ende desselben ein Zeichenstift befestigt. Unterhalb des Stiftes wird durch das Uhrwerk
h
und die Rollen
r r'
ein Papier- streifen über die Rolle
R
hinweggeführt. Bei normaler Lage des Pendels zeichnet daher der Stift eine zur Streifenlängsrichtung parallele Linie. Wird hingegen der Anker angezogen und hierdurch der Stift quer zum darunter weggleitenden Papiere verschoben, so entsteht eine schiefe Linie und eine ebensolche, wenn der Magnet seinen Anker losläßt und das Pendel wieder in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt.
Fig. 756.
Morse’s Telegraph.
Es entstehen daher durch abwechselndes Magnetisiren und Entmagnetisiren lauter
V
-förmige Linien. Bei dieser Zeichenschrift bedeutete ein Zacken die Ziffer 1, zwei Zacken stellten die Ziffer 2 dar u. s. w.
Der Hebel
L
des Zeichengebers besitzt an einem Ende das Gewicht
N
und unterhalb einen Stift, am entgegengesetzten Ende einen Drahtbügel, der beim Eintauchen in die darunter befindlichen Quecksilbernäpfe
V
diese leitend miteinander verbindet und dadurch den Stromkreis der Batterie
P
und des Elektromagnetes
E
63*
schließt. In die Leiste
A
sind die Typen, d. h. Bleistücke, wie sie 1 und 3 dar- stellen, eingesetzt. Wird nun erstere mit Hilfe einer Kurbel auf dem über die Rollen
G G
gespannten Bande unter dem Hebelende
N
hinwegbewegt, so muß der Hebel den Stromschluß offenbar so oft herstellen, als die Zacken der Bleitypen das Hebelende
N
heben. Daher muß auch der Zeichenstift am Pendelende
B
entsprechende Zacken auf dem Papierstreifen verzeichnen, aus welchen dann in der früher angegebenen Art die Worte zusammengesetzt werden.
Zur selben Zeit, als dieser Apparat construirt wurde, machte Morse die Bekanntschaft Alfred
Bail’s
, der ihn vielfach unterstützte, einen besseren Apparat herstellen ließ und später ebenfalls Morse’s Compagnon wurde. Am 4. September 1837 gelang der Versuch zum erstenmale. Es wurden hierbei die in Fig. 757 dargestellten Zeichen erhalten, welche den Nummern 215, 36, 2, 58, 112, 04 und 01837 entsprechen und im telegraphischen Wörterbuche die Worte „Gelungener Versuch mit Telegraph September 4. 1837“, ergaben.
In Amerika wurde die Figur in neuerer Zeit derart gefälscht, daß man von den letzten 7 Zacken zwei abschnitt und so das Jahr 1835 aus 1837 machte.
Morse’s Apparat erregte auch das Interesse des Congreßmitgliedes Francis O. J.
Smith
, durch dessen Unterstützung Morse eine Reise nach London und Paris ermöglicht wurde, die übrigens keine weiteren Vortheile mit sich brachte. Nach New-York zurückgekehrt (1839), beschäftigte sich Morse wieder mit Malen und später auch mit Daguerreo- typiren, um seine Existenz zu fristen. Im Jahre 1843 wurde ihm endlich vom
Fig. 757.
Morse-Schrift.
Congresse die Summe von 30.000 Dollars zum Baue einer größeren Versuchslinie bewilligt.
Die erste, 40 Meilen lange, Versuchslinie in Amerika wurde zwischen Washington und Baltimore gebaut und im Mai 1844 zum erstenmale erprobt. Morse’s Apparat hatte inzwischen sehr bedeutende Abänderungen erfahren, so zwar, daß er dem gegenwärtig in vielfacher Anwendung stehenden Apparate sehr nahe gekommen war. Von da ab erlangte der Morse-Telegraph in kurzer Zeit eine ausgedehnte Verbreitung. Morse wurde Elektriker der
New-York and Newfound- land Telegraph Company
und bei der
New-York, Newfoundland and London Telegraph Company
und Professor der Naturgeschichte am
Yale College
in New-Haven. Im Jahre 1857 erhielt er von zehn vereinigten Staaten Europas ein Ehrengeschenk von 400.000 Francs. Nachdem ihm schon in den Jahren 1871 und 1872 in New-York zwei Denkmäler errichtet worden waren, starb er am 2. April 1872 bei Poughkeepsie zu New-York.
Die ausgezeichneten Leistungen des in Europa mannigfach verbesserten Morse- Apparates sind noch überboten worden durch den
Typendruck-Telegraphen
von
Hughes
; dieser und der Morse-Telegraph sind vom internationalen Telegraphen- congreß als ausschließlich zulässige Apparate für den internationalen Telegraphen- Verkehr erklärt worden. Den ersten Typendruck-Telegraph construirte übrigens der Nordamerikaner
Vail
bereits im Jahre 1837; im Jahre 1840 folgte
Bain
und 1841 Wheatstone.
David Edwin Hughes
wurde 1831 zu London geboren und kam 1838 nach Virginia, wo sich sein Vater als Pflanzer angesiedelt hatte. Seine bereits frühzeitig hoch entwickelte musikalische Begabung veranlaßte schon im Jahre 1850 seine Ernennung zum Professor an der Hochschule zu Barnstown in Kentucky. Hier ergab er sich einem eifrigen und so erfolgreichen Studium der Naturwissen- schaften, daß ihm bald auch der Lehrstuhl hiefür übertragen wurde. Auch dachte er damals schon über die Construction eines Typendruck-Telegraphen nach und widmete sich ausschließlich diesen Bestrebungen, als er sich im Jahre 1853 nach Aufgabe seiner Stellung nach Bowlinggreen zurückgezogen hatte. Im Jahre 1855 sah er seine Bemühungen von einem vollständigen Erfolge gekrönt. Es bildete sich nun eine Gesellschaft in New-York, welche den Betrieb des Typendruck-Telegraphen übernahm und Hughes selbst ging im Jahre 1857 nach Europa, um seinem Apparate Eingang zu verschaffen. Während er hierbei in England gar nichts erreichte, gelang es ihm sofort in Frankreich, von wo aus sein Apparat bald in alle übrigen europäischen Staaten gelangte. Der Typendruck-Telegraph von Hughes wurde im Jahre 1862 in Italien und England, 1865 in Rußland, 1866 in Preußen, 1867 in Oesterreich, 1869 in Bayern und Württemberg und 1872 bei der
Submarine Telegraph Company
eingeführt. Der Leistungen Hughes’ auf dem Gebiete der Telephonie wurde bereits gedacht (Seite 892).
Auch der
chemische Telegraph
, zuerst durch Soemmerring construirt, wurde weiter ausgebildet. Allerdings mußte, um dies zu ermöglichen, zuerst
Davy
die Zerlegbarkeit der Salze durch den elektrischen Strom zeigen. Professor John Redman
Coxe
schlug, wie wir bereits erfahren haben, schon im Jahre 1810 vor, die zersetzende Wirkung des galvanischen Stromes auf Metallsalze zur Telegraphie zu benützen; sein Vorschlag nahm jedoch keine praktische Gestalt an. Ebenso wenig gelang es E.
Davy
im Jahre 1839, auf elektrochemischem Wege zu brauchbaren Resultaten zu gelangen. Wohl aber gelang es im Jahre 1842
Bain
einen brauchbaren chemischen Telegraphen zu construiren.
Das Princip desselben ist folgendes: Das zu telegraphirende Wort wird aus großen einfachen Metall-Lettern
a
(Fig. 758) zusammengesetzt, welche man mit dem positiven Pole einer Batterie verbindet, deren negativer Pol zur Erde abgeleitet ist. In der Empfangsstation befindet sich eine mit der Erde in leitender Verbindung stehende Metallplatte, auf welcher das mit der zu zersetzenden Salz- lösung getränkte Papier aufgelegt ist. Die aus fünf Metallfedern gebildete Bürste
b
in der Aufgabsstation ist durch ein Kabel
k k'
mit einer ebensolchen Bürste
b'
in der Empfangsstation so verbunden, daß die erste Feder der Bürste
b
mit der ersten Feder der Bürste
b'
, die zweite Feder von
b
mit der zweiten von
b'
u. s. w. durch je einen Kabeldraht miteinander in leitender Verbindung steht. Wird nun die Bürste
b
über die Metall-Lettern hinweggeführt und bewegt man gleichzeitig sowie gleichschnell die Bürste
b'
über das präparirte Papier auf der Metallplatte, so wird ein Stromkreis geschlossen, so oft eine Feder der Bürste
b
mit den Metall-Lettern in Berührung kommt. In der Figur z. B. hat die Feder 3 der Bürste
b
den schiefen Strich des Buchstabens
N
eben verlassen, die Feder 4 befindet sich gerade auf demselben und die Feder 5 ist eben im Begriffe, in Contact zu kommen. Dementsprechend fließt nur durch die Federn 4 der beiden Bürsten
b b'
ein Strom und dieser zersetzt an der Berührungsstelle der Feder 4 von
b'
mit der imprägnirten Papierfläche die Salzlösung und hinterläßt so eine sichtbare Spur. Da sich dieser Vorgang für jede Feder und jeden Metallbuchstaben in gleicher Weise abspielt, muß in der Empfangsstation auf der Papierfläche ein Bild
a'
des Wortes in
a
entstehen. Als empfindliche Zersetzungsflüssigkeit kann Jodkaliumkleister verwendet werden; der elektrische Strom scheidet aus dem Jod- kalium das Jod aus und durch dieses wird der Kleister blau oder violett gefärbt. In dieser Farbe erscheinen dann auch die Buchstaben.
Der chemische Telegraph wurde verbessert, beziehungsweise in neue Formen gebracht durch
Stöhrer, Siemens, Gintl
u. s. w. Auch die
Copir-Tele- graphen
von Bakewell, Bonelli, sowie der
Pan-Telegraph
von Caselli (1856) sind hierher zu zählen. Ihre untergeordnete Bedeutung einerseits und der beschränkte Raum andererseits verbieten ein näheres Eingehen auf diese Apparate.
Nachdem man gelernt hatte, an Stelle der ursprünglich angewandten vielen Drähte nur einen Draht zum Betriebe eines Telegraphen zu benützen, begnügte man sich hiermit nicht, sondern steckte sich vielmehr ein weiteres Ziel. Man wollte nunmehr auch diesen einen Draht noch mehr ausnützen. Dies führte zur Erfindung
Fig. 758.
Bain’s chemischer Telegraph.
des
Gegensprechens
oder der
Duplex-Telegraphie
und der
Vielfach-
oder
Multiplex-Telegraphie
. Das Gegensprechen beruht auf der Uebermittlung von- einander unabhängiger telegraphischer Schriftzeichen in einander entgegengesetzten Richtungen in einem und demselben Drahte, indem man die Stärke des den letzteren durchfließenden Stromes verändert. Die Erfindung des Gegensprechens und die Ausführung der ersten praktischen Versuche (1853) verdanken wir dem Professor F. A.
Pet
ř
ina
und dem damaligen österreichischen Telegraphen-Director
Wilhelm Gintl
(geb. 1804, gest. 1883). Die Versuche wurden auf den Linien Wien—Prag und Wien—Linz ausgeführt und hierbei ein von Gintl construirter chemischer Telegraph benützt, da sich bei Anwendung des Morse-Apparates Schwierigkeiten entgegenstellten. Im Jahre 1854 erfanden Telegraphen-Ingenieur
Frischen
in Hannover und
Siemens
unabhängig voneinander Gegensprechmethoden und im Jahre 1863 gab
Maron
eine Gegensprechmethode, basirend auf dem Principe der Wheatstone’schen Brücke, an. Hierauf folgte nun eine große Anzahl von Vorschlägen, die aber erst wieder Beachtung fanden, als der Amerikaner
Stearns
im Jahre 1872 mit seinem Gegensprecher öffentlich auftrat.
Die Vielfach- oder Multiplex-Telegraphie besteht darin, daß mehrere Apparate durch einen und denselben Draht hintereinander Strom in die Leitung senden, wodurch der Draht auch in jenen Strompausen benützt wird, welche bei Ueber- mittlung einer Depesche dadurch entstehen, daß man die einzelnen telegraphischen Zeichen (Striche und Punkte) voneinander getrennt erzeugen muß. Können nämlich in einer Secunde acht Punkte gegeben werden, so gehen in dieser Zeit acht Ströme durch die Leitung; nun können aber in einer Secunde 100 und auch mehr Ströme durch die Leitung gesandt werden, woraus folgt, daß der Draht nur einen kleinen Bruchtheil der Zeit ausgenützt ist.
Newton
machte bereits im Jahre 1851 einen Vorschlag zur besseren Ausnützung des Drahtes und im Jahre 1858 folgten die Vorschläge von
Rouvier, Hughes
u. s. w. Vierfache und mehrfache Systeme für Morseschrift wurden in neuerer Zeit von B.
Meyer
und A. E.
Granfeld
angegeben, Multiplex-Systeme für den Hughes-Apparat von
Baudot
und
Schäffler
.
Den Abschluß unserer gedrängten Skizze über die geschichtliche Entwicklung der Telegraphie mögen nachstehend einige Angaben über die Entwicklung der
Kabel-Telegraphie
bilden. Schon als man daran dachte, die Reibungs- elektricität für telegraphische Zwecke zu benützen, nämlich im Jahre 1774, machte
Lesage
in Genf einen Vorschlag zur Anfertigung eines, allerdings sehr primitiven Leitungskabels. Glasirte Thonröhren sollten von Strecke zu Strecke mit durchlöcherten, quergestellten Scheidewänden aus demselben Materiale versehen werden. Indem man dann durch die Löcher der aufeinanderfolgenden Scheidewände die einzelnen Drähte führt, hat man diese untereinander und von der Erde isolirt. Der Tele- graphen-Apparat bestand aus je einem Hollundermark-Doppelpendel für jeden Buchstaben. Im Jahre 1809 überzog
Sömmerring
den Leitungsdraht mit einer Kautschuklösung, um die Leitung auch durch Wasser führen zu können, und im Jahre 1812 gelang es
Schilling
mit Hilfe eines isolirten, quer durch die Newa geführten Leitungsdrahtes Pulverminen zu sprengen. Kurz vor seinem Tode traf Letzterer auch alle Anstalten, um Kronstadt mit Peterhof durch ein Kabel zu ver- binden, welches in den finnischen Meerbusen versenkt werden sollte.
Jakobi
in Petersburg bediente sich im Jahre 1842 einer Art Wachsdraht, der in Glasröhren eingeschlossen und in feinen Sand gebettet unterirdisch verlegt wurde.
Die Herstellung der Kabel trat in ein neues Stadium, als im Jahre 1843 die Guttapercha nach Europa gebracht und sogleich als vorzügliches Isolations- mittel erkannt wurde.
Siemens
stellte die erste Versuchsleitung mit Guttapercha- Isolirung im Jahre 1847 her. Dieses neue Isolirungsmaterial bewährte sich anfänglich sehr gut und veranlaßte die Einführung unterirdischer Leitungen in Preußen, Oesterreich und auch Rußland. Nachdem jedoch diese Leitungen in Gebrauch genommen waren, verschlechterte sich ihr Isolationszustand sehr rasch, so zwar, daß sich die preußische Telegraphen-Direction im Jahre 1852 veranlaßt sah, den Betrieb einzustellen.
Nachdem bereits im Jahre 1840
Wheatstone
vorgeschlagen hatte, Frank- reich und England durch ein Kabel zu verbinden,
Morse
1842 erfolgreiche Ver- suche im Hafen von New-York gemacht und eine Kabelverbindung zwischen Amerika und Europa lebhaft befürwortet hatte, gelang es
Ezra Cornell
im Jahre 1845, New-York mit dem 12 englische Meilen entfernten Fort Lee durch ein in den Hudson gelegtes Kabel zu verbinden: dieses leistete gute Dienste, bis es im Jahre 1846 durch Eis zerstört wurde. Im Jahre 1850 wurden Dover und Cap Gris Nez durch ein Kabel verbunden, welches aber schon einen Tag nach seiner Verlegung durch Abscheuerung an den felsigen Ufern seine Isolirung verlor. Das im Jahre 1851 von der
Submarine Telegraph Comp.
gelegte Kabel (zwischen Dover und Calais), welches durch eine Eisendrahtumhüllung geschützt und beschwert war, blieb bis zum Jahre 1875 betriebsfähig. Die ersten Versuche, England und Irland miteinander zu verbinden, wurden im Jahre 1852 gemacht und im Jahre 1860 gelang, nach zweimaligem Mißlingen, die Herstellung einer Kabelverbindung zwischen Sardinien und Algier (Cagliari mit Bona).
Cyrus Field
hatte inzwischen (1854) in Amerika eine Gesellschaft gegründet, welche sich auf 50 Jahre das Recht erwarb, in Neufundland ein Kabel landen zu dürfen. Die im Jahre 1856 zwischen Irland und Neufundland durchgeführten Sondirungen ergaben eine mittlere Meerestiefe von 3500 Meter und eine Maximal- tiefe von 4400 Meter. Nachdem nach einigen mißlungenen Versuchen die Verbin- dung von Nova Scotia mit Neufundland gelungen war, gründete Field in England die
Atlantic Telegraph Company.
Diese entschied sich nach vielfachen Versuchen und Proben zur Verwendung eines Kabels von der durch Fig. 759 im Quer- schnitte und in Ansicht (in natürlicher Größe) dargestellten Form.
Ausführlichere Angaben in Bezug auf die Geschichte der Kabellegungen findet man in den großen Werken von Schellen und Zetsche.
Die Kupferdrähte besaßen eine Stärke von je 0·76 Millimeter, waren mit drei Lagen Guttapercha umpreßt, diese durch eine theergetränkte Jute-Umhüllung geschützt und darüber eine Umspinnung von 18 siebendrähtigen Eisendrahtlitzen gewunden. Die Länge des ganzen Kabels, welches von den beiden Schiffen „Agamemnon“ und „Niagara“ mitgenommen wurde, betrug 4000 Kilometer. (Die Entfernung der beiden
Fig. 759.
Atlantisches Kabel.
Küstenstationen voneinander, in der Luftlinie gemessen, beträgt 2640 Kilometer.) Die Kabellegung wurde am 7. August 1857 von Valentia (Irland) aus begonnen und drei Tage lang, bis zur Ver- legung von 610 Kilometer Kabel fortgesetzt; am dritten Tage riß das Kabel bei einer Meerestiefe von 3660 Meter und die Expedition kehrte unverrichteter Dinge zurück.
Im Juni 1858 wurde eine zweite Expedition ausgesandt. Die beiden Schiffe trafen sich in der Mitte der herzustellenden Verbindungslinie im atlantischen Ocean; die beiden Kabelenden wurden miteinander verbunden (gespleißt) und die Kabellegung gleichförmig nach beiden Seiten hin begonnen. 149 Kilometer waren verlegt, als man einen Leitungsfehler entdeckte und daher mit vieler Mühe das Kabel wieder heraufholen mußte, wobei dasselbe riß; nachdem die Spleißung vorgenommen war, begann man neuerdings mit der Verlegung und hatte glücklich 476 Kilometer Kabel versenkt, als die Entdeckung und Behebung eines Leitungs- fehlers neuerdings ein Reißen des Kabels herbeiführte. Nun gelang die Wieder- herstellung nicht mehr und man mußte abermals unverrichteter Dinge zurückkehren.
Trotz des wiederholten Mißlingens ließ man sich nicht abschrecken, noch im selben Jahre neuerdings die beiden Schiffe auszusenden und diesmal gelang es auch, wenngleich erst nach Ueberwindung mannigfacher und bedeutender Schwierig- keiten, am 4. August das eine Kabelende in Irland, das andere auf Neufundland zu landen. Die Länge des versenkten Kabels betrug 3745 Kilometer. Am 7. August wurde
Field’s
erstes Telegramm von Amerika nach Irland gesandt.
Leider stellte sich auch hiermit die Aufgabe keineswegs als gelöst heraus; die Isolation verschlechterte sich von Tag zu Tag und vom 1. September an versagte das Kabel ganz. War nun auch durch die bisherigen Arbeiten und Anstrengungen das gesteckte Ziel nicht erreicht, so glaubte man aus den dabei gemachten Erfahrungen doch den Schluß ziehen zu sollen, daß die Herstellung eines transatlantischen Kabels endlich doch gelingen müsse. Die Gesellschaft pflegte daher neuerdings eingehende Untersuchungen, eine bedeutende Anzahl von Gelehrten und Prak- tikern wurde über die Ausführung des Unter- nehmens befragt und das hierdurch erhaltene umfangreiche Material in einen umfassenden Bericht zusammengestellt. Nachdem auch die finanziellen Mittel gesichert waren, wurde die Einreichung von Probekabeln ausgeschrieben; die von der Firma
Glaß, Elliot \& Comp
. eingesandte Probe erkannte man als die ent- sprechendste und beauftragte daher die genannte Firma mit der Herstellung eines 4266 Kilo- meter langen Kabels. Seine Zusammensetzung ist aus Fig. 760 zu ersehen. Das Uferkabel wurde noch mit einer zweiten Hanfhülle und zwölf dreidrähtigen Eisendrahtlitzen umgeben. Zur Legung des Kabels benützte man nicht mehr die bei den früheren Expeditionen ver- wendeten Schiffe, sondern das riesige Kabel- schiff „Great Eastern“ (211 Meter Länge, 25 Meter Breite und 18 Meter Höhe). Die Bemannung bestand aus 500 Leuten, darunter 120 Elektriker und Ingenieure, 179 Maschi- nisten und Heizer und 115 Seeleute. Zur Bewegung des Schiffes dienten zwei Schaufel- räder von 19 Meter Durchmesser und eine Schiffsschraube von 6 Meter Durchmesser. Die Raddampfmaschine hat 1000, die Schrauben- maschine 1600 Pferdekräfte; 10 Dampfkesseln und 112 Feuerungen mit fünf Schornsteinen dienten zum Betriebe dieser Maschinen.
Hartleben’s „Elektro-technische Bibliothek“,
XXVI.
Die Leitung aller auf die Kabellegung bezüg- lichen Arbeiten leitete
Canning
.
Am 21. Juli wurde das Erd- und Küstenkabel verlegt, am 23. Juli das
Fig. 760.
Atlantisches Kabel.
Ende desselben mit dem Tiefseekabel verbunden und die Verlegung dieses von Irland aus begonnen. Nach Behebung mehrerer Fehler hatte man am 29. Juli schon 1326 Kilometer Kabel versenkt, als abermals ein Fehler entdeckt wurde. Bei Ausbesserung desselben fand man ein quer durch das Kabel gestecktes Stück Eisen- draht, welches nach Canning’s Meinung in böswilliger Absicht hineingesteckt worden sein mußte; die Weiterverlegung des Kabels erfolgte daher unter unausgesetzter Bewachung von Seite der Compagnie-Beamten. Am 2. August hatte das ver- senkte Kabel eine Länge von 2196 Kilometer erreicht, als neuerdings ein Fehler entdeckt wurde und das Kabel bei den Ausbesserungsarbeiten riß. Die hierauf unternommenen Versuche, das Kabel aufzufischen, scheiterten daran, daß die Anker- seile stets rissen. Der „Great Eastern“ mußte daher gleichfalls unverrichteter Dinge zurückkehren.
Doch auch dieser Mißerfolg entmuthigte nicht. Im Jahre 1866 bildete sich eine neue Gesellschaft, die
Anglo American Telegraph Company,
welche durch die Firma
Glaß, Elliot \& Comp
. ein neues 3000 Kilometer langes Kabel anfertigen ließ. Sowohl die äußere Umhüllung des Kabels als auch die Ausrüstung des „Great Eastern“ wurde den gemachten Erfahrungen entsprechend verbessert, ebenso wie auch die Construction des Fischankers; auch wurden bedeutend stärkere Anker- seile angefertigt. Die neue Expedition sollte nämlich nicht nur ein neues Kabel legen, sondern hierauf auch das alte Kabel auffischen, mit einem mitgenommenen Ergänzungs- kabel vereinigen und dadurch eine zweite Telegraphenlinie herstellen. Der „Great Eastern“ begann, abermals von Irland aus, am 13. Juli 1866 mit dem Versenken des Tiefseekabels und vollendete, mit Ausnahme eines Zwischenfalls, ohne besondere Störungen seine Aufgabe am 27. Juli. Am 4. August 1866 wurde die Linie dem allgemeinen Verkehr übergeben und hiermit endgiltig ein Werk vollendet, welches sich den genialsten Leistungen des menschlichen Erfindungs- und Schaffungsgeistes vollkommen ebenbürtig an die Seite stellt.
Die moderne Telegraphie.
In seinem Werke „Die Verkehrs-Telegraphie der Gegenwart“ kommt der Verfasser, kaiserlicher Telegraphen-Inspector J.
Sack
, bei Vergleichung der Tele- graphen-Apparate zu folgenden Schlüssen: „Der einfache
Morse
-Apparat ist für kleine Stationen und für solche mittleren Umfanges am Platze; für letztere kann mit demselben in den erforderlichen Fällen der
Gegensprecher
verbunden werden. Für Stationen größeren Umfanges ist bis jetzt der einzig verwerthbare Apparat der von
Hughes
, dem bei großen Ereignissen, falls eine Aushilfsleitung nicht vorhanden ist, ein gutes
automatisches
System zeitweise beigegeben werden kann. Neben dem Hughes-Apparat dürfte sich die Verwendung des
Meyer
-Apparates empfehlen, um durch Versuche zu erproben, ob sich keine Mittel finden lassen, dieses ausgezeichnete und zu großer Leistung angelegte System einer Verbesserung fähig zu machen.“ In dieser Zusammenfassung ist zugleich gekennzeichnet, womit wir uns in den nächsten Abschnitten zu beschäftigen haben werden.
Der Morse-Apparat
.
Der Morse-Apparat besteht aus dem Elektromagnete, der Schreibvorrichtung und dem Räderwerke mit der Papierführung. Je nachdem die Schreibvorrichtung reliefartige oder farbige Zeichen hervorbringt, unterscheidet man
Stift-
oder
Relief- schreiber
und
Farbschreiber
.
Der
Stift-
oder
Reliefschreiber
ist in Fig. 761 in perspectivischer Ansicht abgebildet. Der Elektromagnet
E E
besteht aus zwei cylindrischen Kernen aus weichstem Schmiedeeisen (um sie zum raschen Annehmen und Verlieren des Magnetis- mus geeignet zu machen), die unten durch eine Eisenlamelle verbunden sind und dadurch ein Hufeisen bilden. Beide Schenkel sind mit zahlreichen Windungen isolirten Kupferdrahtes umgeben, die so untereinander und mit der Stromquelle geschaltet werden, daß der Magnet an seinen oberen Enden einen Nord- und einen Südpol erhält. Der Anker
a
des Elektromagnetes und der Schreibstift
s
sitzen an dem um eine horizontale Axe drehbaren Hebel
h h
1
.
Das Spiel dieses Hebels ist durch
Fig. 761.
Relief-Schreiber.
die Contactschrauben
r
und
t
(die Telegraphir- und die Ruhe-Contactschraube) begrenzt und kann durch Verstellung derselben regulirt werden. Zur Regulirung der von dem Elektromagnete auf den Anker
a
ausgeübten Anziehung, entsprechend der Stromstärke, dient die Schraube
b
, deren Ende mit einer Spiralfeder verbunden ist, welche andererseits an der nach abwärts gerichteten Verlängerung
h
2
des Hebels
h h
1
befestigt wird. Es ist einleuchtend, daß durch Drehen der Schraube
b
in dem einen oder anderen Sinne die Spannung der Feder vergrößert oder verkleinert und daher auch der Anziehung des Ankers durch den Magnet ein größerer oder geringerer Widerstand entgegengesetzt wird.
Die Schreibvorrichtung erkennen wir besser aus der Detailzeichnung in Fig. 762 (übrigens bezeichnen in beiden Figuren gleiche Buchstaben gleiche Theile). Das Ende des Hebels bei
h
ist der Länge nach gespalten und in diesen Spalt die Schraube
s
eingesetzt. Diese ist an ihrem unteren Ende mit dem Schrauben- kopfe
s
1
versehen, um eine Auf- oder Abwärtsbewegung des Schreibstiftes zu ermöglichen. Nach oben endet der Stift
s
in einer stumpfen, aber glasharten Spitze, welche dazu bestimmt ist, die Zeichen in das Papier einzudrücken. Ist der Schreib- stift in die richtige Lage gebracht, so wird er in dieser durch Anziehen der Schraube
n
erhalten, weil hierdurch die beiden Backen des Hebels
h
zusammengedrückt werden. Oberhalb der Spitze des Schreibstiftes hängt in den Messingbügeln
b b
(der rückwärtige ist nicht gezeichnet) die um die Axe
a
2
drehbare Schreibwalze
d
, welche bei
B
mit einer Nuth versehen ist, damit der Stift das über die Schreibwalze laufende Papier leicht eindrücken kann.
Fig. 762.
Schreibvorrichtung.
Der Papierstreifen ist nach Art eines Seidenbandes zwischen zwei um
m
(Fig. 761) drehbaren Messingscheiben aufgespult. Letztere sind an einem verticalen Träger angebracht, der an dem viereckigen Gehäuse des Räderwerkes befestigt ist. Bei dem durch die Figur dargestellten Modelle wird der Papierstreifen seitlich von der Wand des Gehäuses an dem Schreibstifte vorübergeführt (bei anderen Modellen oberhalb der oberen Deckplatte). Der Papierstreifen wird zwischen der Schreibwalze
d
und der mit feinen Längsriefen versehenen Walze
w
durchgeführt, welch letztere um die Axe
a
drehbar ist und durch das Räderwerk in Rotation versetzt wird (Fig. 762). Der Druck der Schreibwalze
d
auf die Walze
w
wird durch die Feder
q q
regulirt. Diese ist nämlich mit einem Ende auf der Axe
p
des früher erwähnten Bügels
b
befestigt und legt sich dann gegen das Metallstück
k
, während gegen das andere Ende die Schraube
x
drückt, durch deren Höher- oder Tiefer- stellung der Druck regulirt werden kann.
r r
sind zwei auf
k
verschiebbar angebrachte Metallstücke, die durch die Schrauben
y y
in einer entsprechenden Stellung fest- geklemmt werden können und zur Führung des Papierstreifens dienen. Um das Ausspringen desselben zu verhindern, wird der Stift
i
durch die beiden Metall- stücke gesteckt. Die Bewegung des einfachen Räderwerkes besorgt eine Feder oder ein Gewicht.
In welcher Weise durch den beschriebenen Apparat die Zeichen zu Stande kommen, bedarf wohl kaum mehr einer Erwähnung. So oft ein Strom durch den Elektromagnet
E E
gesandt wird, zieht dieser seinen Anker
a
an, wodurch der Hebel
h h
1
bei
h
1
auf den Telegraphircontact gelegt wird, indeß der Stift
s
das Papier in die Nuth
B
der Schreibwalze
d
eindrückt. Es entsteht ein vertiefter Punkt, wenn der Strom nur äußerst kurze Zeit anhält, es entsteht eine Linie, wenn er länger dauert. Die Combinationen dieser beiden Zeichen untereinander geben die verschiedenen Buchstaben, Zahlen und Zeichen oder das
Morse-Alphabet;
so sind z. B. für den internationalen Verkehr nachstehende Zeichen eingeführt:
a
. —
b
— . . .
c
— . — .
d
— . .
e
:
f
. . — .
g
— — .
h
. . . .
i
. .
k
— . —
l
. — . .
m
— —
n
— .
o
— — —
p
. — — .
q
— — . —
r
. —.
s
. . .
t
—
u
. . —
v
. . . —
w
. — —
x
— . . —
y
— . — —
z
— — . .
1 . — — — —
2 . . — — —
3 . . . — —
4 . . . . —
5 . . . . .
6 — . . . .
7 — — . . .
8 — — — . .
9 — — — — .
0 — — — — —
. . . . . . .
? . . — — . .
, . — . — . —
: — — — . . .
! — — . . — —
Ferner sind Zeichen vereinbart für
á, é
u. s. w., abgekürzte Zeichen für Zahlen, Zeichen für den Dienst, also z. B. für die Bezeichnung als Staats- telegramm, Privattelegramm u. s. w.
Morse’s ursprünglicher Apparat gab bereits gefärbte Zeichen (Bleistift- zeichen, Seite 996) und auch später versuchte man mehrfach die Reliefschrift durch Farbschrift zu ersetzen, aus Gründen, auf welche wir weiter unten noch zurück- kommen werden. Im Jahre 1854 gelang es endlich dem österreichischen Ingenieur- Assistenten
John
an der Wiener Centrale einen brauchbaren
Farbschreiber
her- zustellen, der die Morse-Zeichen in Schwarzschrift gab. In Paris wurde John’s Idee patentirt und von
Digney \& Comp
. in die Praxis eingeführt. Von anderen Farbschreibern nennen wir noch die von
Lewert
und
Siemens
.
Der in Frankreich allgemein in Verwendung stehende Farbschreiber von
Digney
ist, wie Fig. 763 erkennen läßt, in ganz ähnlicher Weise gebaut wie der Reliefschreiber. Der Elektromagnet
E
des ersteren unterscheidet sich von dem Elektromagnete des letzteren nur durch den bedeutend größeren Widerstand. Anders ist jedoch der Schreibhebel
h h
1
gestaltet. Dieser trägt bei
a
einen cylindrischen, oben aufgeschlitzten Anker aus weichem Eisen und bei
h
die Feder
f;
seine Dreh- axe
d
ist in das Stück
h
2
gelagert. Den Ausschlag des Hebels begrenzen wieder die Schrauben
r
und
t.
Die Wirkung des Elektromagnetes auf den Anker wird durch die Spiralfeder
f
1
bewirkt, welche durch den Bindfaden
n
an der Regulir- schraube
f
2
befestigt ist. Gegenüber dem etwas aufgebogenen Ende der Feder
f
befindet sich das Farbrädchen
r
, welches mit der durch das Räderwerk in Umdrehung versetzten Farbwalze
w
so in Contact steht, daß es durch die Reibung gleichfalls an der Bewegung theilnehmen muß und dadurch an seinem Rande stets mit frischer Farbe versehen wird; die blaue Farbe wird nämlich von Zeit zu Zeit mittelst eines Pinsels auf die Farbwalze aufgetragen. Der Papierstreifen
p
wird von der Scheibe
S t
über das Röllchen
i
geführt und geht dann zwischen der Feder
f
und dem Farbrädchen
r
durch. Die Stellung der Feder zu dem Rädchen kann durch die Schraube
s
regulirt werden.
Gelangt ein Strom in den Elektromagnet
E
, so zieht dieser seinen Anker
a
an, senkt dadurch den Hebelarm
h
1
, indeß der Hebelarm
h
gehoben wird. Das aufgebogene Ende der Feder
f
drückt hierbei den Papierstreifen
p p
gegen das Farbrädchen
r
, welches dann in blauer Schrift die uns bereits bekannten Zeichen erzeugt.
Bei dem Farbschreiber von
Lewert
ist der Elektromagnet verstellbar ein- gerichtet und der Schreibhebel aus zwei beweglich miteinander verbundenen Theilen
Fig. 763.
Farbschreiber von Digney.
gebildet. Um den Zweck der letztgenannten Anordnung einzusehen, muß hier Nach- stehendes eingeschaltet werden. Man betreibt die Telegraphenleitungen in zweifacher Weise, nämlich entweder mit
Arbeitsstrom
oder mit
Ruhestrom.
Beim Betriebe durch Arbeitsstrom ist die Leitung im Ruhezustande stromlos und werden erst zur gewünschten Zeit Ströme durch dieselbe gesandt. Beim Betriebe durch Ruhestrom hingegen ist die Leitung stets von einem Strome durchflossen und dieser wird im gewünschten Momente unterbrochen. Soll nun eine Leitung in beiderlei Arten betrieben werden können, so muß der betreffende Telegraphen-Apparat so eingerichtet sein, daß er sowohl bei der einen, als auch bei der anderen Betriebsweise stets die Zeichen in derselben Form erzeugt. Dies zu erreichen ist nun eben der Zweck des oben erwähnten zweitheiligen gebrochenen Hebels. Warum wird nun aber überhaupt mit Ruhestrom gearbeitet? Hat man viele Stationen mit geringer Correspondenz in eine Stromleitung einzuschalten, so müßte man, um stets gleiche Stromstärke zu erhalten, in jeder Station große Batterien zur Verfügung haben oder besondere Schaltungen für die einzelnen Stationen anwenden, um in beliebig voneinander entfernten Stationen gleiche Schrift zu erhalten. (Ungleiche Strom- stärken würden die Unzukömmlichkeit einer fortwährenden Regulirungsbedürftigkeit der Apparate mit sich bringen.) Hierdurch werden nicht nur die Kosten vermehrt, sondern auch die Apparate leicht versagen können. Aus diesen Gründen arbeitet man daher auf Linien, in welche viele Stationen mit geringem Verkehre eingeschaltet sind, mit Ruhestrom. Hierbei versieht man jede einzelne Station mit einer kleinen Batterie, schaltet diese alle hintereinander und erreicht hierdurch ein gleichmäßiges Ansprechen der Apparate, gleichviel ob es Nachbarstationen oder weiter voneinander entfernte Stationen sind. Die Anwendung des Ruhestromes gestattet auch, mehrere
Fig. 764.
Brabender’s Schreibhebel.
zwischen zwei Endstationen gelegene Zwischenstationen ohne Batterie einzurichten, was eine Vereinfachung der Anlage und den Ausschluß von Störungen, die in Folge unzweckmäßiger Behandlung der Batterie eintreten können, zur Folge hat. Allerdings gestattet aber der Ruhestrom kein so schnelles Arbeiten, wie der Arbeitsstrom, ist leichter Störungen durch Nebenschließungen ausgesetzt und begünstigt die Entstehung von remanentem Magnetismus. Man verwendet daher den Arbeits- strom auf langen Linien mit wenigen, aber frequenten Stationen, den Ruhestrom auf kurzen Leitungen mit vielen, aber wenig frequenten Stationen.
Kehren wir nun wieder zu den Farbschreibern zurück. Es wurde bereits jener Einrichtungen des Schreibhebels gedacht, welche die Verwendung des Apparates sowohl in einer Ruhe- als auch in einer Arbeits-Stromleitung gestattet. Fig. 764 zeigt die ebenso einfache als zweckmäßige Einrichtung, die Postrath v.
Brabender
dem Hebel gegeben hat. Auf dem bei
a
den Anker des Elektromagnetes tragenden Hebel
h h
1
h
2
ist durch die Schraube
e
die Feder
f
befestigt; diese spaltet sich an ihrem freien Ende in die ungleich langen Zinken
c
und
g.
Der eigentliche Schreib- hebel
i b
ist um
d
drehbar befestigt. Die Lage der Feder
e f
wird durch die Schraube
s
regulirt. Die Hauptfigur zeigt die Regulirung der Federstellung für Arbeitsstrom. Wird nämlich der Anker
a
durch seinen Elektromagnet angezogen und dadurch der Hebelarm
h
1
auf den Telegraphircontact
t
gelegt, so bewegt sich der Hebelarm
h
und daher auch die Feder
f g
nach oben; da
i d
auf
g
aufruht, muß sich auch das Hebelende
i
aufwärts bewegen, d. h. den Papierstreifen an das Farbrädchen andrücken: somit spricht der Apparat auf Arbeitsstrom an. Wird hingegen die Schraube
s
derart angezogen, daß hierdurch die Feder
e f
auf
h
herabgedrückt wird, wie dies die Nebenfigur zeigt, so wird der um
d'
drehbare Schreibhebel von der Zinke
c'
gefaßt und kommt dafür außer Berührung mit der Zinke
g'.
Da die Anziehung des Ankers
a
auch in diesem Falle ein Aufwärts- bewegen von
h'
und somit auch von
e' c'
bewirkt, so muß sich offenbar der Hebelarm
d' i'
senken und dadurch den Papierstreifen außer Contact mit dem Farbrädchen bringen. Wird hingegen der Anker
a
nicht angezogen, d. h. durch den Magnet und also auch durch die Leitung fließt kein Strom, so senkt sich der Hebelarm
h'
und mit ihm
c' e';
die Zinke
c'
drückt daher den Arm
d' b'
herab,
Fig. 765.
Papierführung.
also
d' i'
nach oben und der Papierstreifen wird an das Farbrädchen angedrückt: somit spricht der Apparat bei Ruhestrombetrieb an. Man hat also, um den Farb- schreiber für Arbeits- oder für Ruhestrombetrieb brauchbar zu machen, nur die Regulirschraube
s
in einem oder dem anderen Sinne zu drehen.
Beim
Normal-Farbschreiber
sind die Elektromagnete ebenso wie beim Farbschreiber von Lewert verstellbar befestigt; die Eisenkerne besitzen Polschuhe und die Drahtwindungen sind mit einer Art Stöpselumschalter verbunden, welcher gestattet, die Umwindungen beider Schenkel nach Belieben hintereinander oder parallel zu schalten. Dies hat folgenden Zweck: Der Widerstand der Telegraphenleitung ist gewöhnlich bedeutend geringer als derjenige der eingeschalteten Apparate. Um daher bei Ruhestrombetrieb den Gesammtwiderstand nicht zu groß zu erhalten, schaltet man die Windungen der Elektromagnetschenkel parallel zu einander und vermindert in dieser Weise ihren Widerstand um das Vierfache. Die Schreibvorrichtung des Normalfarbschreibers, die gleichfalls für Ruhestrom und für Arbeitsstrom benützt werden kann, unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von den vorbeschriebenen Farbschreibern, daß beim Normalfarbschreiber nicht der Papierstreifen gegen das Farbrädchen, sondern dieses von unten her gegen den Papierstreifen gedrückt wird. Das Farbrädchen ist zu diesem Behufe an dem freien Ende des gebrochenen Schreibhebels drehbar gelagert.
Wenn wir uns also zur Verdeutlichung des oben Gesagten Brabender’s Schreibhebel (Fig. 764) ansehen, haben wir uns das Rädchen an dem Ende
i
um eine horizontale Axe drehbar befestigt zu denken.
Es wird dadurch mit Farbe versehen, daß es mit seinem unteren Rande in einen unterhalb angebrachten Farbtrog taucht. Auch die Papierführung ist, wie Fig. 765 erkennen läßt, eine andere. Die Papierrolle
P
ist um eine verticale Axe drehbar in einer ausziehbaren Lade
L
des Grundbrettes
K
des Apparates angebracht. Von hier aus wird der Papierstreifen über die Rolle
r
und den Stift
s
durch den Schlitz
s
1
der Schreibvorrichtung zugeführt.
Nicht unerwähnt können wir hier die
polarisirten Farbschreiber
lassen; der erste derartige Apparat wurde von
Siemens
behufs Aufnahme automatisch versandter
Telegramm
construirt. Er unterscheidet sich von den gewöhnlichen Farbschreibern hauptsächlich durch die Construction der Elektromagnete und des Schreibhebels. Der Magnet stellt die Vereinigung eines permanenten und eines Elektromagnetes dar Der permanente Magnet, der bei
S S
(Fig. 766) seinen zweitheiligen Südpol besitzt, ist an dem entgegengesetzten (rückwärtigen) Ende mit den Eisenkernen des Elektromagnetes
E E'
verbunden und ertheilt diesen, solange die Drahtwindungen stromlos bleiben, Nordmagnetismus. Die verstellbaren Polschuhe
N N'
sind also im Ruhezustande des Apparates nordmagnetisch. In den Raum zwischen diese beiden Pole ragt der eine (der rechtsseitige) Arm des um
B
drehbaren Schreibhebels
C C
hinein. Dieser Theil besteht aus weichem Eisen und bildet den Anker des Magnetes. In Folge seine
Fig. 766.
Polarisirter Farbschreiber.
Lage wird er durch Influenz südmagnetisch. Der linksseitige Hebelsarm trägt das Farb- rädchen
J.
Stellt man den Anker, dessen Bewegung durch die Contactschrauben
D D'
begrenzt ist, derart, daß beide Nordpole auf ihn gleich stark einwirken, so befindet er sich in der Mitte zwischen beiden in einer gewissermaßen schwebenden Lage. Er muß deshalb bei der geringsten Aenderung der Anziehungskraft eines dieser Pole in dem einen oder andern Sinne bewegt werden. Gelangt ein Strom in die Drahtwindungen des Elektromagnetes, so entsteht in dem einen Eisenkerne desselben Nord-, in dem andern Südmagnetismus. Da aber beide Kerne constanten Nordmagnetismus (durch den permanenten Magnet) besitzen, so muß offenbar in dem einen Kerne der Nordmagnetismus verstärkt werden, während in dem andern Schenkel der durch den Strom erregte Südmagnetismus den schon vorhandenen Nordmagnetismus compensiren, eventuell sogar einen Südpol erzeugen wird. Die Folge davon ist, daß sich der Anker nach dem ersterwähnten Pole hin bewegt, weil nun einerseits dessen verstärkter Nord- magnetismus auf den südmagnetischen Anker wirkt und andererseits der zweite Pol durch Compensation seines Nordmagnetismus die Anziehungskraft verloren hat oder gar durch Umkehrung des Nordmagnetismus in Südmagnetismus eine abstoßende Wirkung ausübt. Es ist einleuchtend, daß durch diese Einrichtung eine große Empfindlichkeit des Apparates
Urbanitzky
: Elektricität. 64
erreicht wird, und zwar umsomehr, als auch die Zahl der Elektromagnetwindungen eine erhebliche ist. (Der Widerstand der Elektromagnete beträgt 500 bis 600 Siemens-Einheiten.)
Stellt man den Anker derart ein, daß er dem einen Pole näher steht als dem andern, so wird er vom ersteren Pole stärker angezogen als vom letzteren. Schickt man nun einen Strom von einer bestimmten Richtung durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes, so wird die Anziehung des dem Anker näheren Poles verstärkt und der Anker stärker an die betreffende Contactschraube gedrückt; besitzt der Strom die entgegengesetzte Richtung, so wird der Anker auf die andere Contactschraube geworfen.
Um mit diesem Farbschreiber in gewöhnlicher Weise, d. h. mit gleichgerichteten Strömen zu arbeiten, stellt man den Polschuh
N
durch die Schraube
F
so ein, daß er kräftiger wie der Pol
N'
auf den Anker wirkt. Letzterer muß sich daher an den Contact
D
legen. Sendet man dann einen Strom entsprechender Richtung durch den Elektromagnet, so wird der Nord- magnetismus von
N'
verstärkt, der Anker bewegt sich nach abwärts, legt sich auf den Telegraphir- Contact
D'
und drückt das Farbrädchen gegen den Papierstreifen; es entsteht das gewünschte Zeichen. Bei hierauf folgender Unterbrechung des Stromes kommt die überwiegende Kraft des Poles
N
wieder zur Geltung und der Anker geht auf den Contact
D
zurück. Der polari- sirte Farbschreiber gestattet aber auch den Betrieb mit Wechselströmen. Hierzu stellt man den Anker
s s
derart ein, daß beide Pole
N N'
gleich stark auf ihn wirken, er also schwebend erhalten wird. Sendet man jetzt einen Strom bestimmter Richtung durch den Elektromagnet, so wird
N'
verstärkt,
N
geschwächt und der Anker auf
D'
, das Farbrädchen gegen den Papierstreifen drückend, geworfen. In dieser Lage verharrt der Anker, so lange derselbe Strom andauert. Sendet man nun einen Strom entgegengesetzter Richtung in den Apparat, so wird
N
verstärkt,
N'
geschwächt und der Anker bewegt sich gegen
D
, wodurch der Papierstreifen außer Berührung mit dem Farbrädchen kommt. In der letztbeschriebenen Weise wird der Apparat als sogenannter
Schnellschreiber
für automatisch versandte Zeichen benützt.
Unter den im Obigen beschriebenen Apparaten zeichnen sich die Relief- schreiber durch ihre Einfachheit und damit verbundene Betriebssicherheit aus. Die Schreibvorrichtung versagt auch bei geringer Benützung oder in staubigen Localen nicht, wie dies bei Farbschreibern durch Eintrocknen oder Verschmieren der Farbe vorkommen kann. Da ferner die Zeichen des Reliefschreibers nur bei einem bestimmten Lichteinfalle sichtbar und dann blendend sind, veranlassen sie den Beamten, die Telegramme nach dem Gehör aufzunehmen; es ist dies ein Vortheil, weil die Praxis gezeigt hat, daß geübte Telegraphisten sicherer nach dem Gehör, als nach dem Gesichte arbeiten. Ein Nachtheil des Reliefschreibers ist es hingegen, daß ein verhältnißmäßig starker Strom erforderlich ist, um deutliche Zeichen mit Sicherheit zu erhalten. Dieser Anforderung kann, wegen der in langen Leitungen vorhandenen Nebenschließungen und damit verbundenen Stromschwächungen, nur durch Anwen- dung starker Batterien oder durch Anwendung von Relais (die wir weiter unten kennen lernen werden) entsprochen werden. Das letzterwähnte Auskunftsmittel ver- theuert aber nicht nur die Anlage, sondern complicirt auch den Gesammtapparat und schafft hierdurch Gelegenheit zu Betriebsstörungen. Ferner erwies sich die Einrichtung eines gebrochenen Schreibhebels (für Ruhe- und Arbeitsstromleitung) als undurchführbar und ist man bei schnellem Arbeiten der Verstümmelung der Zeichen ausgesetzt.
Bei den Farbschreibern hingegen genügt schon eine schwache Wirkung des Elektromagnetes, um die farbigen Zeichen vollkommen sicher hervorzubringen, da ein schwacher Druck auf den Papierstreifen ausreicht. Unregelmäßigkeiten sind auch bei schnellem Arbeiten nicht zu befürchten, weil eben dieser schwache Druck nicht im Stande ist, das Räderwerk zu bremsen und dadurch eine unregelmäßige Bewegung des Papierstreifens hervorzurufen, wie dies beim kräftig aufdrückenden Stifte des Reliefschreibers geschehen kann. Die Farbschreiber können auch, wie wir gesehen haben, sowohl auf Ruhestrom-, als auch auf Arbeitsstrom-Leitungen benützt werden. In Folge der wesentlichen Ueberlegenheit der Farbschreiber über die Reliefschreiber sind auch letztere von den ersteren fast völlig verdrängt; diese stehen daher bei allen Verkehrsanstalten von irgend nennenswerther Bedeutung in Anwendung. Letztere sichert ihnen namentlich die Zuverläßlichkeit und Geschwindigkeit der Zeichenüber- mittlung, also die bessere Ausnutzung der Leitung. Was endlich die polarisirten Farbschreiber anbelangt, so besitzen sie allerdings namhafte Vortheile gegenüber den gewöhnlichen Farbschreibern und können daher auch als Empfänger für automatische Telegraphie mit Erfolg benützt werden. Daß sie den Normalfarbschreiber nicht ver- drängen, hat in der besonderen Schaltung der Magnetwindungen und den dadurch nicht selten verursachten Betriebsstockungen seinen Grund.
In unsere bisherigen Betrachtungen haben wir nur jene Apparate einbezogen, welche zur Aufnahme der von einer Station in die andere abgesandten Ströme dienen und die Zeichenschrift erzeugen; es tritt daher jetzt an uns die Anforderung, auch jene Vorrichtungen kennen zu lernen, durch welche die Stromsendung in sicherer und bequemer Weise ermöglicht wird. Man verwendet hierzu die sogenannten
Taster
oder
Morse-Schlüsseln,
Apparate, die zwar sehr verschiedene äußerliche Formen erhalten haben, im Principe jedoch nicht voneinander abweichen. Die Beschreibung eines solchen (und zwar eines neueren für gleichgerichtete Ströme) wird daher genügen.
Auf einem Grundbrette
A
(Fig. 767) sind die drei Messing- schienen
N M
und
V
befestigt. Die Mittelschiene ist zur Lagerung der Axe
B
mit den beiden Messingbacken
D D'
versehen. Um diese Axe kann der Hebel
b b'
mit Hilfe des Ebonitknopfes
G
gedreht werden. In die beiden äußeren Schienen
N
und
V
sind bei
c
und
a
Stahl- oder auch Platincontacte ein- geschraubt;
a
nennt man den
Arbeits-
Fig. 767.
Morse-Schlüssel.
oder
Telegraphircontact
und
b
den
Ruhecontact
. Dem Arbeitscontacte
a
gegenüber ist auch am Hebel
b b'
ein Stahl- oder Platincontact befestigt. Dem Ruhecontacte
c
gegenüber ist der Hebel ausgebohrt und mit einer Schrauben- mutter versehen, in welche die Schraube
S
eingesenkt ist, deren Stellung durch die Gegenmutter
s
fixirt werden kann. Diese Vorrichtung ermöglicht die Regulirung der Hubhöhe des Hebels
b b'.
Auch die Beweglichkeit der Hebelaxe
B
kann ent- sprechend regulirt werden. Zu diesem Behufe ist
B
an den beiden Enden konisch ausgebohrt und in diese Ausbohrungen ragen die Spitzen zweier Stahlschrauben, welche durch den oberen Theil der Backen
D D'
gehen. Während nun die Stahl- schraube in
D
fest angezogen ist, läßt sich jene in der gespaltenen Backe
D'
verstellen; die Lage der letzteren wird, sobald auf die gewünschte Beweglichkeit der Axe regulirt ist, fixirt, indem man durch Anziehen der Schraube
x
die beiden Backen- hälften zusammenpreßt. Der Stift, der bei
f
den Hebel
b b'
durchsetzt, trägt an dem unten herausragenden Ende eine Spiralfeder, deren zweites Ende an der Mittelschiene
M
befestigt ist. Die Feder hat die Aufgabe, den Hebel
b b'
immer auf den Ruhecontact herabzulegen. Ihre Spannung kann durch Heben oder Senken des Stiftes
f
, der dann in der gewünschten Lage durch eine (in der Figur nicht sichtbare) Schraube festgeklemmt wird, regulirt werden.
64*
Es wurde bereits erwähnt, daß man den Reliefschreiber mit einem Apparate verbindet, welchem die Arbeit zufällt, die aus der Linie ankommenden Ströme aufzunehmen und dann durch Einschaltung einer Localbatterie den Schreibapparat in Thätigkeit zu setzen; letzterer wird in dieser Weise stets durch gleich starke (von der Entfernung der Absendestation unabhängige) Ströme betrieben. Hierin besteht eine Aufgabe, welche das
Relais
zu lösen hat. Eine zweite Verwendungsart findet es dadurch, daß es die anlangenden Ströme aufnimmt und automatisch der Endstation zusendet, ohne den Schreibapparat der Zwischenstation in Thätigkeit zu setzen. Die Relais erhielten zwar mannigfache Constructionen, doch kann man alle in die zwei Gruppen gewöhnliche oder nicht polarisirte und polarisirte und polarisirte Relais einreihen.
Eines der ältesten nicht polarisirten Relais ist das
amerikanische
(Fig. 768). Auf dem Grundbrette
A A
ist die Messingplatte
a a
aufgesetzt. Diese trägt die Elektromagnetschenkel
E E
, deren Eisenkerne unten durch das eiserne Verschluß- stück
m
miteinander verbunden sind. Die Säule
b
trägt die Lager für den Hebel
c
mit seinem Anker
k.
Das Spiel dieses Hebels wird durch die Contactschrauben
e f
Fig. 768.
Amerikanisches Relais.
begrenzt, welche von dem isolirt auf die Platte
a
aufgeschraubten Ständer
d
getragen werden. Das Abreißen des Ankers besorgt die Spiralfeder
h
1
, deren Spannung durch Verschieben des Gleitstückes
g
1
auf dem Träger
g g
regulirt werden kann. Dieser Träger ist mit der Klemmschraube
h
verbunden, während die einen Contactstift tragende Schraube
e
mit
i
in leitender Verbindung steht. Die Schraube
c
ist mit einer Elfenbeinspitze versehen und übt daher auf den Stromlauf keine Wirkung aus. Bei
i
und
h
schließt der Localstromkreis, welcher die Localbatterie und den Schreib-Apparat enthält, an.
Gelangt nun ein Linienstrom, wenn auch von sehr geringer Kraft, in die zahlreichen Windungen des Elektromagnetes
E E
1
, so wird er doch genügen, den leicht beweglichen Hebel
c
durch Anziehung des Ankers
k
auf den Contact
e
zu legen. Dadurch erscheint aber der Localstromkreis geschlossen, denn jetzt gelangt der Strom von der Localbatterie aus durch die Klemme
h
in den Träger
g
, von hier durch die Feder
h
1
und den Hebel
c
in die Contactschraube
e
, fließt durch den Ständer
d
zur Klemme
i
, von wo aus er in den Reliefschreiber gelangt, der ebenfalls mit der Localbatterie verbunden ist. Da dies jeder im Relais ankommende Linienstrom bewirkt, so sendet das Relais für jeden schwachen Linienstrom einen kräftigen Localstrom in den Schreib-Apparat und veranlaßt hierdurch die Erzeu- gung einer deutlichen Schrift, gleichviel, ob die zeichengebende Station sich in großer oder geringer Entfernung befindet.
Dieselben Gründe, welche zur Construction polarisirter Schreibapparate Veranlassung gaben, führten auch zur Construction der polarisirten Relais. Das
polarisirte Relais
von
Siemens
ist in Fig. 769 abgebildet. Auf dem horizontalen Schenkel des rechtwinkelig abgebogenen permanenten Magnetes
N S S
ist, wie beim polarisirten Farbschreiber, unter Vermittlung des Verschlußstückes
m
der Elektro- magnet
E E
aufgesetzt. Auf der Deckplatte
A
tragen die durchragenden Elektro- magnetkerne verschiebbare Polschuhe
b b
, welche in der gewünschten Stellung durch Anziehen der, ihre Schlitze durchsetzenden, Schrauben
c c
festgelegt werden können. Den Anker bildet der, vorne zungenartig zugespitzte, Hebel
z
, dessen Drehaxe
a
in dem gespaltenen Südpole
S S
des permanenten Magnetes gelagert ist. Das Spiel des Hebels begrenzen die Con- tactschrauben
r t
, welche durch das Hartgummistück
k k
isolirt sind und durch den Schlitten
g
mit Hilfe der Schraube
d
ver- stellt werden können. Da der Elektromagnet
I
auf dem Nord- pole des permanenten Magnetes
II
aufsitzt, sind die Pole
b b
nord- magnetisch, während die zwischen ihnen spielende Zunge
z
, wegen ihrer Verbindung bei
a
mit dem Südpole des permanenten Magnetes, Südmagnetismus zeigen muß. Durch Stellung der Zunge zu den Polen hat man es in der Hand, den einen oder den andern Pol überwiegen oder beide gleich stark wirken zu lassen;
Fig. 769.
Polarisirtes Relais.
der Hebel liegt dann an der einen oder andern Contactschraube an oder schwebt in der Mitte zwischen beiden, geradeso wie dies bereits bei Beschreibung des polarisirten Farbschreibers erörtert wurde (Seite 1010).
Die auf langen Linien benützten Relais werden durch Vermehrung der Drahtwindungen ihrer Elektromagnetschenkel sehr empfindlich, so daß sie auch auf die schwächsten Ströme sicher ansprechen. Die von dem Elektromagnete ausgeübte Anziehungskraft hängt nämlich von der Zahl der Windungen und von der Strom- stärke ab; letztere wird für eine und dieselbe Stromquelle durch die Größe des Widerstandes im Gesammtstromkreise bestimmt. Bei sehr langen Leitungen wird die Vermehrung der Drahtwindungen auf dem Elektromagnete viel rascher die Anziehungskraft des letzteren vermehren, als durch den hierdurch auch vergrößerten Widerstand des Gesammtstromkreises die Stromstärke verringert wird, weil eben die Vermehrung des Widerstandes im Elektromagnete im Verhältnisse zu dem Wider- stande der langen Leitung gering ist und daher auch auf den Gesammtwiderstand keinen so erheblichen Einfluß ausübt. Deshalb besitzt auch das polarisirte Relais von Siemens einen Widerstand von 1200 Siemens-Einheiten.
Zur Vervollständigung eines sogenannten
Morse-Systemes
gehören außer den bereits beschriebenen Apparaten noch ein
Galvanoskop
und eine
Blitzschutz- vorrichtung
. Das Galvanoskop hat anzuzeigen, ob ein Strom in der Leitung ist oder nicht, welche Richtung er besitzt und ob vielleicht die Apparate nicht richtig eingestellt sind oder ein Fehler in der Leitung besteht. Das Galvanoskop kann dies leisten, da es viel empfindlicher ist als die Telegraphenapparate, daher noch fungirt, wenn letztere nicht mehr ansprechen. In der Telegraphie werden sowohl
Fig. 770.
Blitzplatte.
stehende, als auch liegende Galvanoskope, d. h. Apparate, deren Nadeln um horizontale oder um verticale Axen schwingen, benützt. Von einer Beschreibung derselben an dieser Stelle kann jedoch abgesehen werden, da wir derartige Instrumente bereits kennen gelernt haben.
In ähnlicher Weise, wie bei Tele- phonleitungen, die außerhalb von Gebäuden geführt werden, müssen auch bei Tele- graphenleitungen
Blitzschutz-Vorrich- tungen
zur Anwendung gelangen. Jede in einer Station einlangende oder von ihr ausgehende Luftleitung muß, um Menschen und Apparate zu schützen, mit einem Blitzableiter verbunden sein. Man hat diesen Blitzableitern verschiedene Formen gegeben; so besteht
Br
é
guet’s
Blitz- ableiter aus Messingplatten, deren gezahnte Ränder einander sehr nahe gegenüber- stehen. (Vergl. Seite 927, Fig. 692
B.
) Einer sehr verbreiteten Anwendung erfreuen sich gegenwärtig die
Blitzplatten
von
Siemens \& Halske
. Auf einem guß- eisernen Grundgestelle
G G
(Fig. 770) sind, durch eine Hartgummiplatte von ihrer Unterlage isolirt, zwei gleichfalls gußeiserne, an ihrer Oberfläche geriefte Platten
P
1
P
2
befestigt. Diesen gegenüber befindet sich die an ihrer unteren Fläche geriefte Gußeisenplatte
D.
Die Riefen der unteren Platten sind von jenen der Deck- platte ungefähr 0·5 Millimeter weit entfernt. Stahlzapfen
s s
dienen zum sicheren Aufsetzen der Deckplatte auf das Grundgestelle; dieses und somit auch die Deck- platte stehen mit der Erdleitung
E
in Verbindung, während an die Platte
P
1
eine Linienleitung
L
und eine Apparatenleitung
A
und an die Platte
P
2
die andere Linien- und Apparatenleitung (
L
1
und
A
1
) angeschlossen sind. Somit kann also z. B. der durch die Linienleitung ankommende Strom von
L
1
über die Platte
P
2
und durch
A
1
zum Apparate gehen, von wo aus er zur Erde abfließt, oder durch
A
, die Platte
P
1
und die Leitung
L
zur nächsten Station weitergeht. Eine durch
L
1
anlangende Entladung atmosphärischer Elektricität wird jedoch den kürzeren Weg wählen, d. h. von der Platte
P
2
auf die Platte
D
überspringen und zur Erde abfließen.
Die Blitzplatte von Siemens kann gleichzeitig als
Linienwechsel
verwendet werden. Zu diesem Behufe dienen die Bohrungen 1, 2 und 3 und der Stöpsel
S
, welcher für gewöhnlich in einer Bohrung des in die Platte
D
eingeschraubten Holzknopfes
K
steckt. Setzt man nämlich den Stöpsel
S
in die Bohrung 1 ein, so ist hierdurch die Platte
P
1
mit
D
verbunden, d. h. die Linienleitung
L
und die Apparatenleitung
A
sind an die Erde gelegt. Dasselbe erfolgt für die Leitungen
L
1
und
A
1
durch Stöpselung des Loches 2. Setzt man den Stöpsel in die Bohrung 3 ein, wobei der erstere durch eine hinreichend weite Oeffnung der Platte
D
geht, um diese nicht zu berühren, so verbindet man dadurch die Platten
P
1
und
P
2
untereinander, oder, was dasselbe besagt, die Linienleitungen
L
und
L
1
mit Ausschluß der eigenen Stationsapparate. Die soeben beschriebene Blitzplatte ist gewöhnlich mit einem Holzgehäuse
H H
bedeckt, welches an dem Apparatentische festgeschraubt wird. Dieses Gehäuse ist nur mit einer Oeffnung oberhalb des Loches 3 versehen.
Fig. 771.
Morse-Schaltung.
Wir wollen uns mit der Beschreibung dieser Blitzschutzvorrichtungen begnügen und nur noch bemerken, daß die ebenfalls in Anwendung stehenden
Blitzstege
im Wesentlichen aus einander gegenübergestellten Metallspitzen bestehen, die in analoger Weise mit den Leitungen und der Erde verbunden sind.
Um von der Wirkungsweise eines
Morse
-Systemes ein vollständiges Bild zu erhalten, erübrigt uns noch, die
Schaltung
der einzelnen Apparate unter- einander und mit den Apparaten einer zweiten Station oder den
Stromlauf
zu betrachten. Die Verbindungsweise der Apparate hängt davon ab, ob man mit Arbeits- oder Ruhestrom, mit oder ohne Relais arbeiten will und ob die beiden Stationen End- oder Zwischenstationen sind. Den Stromlauf für zwei End- stationen, welche mit Relais und Arbeitsstrom arbeiten, stellt die schematische Fig. 771 dar; Blitzableiter und Galvanoskop sind hierbei weggelassen. Es bezeichnen
M
und
m
die Morse-Schlüssel,
O o
die Telegraphircontacte,
P p
die Ruhecontacte,
R r
die Magnete der Relais,
N n
die Contacthebel derselben,
R
1
r
1
die Elektromagnete der Schreibapparate,
C Z
und
c z
die Linienbatterien und
C
1
Z
1
und
c
1
z
1
die Localbatterien beider Stationen, die durch die Leitung
L
und die Erdleitungen
E E
miteinander verbunden sind.
Hat die eine Station der anderen eine Depesche zu übersenden, so erfolgt dies in nachstehender Weise. Die entsprechenden Zeichen werden mit dem Morse- Schlüssel der betreffenden Station, also z. B. mit dem Schlüssel
M
gegeben. Durch Niederdrücken dieses Schlüssels auf
O
ist dann folgender Stromkreis geschlossen: Von dem einen Pole
C
der Linienbatterie aus fließt der Strom über
O M
durch die Linienleitung in die zweite Station, geht dort über
m p
in den Elektromagnet
r
des Relais und fließt hierauf zur Erde ab. Der andere Batteriepol
Z
der Absende- station ist gleichfalls an die Erde gelegt. Der Elektromagnet
r
zieht seinen Anker an, wodurch der Contact bei
n
hergestellt und der Localstromkreis der Empfangs- station geschlossen wird. Der Strom geht nämlich von dem einen Pole
z
1
der Localbatterie über
n
und durch die Leitung
l
1
in den Elektromagnet
r
1
des Schreib- apparates und von hier zum zweiten Pole
c
1
der Localbatterie zurück. Nun zieht
Fig. 772.
Morse-Schaltung.
der Magnet des Schreib-Apparates seinen Anker an, drückt dadurch den Schreibstift oder das Farbrädchen gegen den Papier- streifen und bildet das gewünschte durch den Schlüssel
M
gegebene Zeichen. Beim Rückgange des Schlüsses auf den Ruhe- contact oder überhaupt im Ruhezustande des Apparates ist die Leitung, wie man aus der Figur leicht ersehen kann, stromlos.
Die Farbschreiber werden in der Regel ohne Relais verwendet; in diesem Falle hat man sich in dem Schema das Relais und die Localbatterie weggelassen und an Stelle dieser den Farbschreiber geschaltet zu denken.
Die Schaltung eines Endamtes für Ruhestrombetrieb und mit Anwendung eines Relais zeigt Fig. 772. In diesem Schema ist auch eine Blitzplatte
B
und ein Galvanoskop
G
gezeichnet. Der durch
L
ankommende Strom geht über 2 in die Lamelle
b b
der Blitzplatte
B
, durch die Linienbatterie
B
1
, zum Galvanometer
G
, durch den Taster
T
, an dessen Ruhecontact der Elektromagnet des Relais angeschlossen ist, durch dieses und die Lamelle
a a
des Blitzableiters über 1 zur Erde. Wird nun dieser Ruhestrom unterbrochen, so zieht die Feder
R
des Relais den Hebel von dem Contacte
c
ab und legt ihn auf den Contact
d;
hierdurch ist aber der Localstromkreis in folgender Weise geschlossen: Der Strom fließt von der Local- batterie
B
2
aus über 5 nach
d
, durch
R
in den Schreibapparat
A
und von hier über 6 zur Batterie zurück. Somit wird also durch jede Stromunterbrechung in der Linienleitung ein Zeichen im Schreibapparate der Endstation erzeugt.
Ist hingegen die in Rede stehende Station keine Endstation, sondern eine Zwischenstation, so muß die Schaltung eine kleine Aenderung erfahren. Für Ruhestrombetrieb unter Anwendung eines Relais ist diese Aenderung in Fig. 772 durch schwächer gezogene Linien angedeutet. Die ganze Aenderung besteht übrigens darin, daß die Lamelle
a
der Blitzplatte nicht durch Verbindung mit 1 an die Erdleitung gelegt wird, sondern daß man vielmehr
a
an die Linienleitung
L
1
anschließt, wodurch also das Zwischenamt in eine Schleife der Linienleitung
L L
1
geschaltet erscheint. In Telegraphenstationen endlich, in welchen mehrere Leitungen vorhanden sind, verwendet man, um das Vermitteln von Telegrammen zu vermeiden, Umschalter; als solche dienen die bekannten Stöpselumschalter.
Der Hughes-Apparat
.
Der Hughes-Apparat gehört zu jener Classe von Telegraphenapparaten, welche bleibende Zeichen erzeugen, jedoch nicht in einer eigenen Telegraphenschrift, sondern in der gewöhnlichen Druckschrift. Da von allen derartigen
Typendruck- Apparaten
der Hughes-Apparat, namentlich in Europa, die weitaus größte Anwendung gefunden hat, soll auch nur dieser hier beschrieben werden.
Der Hughes-Apparat ist zwar, dank seiner überaus sorgfältigen und gründlich durchgebildeten Construction, ein ausgezeichnet und verläßlich arbeitender Apparat geworden, bildet aber nun auch einen sehr complicirten Mechanismus. Es ist daher nicht möglich, hier mehr als eine allgemeine Beschreibung zu geben, um so doch wenigstens eine beiläufige Vorstellung von dem höchst wichtigen Apparate zu erhalten. Eine perspectivische Ansicht des Gesammtapparates giebt Fig. 773. Auf der vorderen Seite des Apparatentisches erblickt man das Tasten- werk, bestehend aus 28 schwarzen und weißen Tasten, durch deren Anschlagen die Stromgebung erfolgt. Diese Tasten sind, mit Ausnahme der ersten und fünften
Die erste Taste führt den Namen
Buchstabenblanktaste
und die fünfte den Namen
Zahlenblanktaste
; durch sie wird die Einstellung des Correctionsrades zum Typen- rade entweder für Buchstaben- oder für Zahlendruck bewerkstelligt; die Blanktasten dienen auch zur Hervorbringung der kleinen trennenden Zwischenräume in der Druckschrift.
weißen Taste (von links aus gezählt), alle mit Buchstaben, Zeichen und Zahlen bezeichnet. Hinter den Tasten ist auf der Tischfläche die Contactvorrichtung
D
mit dem Contactschlitten
C
, der um die Axe
a
rotirt, angebracht. Dieser Schlitten wird von einem, durch ein schweres Gewicht betriebenen Uhrwerke in vollkommen gleich schnelle Rotation versetzt wie das
Typenrad
F
, an dessen Umfange die Buchstaben, Zahlen und Zeichen reliefartig angebracht sind. Die Farbrolle
K
versieht das Typenrad mit der nöthigen Druckfarbe, und ein hinter dem Typenrade angebrachtes
Correctionsrad
behebt etwa eintretende Unregelmäßigkeiten im Gange des Apparates. Links von dem Räderwerke befindet sich der Magnet
E
, der seinen Anker
p
losläßt, sobald ein Strom entsprechender Richtung und Stärke die Drahtwindungen durchfließt. Das Abschnellen des Ankers unter Mitwirkung einer an dem Winkelhebel
r
angebrachten Feder hebt das sichtbare (linke) Ende des zweiarmigen Hebels
l
, dessen rechter Arm hierdurch das Druckwerk auslöst. Der Papierstreifen läuft von der Rolle auf der rechten Seite des Apparates unter dem Typenrade weg und wird im geeigneten Momente durch Aufwärtsbewegung der Druckrolle
M
gegen den unteren Rand des Typenrades gedrückt. Zur Sicherung einer gleichförmigen Bewegung ist auch noch ein schweres Schwungrad
V
angebracht.
Wie man hieraus ersieht, sind Sender und Empfänger zu einem Apparate vereinigt; die Absende- und Empfangsstation sind mit ganz gleichen Apparaten ausgerüstet, und in beiden Stationen bewegen sich der Schlitten und das Typen- rad in vollkommen synchronem Gange. Es wird dies durch eine eigenthümliche Pendelvorrichtung bewirkt, auf die wir nicht näher eingehen können. Die Wirkungs- weise des Apparates ist folgende: Wird eine Taste des Sende-Apparates nieder- gedrückt, so hebt der mit ihr verbundene Hebel einen unterhalb der Scheibe
D
befindlichen Stift; letzterer ragt dann durch einen der rechteckigen Ausschnitte, welche am Umfange der Scheibe angebracht sind, hervor und trennt dadurch die zwei miteinander beweglich verbundenen Theile, welche den Schlitten
C
zusammen- setzen. Hierdurch wird die Verbindung der Linienbatterie mit der Linienleitung hergestellt, also ein Strom in die Leitung und in den Apparat der Empfangs- station gesandt. Daselbst gelangt er in die Drahtwindungen des Elektromagnetes, welcher vorher durch Einwirkung eines permanenten Magnetes hinreichende Anziehungskraft besaß, um den Anker
p
festzuhalten. Der ankommende Strom neutralisirt aber diesen Magnetismus und gestattet dadurch der Abreißfeder, den Anker aufwärts zu schnellen. Letzterer wirkt nun auf den Hebel
l
und dieser veranlaßt
Fig. 773.
Hughes’ Typendruck-Telegraph.
das Druckwerk zur Function. Ist also z. B. in der Absendestation die mit
A
bezeichnete Taste niedergedrückt worden, so gelangt wegen der synchronen Bewegung der Apparate beider Stationen gerade in jenem Momente ein Strom in die Empfangsstation, in welchem sich der Buchstabe
A
der Typenräder beider Stationen an der tiefsten Stelle (der Druckwalze
M
gegenüber) befindet. Der Strom kann gerade nur in diesem Momente durch die Leitung zum Empfangs- Apparate fließen, weil auch die Schlitten sich synchron mit den Typenrädern bewegen und daher die Herstellung des Stromschlusses nur in jenem Momente erfolgen kann, in welchem der Schlitten über den der Taste
A
entsprechenden Ausschnitt der Scheibe
D
gleitet. Dann aber wird der in der Empfangsstation abgeschnellte Anker
p
durch den Hebel
l
das Druckwerk in Bewegung setzen; die Druckwalze
M
drückt den Papierstreifen gegen das Typenrad und es entsteht der Buchstabe
A
.
Die Einrichtung des
Stiftgehäuses
und des
Schlittens
mit seiner Contactvorrichtung ersehen wir aus der Fig. 774, in welcher das erstere im Schnitte dargestellt ist.
D D
ist die am Apparatentische
T
befestigte Scheibe mit den rechteckigen Oeffnungen
o
an ihrem Umfange, deren jede einer Taste entspricht. Diese Scheibe bildet die Deckplatte des Stiftgehäuses
G G
, welches am unteren Rande seines cylindrischen Umfanges mit Schlitzen
s s
versehen ist. Durch diese ragen die mit den einzelnen Tasten verbundenen Hebel
H
hinein. Die Stiften
S
, welche mit ihren unteren Enden auf den Hebeln aufruhen, ragen mit ihren oberen Enden in die Oeffnungen
o
, treten jedoch für gewöhnlich nicht über die Oberfläche der Scheibe
D D
hervor. Wird jedoch die betreffende Taste niedergedrückt, so hebt der Hebel
H
den Stift
S
in die durch die punktirten Linien angedeutete Lage.
Fig. 774.
Stiftgehäuse und Schlitten.
Sobald hingegen die Taste losgelassen wird, sinkt der Hebel
H
, und der Stift
S
wird durch die Feder
F
in
Fig. 775.
Hughes-Magnet.
seine ursprüngliche Stellung zurückgeführt. Durch den Mittelpunkt der Scheibe
D D
geht die Rotationsaxe
A
des Läufers
L
, welche durch Zahnräder mit dem Räderwerke des Typenrades verbunden ist. Gelangt der Läufer auf eine Oeffnung
o
, durch welche in Folge des Niederdrückens einer Taste der Stift
S
emporgehoben wurde, so wird der Reiber
r
des Läufers gleich- falls gehoben und dadurch der Contact zwischen
a
und
b
unterbrochen. Die von der Batterie ausgehenden Leitungen sind nun so geführt, daß durch die oben angegebene Verschiebung der Läufertheile die Erdleitung aufgehoben, und die Ver- bindung mit der Linienleitung hergestellt wird, also ein Strom in die Empfangs- station fließen muß.
Der in der Empfangsstation anlangende Strom hat, wie wir erfahren haben, die Aufgabe, den Magnet zu entmagnetisiren. Um derselben zu entsprechen, erhielt der
Hughes-Magnet
die in Fig. 775 dargestellte Form. Er ist zusammen- gesetzt aus dem permanenten Hufeisenmagnete
M M
und dem Elektromagnete
E E
. Ersterer besteht aus vier Stahl-Lamellen in Hufeisenform, welche durch die Schrauben
n n
und die Messingquerstücke
g g
1
zusammengehalten werden. Die Kerne des Elektromagnetes bestehen aus hohlen, schmiedeisernen Cylindern, welche auf die Pole des permanenten Magnetes aufgesetzt sind. Auf diese hohlen Kerne sind die Drahtwindungen in großer Anzahl direct aufgewunden und oben und unten ist je eine Messingscheibe zum Schutze der Spulen aufgesetzt. Der Widerstand der Elektromagnetwindungen beträgt 1200 Siemens-Einheiten, wodurch also die Empfindlichkeit eine sehr bedeutende wird. Ueber den Polschuhen des Magnetes befindet sich der Anker
E
1
. Sind die Stromwindungen stromlos, so besitzen die Eisenkerne in Folge ihrer Verbindung mit dem permanenten Magnete eine bestimmte magnetische Kraft. Da die auf den Anker wirkende Abreißfeder so regulirt wird, daß sie schwächer ist, als die magnetische Anziehungskraft, so bleibt der Anker auf den Polschuhen des Elektromagnetes liegen. Sobald jedoch ein Strom von ent- sprechender Stärke die Drahtwindungen durchfließt, und zwar in einer Richtung, durch welche jener Eisenkern Südmagnetismus in seinem Polschuhe erhält, der durch Einwirkung des permanenten Magnetes nordmagnetisch ist und umgekehrt, so wird die Anziehungskraft des Magnetes aufgehoben und die Feder schnellt den Anker ab. Da nun sowohl die Federkraft regulirt, als auch der Stärke des per- manenten Magnetismus eine beliebige Größe gegeben werden kann und die zahl- reichen Windungen des Elektromagnetes schon einem sehr schwachen Strome eine verhältnißmäßig kräftige Wirkung ermöglichen, so begreift man leicht, daß durch alle diese Einrichtungen der Apparat ein äußerst empfindlicher werden muß.
Die Wecker- und Uebertragungs-Vorrichtungen
.
Da auf frequenten Stationen die Telegraphen-Apparate einer ständigen Ueberwachung unterliegen, ist hierdurch die prompte Beförderung der Depeschen gesichert. Soll jedoch der Dienst auf kleineren Stationen keine Verzögerungen erleiden, so muß man durch besondere Wecker-Vorrichtungen dafür sorgen, daß der betreffende Beamte den Anruf einer andern Station vernimmt. Es ist dies umso nothwendiger, wenn mit Hughes-Apparaten gearbeitet wird, weil bei diesen durch den ersten anlangenden Stromimpuls nur der Anker des Elektromagnetes abgeschnellt wird, wodurch ein kaum hörbares Geräusch entsteht. Ueberdies kann auch der Anker nicht mehr in seine Ruhelage, d. h. auf die Pole des Elektro- magnetes zurückgebracht werden, so lange nicht der Apparat läuft; es würden somit alle ferneren Rufe erfolglos bleiben.
Zur Vermeidung dieser Uebelstände bedient man sich eigener
Wecker- Vorrichtungen
oder
Klingeln.
Es sind dies Apparate nach Art jener, welche bereits bei den Telephon-Anlagen (Seite 919 in der Anmerkung) beschrieben wurden.
Dieser Beschreibung fügen wir hier noch die Abbildung eines Weckers mit Selbst- unterbrechung (in Fig. 776) bei. Der Strom tritt bei der Klemme
a
ein, durchfließt die Drahtwindungen des Elektromagnetes
M M
, gelangt dann zur Klemmschraube
d
, in die Feder
f
, welche den Anker
A
trägt, und von hier durch den Contactstift
c
zur zweiten Pol- klemme
b
. Der Anker wird durch den Magnet angezogen und der Arm
B
schlägt mit seinem Klöppel
K
gegen die Glocke
G
. Hierdurch wird aber der Stromkreis zwischen dem Contact- stifte
c
und der Feder
f
unterbrochen; der Anker geht in seine Ruhelage zurück und schließt dadurch den Stromkreis neuerdings, u. s. w.
Statt eines Weckers mit Selbstunterbrechung kann auch ein solcher benützt werden, bei welchem durch das Anziehen des Magnetankers der Strom nicht ganz unterbrochen, sondern kurz, d. h. mit Ausschluß der Elektromagnetwindungen, geschlossen wird. Auch dadurch wird der Magnet abwechselnd magnetisch und wieder stromlos und veranlaßt ein ebenso lange andauerndes Klingeln, als der Strom- schluß hergestellt bleibt. Die Wecker-Vorrichtung kann nun entweder durch einen Kurbelumschalter in die Leitung eingeschaltet und dann direct von außen her in Thätigkeit gesetzt werden, oder man verbindet sie derart mit dem Morse-Apparat, daß sie durch diesen automatisch in Thätigkeit versetzt wird, sobald ein Anruf erfolgt. Die Einschaltung des Weckers in die Leitung durch einen Umschalter leidet an dem Mangel, daß bei Unachtsamkeit des Beamten auf die Umschaltung vergessen werden kann und dann der Zweck des Weckers wieder illusorisch gemacht wird. Aus diesem Grunde ist die ersterwähnte Anordnung vorzuziehen. Das- selbe gilt für den Hughes-Apparat; auch hier trifft man die Einrichtung derart, daß gleichzeitig mit der Arretirung des Laufwerkes der Wecker in die Leitung eingeschaltet, bei Ingangsetzung des Apparates ausgeschaltet wird.
Die
Uebertragungs-Vorrichtungen
haben, wie der Name schon andeutet, den Zweck, in einer Zwischenstation einlangende Telegramme automatisch an die Endstationen zu befördern. Diese Uebertragung muß immer dann stattfinden, wenn die Entfernung zweier miteinander arbeitender Stationen eine bedeu- tende ist. Die Uebertragungsvorrichtungen sind natürlich verschiedener Art, je nachdem sie für Morse-, Hughes- oder Automaten-Apparate in Anwendung kommen; sie sind auch verschieden, je nachdem Arbeitsstrom auf Arbeitsstrom, Ruhestrom auf Ruhestrom oder endlich Arbeitsstrom auf Ruhestrom übertragen werden muß
Beim Arbeiten mit
Morse-Apparaten
kommt am häufigsten die Uebertragung von Arbeits- strom auf Arbeitsstrom vor. Die hierbei benützte Schaltung ist aus Fig. 777 zu ersehen. Hierbei sind die in die Uebertragungsstation einmündenden Linien
L
1
L
2
durch 2 und 3 an die Relaishebel
h
1
und
h
2
an- geschlossen. Der Ruhecontact
r
1
ist mit dem Elektro- magnete
R
2
, und der Ruhecontact
r
2
mit dem Elektro- magnete
R
1
verbunden. Die Telegraphircontacte
t
1
Fig. 776.
Wecker.
und
t
2
liegen gewöhnlich an einer und derselben Batterie
B
. Sind jedoch die Widerstände der Leitungen sehr voneinander verschieden, so verwendet man für den größeren Widerstand auch eine stärkere Batterie als für den geringeren Widerstand. Der für den geringeren Wider- stand bestimmte schwächere Strom wird dann durch Abzweigung von der Batterie für den stärkeren Strom erhalten.
Eine z. B. durch
L
1
, anlangende Depesche wird in folgender Weise übertragen: Die durch
L
1
anlangenden Ströme treten durch 2 ein, fließen über
h
1
r
1
, durch die Drahtwin- dungen des Elektromagnetes
R
2
und schließlich über
E
1
zur Erde.
R
2
zieht seinen Anker an und legt den Hebel
h
2
auf den Telegraphircontact
t
2
, wodurch der Stromkreis der Batterie
B
geschlossen erscheint. Der eine Pol der Batterie ist nämlich durch 4 an die Erde gelegt und vom zweiten Pole fließen die Ströme über 5
t
2
, den niedergelegten Hebel
h
2
und über 3 in die Linie
L
2
. Ein aus
L
2
anlangender Strom fließt über 3
h
2
r
2
R
1
und
E
1
zur Erde, wodurch der Hebel
h
1
auf
t
1
gelegt und von der Batterie
B
aus ein Strom über 5
t
1
h
1
und 2 in die Linie
L
1
gesandt wird.
Um auf der Uebertragungsstation die Depesche mithören zu können, kann man zwischen den Telegraphircontact und der Batterie einen Morse-Apparat sammt Umschalter einschalten. Später hat man aber hierzu die Morse-Apparate selbst verwendet; natürlich müssen dann die beiden Contacte sowohl untereinander, als auch von ihrem Träger isolirt sein. Fig. 778 zeigt die Verbindung der Apparate für eine Station, welche sowohl als Zwischenstation, als auch als Endstation geschaltet werden kann. Hierin bezeichnen
k
1
und
k
2
die Umschalter mit ihren Contacten
a
1
b
1
und
a
2
b
2
;
T
1
und
T
2
sind die Morseschlüssel.
Stellt man die beiden Kurbeln nach rechts, so daß also
k
1
mit
b
1
und
k
2
mit
b
2
Contact erhält, so ist die Station als Uebertragungsstation geschaltet, denn jetzt fließt ein z. B. durch
L
1
anlangender Strom über 2
k
1
b
1
h
1
r
1
zum Ruhecontact des Tasters
T
2
, von hier aus durch den Elektromagnet
R
2
über 1 zur Erde
E
. Der Hebel
h
2
wird auf den
Fig. 777.
Fig. 778.
Uebertragung für Morse-Apparate.
Telegraphircontact
t
2
gelegt und sendet dadurch den Strom der Batterie über 5
t
2
h
2
b
2
k
2
und 3 in die Linie
L
2
. Dreht man hingegen die Kurbeln nach links, so fließt ein etwa durch
L
2
anlangender Strom über 3
k
2
a
2
, den Körper
T
2
und dessen Ruhecontact in die Win- dungen des Elektromagnetes
R
2
und von hier über 1 zur Erde
E
. Hierdurch wird zwar allerdings auch der Hebel
h
2
auf
t
2
gelegt, die Batterie aber doch nicht mit der Linie
L
1
oder
L
2
verbunden, wie dies aus der Figur zu ersehen ist. Es bedarf wohl kaum einer Erwähnung, daß polarisirte Relais für Uebertragungszwecke vortheilhaft verwendet werden können.
Da bei den
Hughes-Apparaten
die Stromdauer eine sehr kurze ist, muß bei Uebertragungen mit diesen Apparaten das Relais nicht nur präcise den Stromimpulsen folgen (namentlich mit Rücksicht auf den Synchronismus der Apparate), sondern der Anker muß sich auch nach jedem Stromimpulse sicher an die mit der Erdleitung verbundene Ruhecontact- schraube anlegen, damit die Entladungen der Leitung regelmäßig erfolgen können. Die Hughes- Apparate auf der Uebertragungsstation in ähnlicher Weise zu verbinden und für die Ueber- tragung zu benützen wie die Morse-Apparate geht nicht an, weil einerseits die Hughes- Apparate viel zu theuere Apparate sind und andererseits hiermit die Forderung verbunden wäre, vier Hughes-Apparate in synchronem Gange zu erhalten; dies würde aber die Anlässe zur Unregelmäßigkeit des Betriebes vermehren.
Vorschläge für die Uebertragung bei Hughes-Apparaten sind zwar viele gemacht worden, doch wollen wir uns hier mit der Beschreibung einer Vorrichtung begnügen.
Maron
verwendet zur Uebertragung
polarisirte Siemens-Relais
, deren Hebel- bewegungen die für die Uebertragung von Hughes-Strömen erforderliche Präcision und Geschwindigkeit durch Gegenströme erhalten. Die Wirkungsweise dieser Uebertragungsvorrichtung wollen wir mit Hilfe der schematischen Fig. 779 klar machen. In dieser Figur stellen
R
und
R
1
die Siemens’schen polarisirten Relais mit ihren Ruhecontacten
r r
1
und ihren Telegraphir- contacten
t t
1
dar. Die Linienleitungen
L L
1
sind an die Relaishebel bei
h
und
h
1
angeschlossen und stehen unter Einschaltung der Widerstände
W
und
W
1
durch
a
und
a
1
mit den Elektro- magneten in Verbindung. Ferner ist
a
mit dem Ruhecontact
r
1
und
a
1
mit dem Ruhecontact
r
verbunden. Die Telegraphircontacte
t
und
t
1
sind über
u
mit dem Zinkpole der Batterie
B
verbunden, während sich die zweiten Enden der Elektromagnete an die Erdleitung
E
anschließen. Da der Widerstand
W
gleich ist dem halben Widerstande der Leitung
L
und der Widerstand
W
1
dem halben Widerstande von
L
1
, so ist der Widerstand des Stromweges zum Elektromagnete des Relais
R
gleich dem
\frac{3}{2}
fachen Widerstande von
L
und der Weg zum Elektromagnete von
R
1
gleich dem
\frac{3}{2}
fachen Widerstande von
L
1
.
Gelangt nun z. B. durch die Leitung
L
1
ein Strom in die Uebertragungsstation, so treten folgende Wirkungen ein: Der Linienstrom theilt sich bei
h
1
in zwei Theile, deren weitaus größerer Theil über den wenig Widerstand bietenden Weg
r
1
a
durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes
R
und zur Erde
E
abfließt. Der bedeutend schwächere zweite Stromantheilt durchläuft von
h
1
aus den Widerstand
W
1
und gelangt nach
a
1
; hier theilt er sich abermals in zwei Zweige. Der eine Zweig- strom fließt von
a
1
aus durch die Drahtwindungen von
R
1
zur Erde
E
ab, der andere geht von
a
1
aus über
r
und
h
in die Linienleitung
L
über. Der kräftigste dieser drei Zweigströme, nämlich der über
r
1
in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
R
gelangende Strom, legt nun den Hebel von
R
auf den Telegraphircontact
t
und
Fig. 779.
Uebertragung für Hughes-Apparate.
schafft dadurch dem Strome der Batterie
B
folgende Wege: Von
u
aus über
t
durch den Hebel des sprechenden Relais nach
h
und in die Linie
L
; da auf diesem Wege kein Widerstand eingeschaltet ist, wird dasselbst der weitaus größte Theil des Batteriestromes zum Hughes-Apparate der Endstation abfließen. Da aber
h
mit
a
verbunden ist, muß auch hier ein Zweigstrom fließen, der aber in Folge des bei
W
eingeschalteten Widerstandes eine sehr geringe Stärke haben wird. Dieser Zweigstrom theilt sich bei
a
neuerdings in zwei Zweige, deren einer durch die Drahtwindungen von
R
zur Erde abfließt, während der andere über
r
1
und
h
1
als Gegenstrom in die Leitung
L
1
und durch diese zum gebenden Hughes- Apparat fließt.
Auf den Elektromagnet
R
wirken also zwei Ströme ein, nämlich der aus der gebenden Station durch
L
1
h
1
r
1
und
a
kommende Linienstrom und der aus der Batterie
B
über
u t h W
und
a
anlangende Strom. Letzterer umkreist den Elektromagnet
R
im selben Momente, als durch die Wirkung des ersteren der Hebel des Relais
R
auf den Telegraphircontact gelegt wird. Da nun der ersterwähnte Strom (Linienstrom) in entgegengesetzter Richtung verläuft als der letztere (Batteriestrom), so muß dieser den Hebel des Relais
R
sofort wieder an den Ruhecontact
r
zurückführen.
Die eben geschilderte Art der Uebertragung entspricht also jenen Anforderungen, welche beim Arbeiten mit Hughes-Apparaten gestellt werden müssen, durch Anwendung eines Gegen- stromes, der im geeigneten Momente die Rückführung des Ankers in die Ruhelage bewirkt. Diese Uebertragung zeichnet sich auch noch dadurch aus, daß sie für die Uebertragung selbst keines Hughes-Apparates bedarf und nach einmaliger Einstellung (an jedem Tage vor Beginn des Dienstes) keine weitere Ueberwachung mehr verlangt.
Die automatischen Telegraphen-Apparate
.
Wie wir in der Entwicklungsgeschichte der Telegraphie gesehen haben, dachte schon Morse daran, die Absendung der telegraphischen Zeichen auf rein mechanischem Wege zu bewirken. Der Zweck der automatischen Telegraphie besteht darin, daß man durch sie die telegraphischen Zeichen correcter und rascher zu geben anstrebt, als dies durch Telegraphiren mit der Hand zu erreichen ist. Auch in dieser Richtung wurden mannigfache Vorschläge gemacht und Versuche ausgeführt. So benützte
Bain
einen gelochten Papierstreifen, dessen ausgestanzte Löcher die gewöhnliche Morse-Schrift darstellten. Diese gelochten Papierstreifen wurden auf ein mit der Leitung verbundenes Metallrad gelegt, welches mit dem schnell rotirenden Sende- Apparat verbunden war. Auf dem Papierstreifen war eine Schleifbürste angebracht, die mit der Batterie in Verbindung stand. Die Stromsendung erfolgte daher immer
Fig. 780.
Dosenschnellschriftgeber von v. Hefner-Alteneck.
dann, wann die Metallbürste durch ein Loch des Papierstreifens auf das Metall- rad gelangte. Die Stromdauer war hierbei natürlich von der Länge des aus- gestanzten Loches abhängig. Auch die chemischen Wirkungen des elektrischen Stromes suchte man für die automatische Telegraphie zu verwerthen, indem man in der einen Station die Morse-Schrift mit isolirender Tinte auf Metallpapier herstellte und in der anderen Station die Schrift auf elektrochemischem Wege reproducirte.
Fig. 780 stellt das automatische System oder den
Dosenschnellschriftgeber
dar, welcher durch v.
Hefner-Alteneck
construirt wurde. Das Tastenwerk besteht aus 49 in sieben Reihen etagenförmig angeordneten Tasten, welche mit den ein- zelnen Buchstaben, Zahlen und Zeichen versehen sind. Hierbei ist die Anordnung eine derartige, daß die am häufigsten zur Anwendung gelangenden Buchstaben ꝛc. am bequemsten zur Hand liegen. Die Einrichtung der Dose
D
und die Zusammen- setzung des Mechanismus sind aus Fig. 781 zu ersehen. Jede Taste
T
steht durch eine einfache Hebelübersetzung mit einem verticalen Bleche
S
in Verbindung, das an seiner freien Kante, dem Buchstaben oder Zeichen der betreffenden Taste ent- sprechend, ausgefeilt ist. Diesen Blechen
S
sind 19 horizontale Blechstreifen
Q Q
gegenübergestellt und hinter diesen befinden sich eben so viele Hebel
H
(gleichfalls aus Blech). An den oberen Armen der Hebel
H
sind die Stäbchen
u
gerade gegenüber dem Rande der Dose
D
angebracht. Die Dose ist an ihrem Rande mit enge aneinanderliegenden Stäbchen
s s
versehen, welche mit etwas Reibung über die Vorderfläche der Dose vorgeschoben werden können. Der Rand
a c
der Dose trägt schiefe Zähne, in welche der Sperrhaken
f
eingreift.
Fig. 781.
Dosenschnellschriftgeber von v. Hefner-Alteneck.
Wird nun eine Taste
T
niedergedrückt, so werden hierdurch Bleche
Q Q
, entsprechend dem freien Rande des verticalen Bleches
S
, vorgeschoben und wirken dann auf die dazu gehörigen Hebel
H
, welche ihrerseits wieder durch die Stößer
n
die Stifte
s
auf der Dose vorstoßen. Ein Gewicht strebt letztere unter Vermittlung eines Räderwerkes zu drehen, kann dies aber nicht ausführen, weil sich der Sperr- zahn
f
gegen die Verzahnung der Dose stemmt. Wird nun aber ein Stift
s
in der vorerwähnten Art vorgestoßen, so drückt dieser den Sperrzahn zurück und nun rückt das Rad vor. In dieser Weise wird durch vorgeschobene und nicht vorge- schobene Stiften
s
die Contour des Bleches
S
reproducirt. Hierdurch ist die Vor- bereitung, gewissermaßen die Herstellung, der Typen beendet. Das Abtelegraphiren derselben erfolgt mit Hilfe des mit dem Hebel
o
verbundenen Zeigers
i
, der auf
Urbanitzky
: Elektricität. 65
einen, dem Morseschlüssel entsprechenden Contacthebel
c
wirkt. Der Contacthebel wird durch eine Spiralfeder an den Ruhecontact geführt und bei Drehung des Hebels
o
durch Herausschieben des Stiftes
V
an den Telegraphircontact gelegt. Der rechtzeitige und entsprechend lange andauernde Stromschluß erfolgt dadurch, daß der Zeiger
i
mit seinem vorderen abgeschrägten Ende über die vorgeschobenen Stiften
s
gleitet. Da jedoch die richtige Stromdauer nur dann erfolgen kann, wenn außer dem richtigen Vorschieben der Stiften
s s
auch der Zeiger relativ gleich schnell über jede Stiftengruppe gleitet, so ist die sprungweise rotirende Dose mit dem rotirenden Zeiger auf nachstehende Art verbunden. Die Dose und ihr Triebrad
M
sitzen auf der Welle
m
des Zeigers nur lose auf; an dieser Stelle ist eine Spiral- feder
F
mit einem Ende befestigt, während das andere Ende derselben mit dem Gestelle in Verbindung steht. Rotirt nun die Dose, so macht der Zeiger diese Bewegung mit, gleichzeitig wird aber hierdurch die Feder
F
gespannt und erhält dadurch das Bestreben, den Zeiger wieder zurück zu seinem Anschlage
A
zu führen. Diese Bewegung wird nun dadurch zu einer gleichförmigen gemacht, daß das auf der Zeigerwelle
m
aufsitzende Zahnrad
K
in ein kleines Getriebe eingreift, welches den Windfang
W
in Bewegung setzt. Ist die Depesche in der angegebenen Weise abtelegraphirt, so werden die vorgeschobenen Stiften
s s
durch eine schiefe Fläche (in den Figuren nicht sichtbar) wieder in ihre Ruhelage zurückgeschoben.
Die Duplex- und Multiplex-Telegraphie
.
Unter der
Duplex-Telegraphie
oder dem
Gegensprechen
versteht man die gleichzeitige Absendung zweier Depeschen durch denselben Draht und in einander entgegengesetzten Richtungen. Das Princip der hiefür vorgeschlagenen Methoden besteht in der Aenderung der Stärke des die Leitung durchfließenden Stromes. Man erreichte derartige Aenderungen durch Anwendung von Differential Relais, Trennung der beiden Spulen eines Relais voneinander und durch Anwendung der Wheatstone’schen Schaltung (Brücke).
Die Trennung der Relaisspulen voneinander kommt z. B. bei der von
Fuchs
angegebenen Gegensprechmethode zur Anwendung. Fig. 782 zeigt das hierbei benützte Schaltungsschema. Die Morse-Taster
a a
sind mit Hilfshebeln
b b
versehen, welche mit den voneinander unabhängigen Relais-Rollen
R
1
und
R
2
in Verbindung stehen; an den Körper der Morse-Taster selbst sind die Batterien
B B
angeschlossen,
L
stellt die Linienleitung dar, welche die beiden Stationen
I
und
II
miteinander verbindet. Die Batterien beider Stationen sind, wie die Figur erkennen läßt, hintereinander geschaltet. Nehmen wir nun zunächst an, daß nur die Station
I
arbeitet. Der Taster
a
wird niedergedrückt und dadurch der Contact des Hilfshebels zwischen
b
und
c
aufgehoben. Der Strom geht von der Batterie
B
aus über
a
und
b
in die Drahtwindungen
R
1
des einen Elektromagnetschenkels des eigenen Relais und fließt von hier durch die Linienleitung zu Station
II
ab. Da nun die Abreißfeder des Relaishebels sehr kräftig ist, vermag der nur einen Elektromagnet- schenkel
R
1
umkreisende Strom nicht, den Anker anzuziehen: das eigene Relais bleibt also stumm. Der in der Station
II
anlangende Strom gelangt in die Draht- windungen von
R
1
, geht über den Contact
b c
des Hilfshebels und fließt von hier durch die Drahtwindungen des zweiten Elektromagnetschenkels
R
2
zur Erde
E
ab In der Station
II
, der empfangenden Station, werden also beide Elektro- magnetschenkel vom Strome durchflossen und daher wird die Anziehungskraft des Magnetes groß genug, um die Kraft der Abreißfeder zu überwinden, d. h. das Relais der Empfangsstation spricht auf die von
I
gesandten Ströme an.
Sprechen nun beide Stationen gleichzeitig oder mit anderen Worten, werden die Taster
a a
beider Stationen gleichzeitig niedergedrückt, so tritt folgender Strom- lauf ein. Von der Batterie
B
der Station
I
aus fließt der Strom wie früher wieder über
a b
und
R
1
durch die Linienleitung
L
zur Station
II
. Hier durch- fließt er die Elektromagnetwindungen
R
1
, kann dann aber nicht über
b c
nach
R
2
gehen, weil der Contact bei
b c
durch Niederdrücken des dazu gehörigen Tasters unterbrochen ist. Er gelangt vielmehr über
b
und
a
zur Batterie
B
und in die Erde. Der von der Station
I
abgehende Strom wird das Relais der eigenen Station ebenso wenig wie im erstbetrachteten Falle zum Sprechen bringen. Es würde aber auch das Relais der Station
II
nicht ansprechen, weil auch in dieser nur ein Elektromagnetschenkel (
R
1
) stromdurchflossen ist, wenn nicht die Batterien
B B
beider Stationen hintereinander geschaltet wären. Da nun aber durch das
Fig. 782.
Gegensprechmethode von Fuchs.
gleichzeitige Niederdrücken der Taster beider Stationen auch die Batterie der Station
II
mit den Drahtwindungen des Elektromagnetschenkels
R
1
in Verbindung gesetzt wird, also diese Drahtwindungen von den Strömen beider Batterien im selben Sinne durchflossen werden, so reicht die derart verdoppelte Anziehungskraft des einen Elektromagnetschenkels (
R
1
) der Station
II
aus, um die Federkraft zu über- winden, oder das Relais zum Sprechen zu bringen. Diese Betrachtung läßt sich in analoger Weise auch für die Station
II
als gebende und für
I
als empfan- gende Station durchführen, woraus erhellt, daß durch die besprochene Anordnung die gleichzeitige Absendung zweier Depeschen durch den Draht
L
in einander ent- gegengesetzten Richtungen ermöglicht wird.
Die unter Anwendung der Wheatstone’schen Brücke von
Schwendler
an- gegebene Gegensprechmethode möge mit Hilfe der schematischen Figur 783 an- gedeutet werden.
B
1
und
B
2
bezeichnen die gleich starken Batterien, deren Zink- pole in beiden Stationen an die Erde gelegt sind, während ihre Kupferpole mit den Tastern
T
1
T
2
in Verbindung stehen. Die Contacte 4 der Hilfshebel sind durch Widerstände
b
mit der Erde verbunden; von den Hilfshebeln selbst gehen
65*
die Zweige
N
1
L
1
, beziehungsweise
N
2
L
2
und
N
1
M
1
, beziehungsweise
N
2
M
2
aus. Die Enden
L
1
und
L
2
der erstgenannten Zweige sind durch die Linienleitung
l
miteinander verbunden, die Enden der zweiten Zweige
M
1
und
M
2
stehen unter Vermittlung der Widerstände
z
mit der Erde in Verbindung und die Zweigpaare sind durch
L
1
M
1
, beziehungsweise
L
2
M
2
untereinander verbunden. In die Zweige sind die Widerstände
x
und
y
eingeschaltet und in die Verbindungsleitung je zweier Zweige die Empfangsapparate, dargestellt durch die Relais
R
1
und
R
2
.
Betrachten wir nun wieder die beiden Fälle, nämlich: es arbeitet nur eine Station oder es arbeiten beide Stationen. Arbeitet nur die Station
I
, so wird durch das Niederdrücken des Tasters
T
1
der Contact zwischen
H
1
und 4 aufge- hoben und ein Contact zwischen
H
1
und 3 hergestellt. Von der Batterie
B
1
aus geht daher ein Strom über 3
H
1
nach
N
1
und fließt von hier aus einerseits durch den Widerstand
y
über
M
1
und durch den Widerstand
z
zur Erde ab, und gelangt andererseits durch den Widerstand
x
über
L
1
in die Leitung
l
. Der Weg
Fig. 783.
Schwender’s Gegensprechmethode.
L
1
M
1
, welcher das Relais der gebenden Station
I
enthält, bleibt hierbei stromlos (oder bildet für den abgehenden Strom die stromfreie Brücke). Der in der Station
II
bei
L
2
anlangende Strom theilt sich in zwei Zweige, deren einer über
L
2
M
2
durch den Widerstand
z
zur Erde abfließt, deren zweiter den Widerstand
x
durchläuft und über
H
2
4 durch den Widerstand
b
zur Erde abfließt. In der Empfangsstation
II
bildet also der Zweig
M
2
N
2
die stromlose Brücke und das Relais
R
2
wird, da es im stromdurchflossenen Zweige
L
2
M
2
liegt, ansprechen.
Arbeiten hingegen beide Stationen gleichzeitig, so ist auch in der Station
II
der Contact zwischen
H
2
und 4 aufgehoben und jener zwischen 3 und
H
2
her- gestellt. Es gelangt daher auch von der Batterie
B
2
ein Strom über
T
2
3
H
2
x
und
L
2
in die Linienleitung
l
. Da dieser Strom entgegengesetzt gerichtet ist wie der von der Station
I
durch
B
1
in die Linie
l
gesandte Strom, beide Ströme aber gleich stark sind, so werden sich ihre Wirkungen in der Linie
l
gegenseitig aufheben, d. h. die Linie
l
wird stromlos sein. Hieraus resultirt für jede Station ein geschlossener Localstrom, dessen Verlauf z. B. für die Station
II
folgender ist: Der Strom fließt von
B
2
aus über
T
2
3 und
H
2
nach
N
2
; dort theilt er sich in die Zweige
N
2
M
2
und
N
2
L
2
M
2
, worauf sich beide Zweigströme bei
M
2
wieder vereinigen und über
z
zur Erde
E
2
abfließen. Da das Relais
R
2
in einem stromdurchflossenen Zweige sich befindet, wird es ansprechen. Derselbe Vorgang spielt sich auch in der Station
I
ab. Wenngleich hierdurch die Apparate und Stromleitungen jeder Station scheinbar in sich selbst geschlossen werden, so giebt doch das Relais
R
2
die von
I
aus gesandten Zeichen und das Relais
R
1
die in Station
II
aufgegebenen Zeichen. Es wird nämlich z. B. das Relais
R
2
nur so lange durch die zuletzt angegebene Art der Stromvertheilung seinen Anker anziehen, als der gebende Taster
T
1
niedergedrückt bleibt bei gleichzeitigem Niederdrücken des Tasters
T
2
, sobald aber der letztere in seine Ruhelage zurückkehrt, tritt wieder die Stromvertheilung in der zuerst angegebenen Weise (wenn nämlich nur Station
I
arbeitet) ein. Die Bewegung des Relais
R
2
ist also in beiden Fällen durch die Bewegung des Tasters
T
1
in der Station
I
bedingt, d. h. das Relais
R
2
giebt, trotz des scheinbaren Localstromes beim gleichzeitigen Arbeiten beider Stationen, doch die in
I
gegebenen Zeichen wieder. Ebenso wird auch das Relais
R
1
in allen Fällen die von der Station
II
gegebenen Zeichen empfangen. Ein erfolgreiches Arbeiten wird bei der skizzirten Methode natürlich nur dann möglich sein, wenn die Widerstände der einzelnen Stromzweige den für die Verzweigung in der Wheatstone’schen Brücke geltenden Gesetzen gemäß berechnet und angeordnet sind. Ein Eingehen hierauf liegt jedoch außerhalb des Rahmens vorliegenden Werkes.
Wie wir in der historischen Einleitung (Seite 998) erfahren haben, bezweckt man durch die
Vielfach- oder Multiplex-Telegraphie
die Leitung auch während jener Strompausen auszunützen, welche dadurch entstehen, daß man die einzelnen Zeichen durch Zwischenräume voneinander trennen muß. Das Princip der mehrfachen, „absatzweisen“ Telegraphie ist ein sehr einfaches und wird uns mit Hilfe der Fig. 784 sofort klar werden. Die Figur stellt eine Station
A
dar, welche mit vier selbstständigen
Morse-Systemen
(1 bis 4) ausgerüstet ist.
R
sind die Schreibapparate,
T
die Taster; jedes System steht mit einem der Sectoren
I
bis
IV
in Verbindung. Die Linienleitung
L
ist durch eine Schleiffeder an eine Axe
x
gelegt, welche durch ein Uhrwerk in Umdrehung versetzt wird und dadurch den Zeiger
x z
veranlaßt, über die voneinander isolirten Contactstücke
I, II, III
und
IV
der Reihe nach in der durch den Pfeil angegebenen Richtung zu schleifen. In Folge dieser Einrichtung werden also die Schreibapparate 1 bis 4 der Reihe nacheinander mit der Linienleitung in Verbindung gesetzt und bleiben jeder für die Zeitdauer einer Viertel-Umdrehung des Zeigers in dieser Verbindung. Genau dieselbe Einrichtung besitzt eine zweite Station
B
, welche mit
A
durch die Linien- leitung verbunden ist. Ferner bewegen sich die Zeiger
x z
in beiden Stationen isochron, d. h. der Zeiger in der Station
A
und der Zeiger in der Station
B
treten genau im selben Momente mit den gleichwerthigen Sectoren (
I
bis
IV
) in Contact und verlassen dieselben im selben Momente. Unter diesen Voraus- setzungen wird daher der Apparat 1 der Station
A
mit dem Apparate 1 der Station
B
durch die Linienleitung
L
verbunden sein, so lange sich die Zeiger
x z
beider Stationen über das Contactstück
I
bewegen; es können daher durch die Apparate
I
Zeichen abgesandt oder empfangen werden. Die Zeiger gelangen dann in beiden Stationen auf die Quadranten
II
und setzen dadurch die Systeme 2 in Verbindung u. s. w., bis alle Systempaare (in der Figur wurden deren 4 angenommen) der Reihe nach miteinander verbunden waren, d. h. die Zeiger eine volle Umdrehung ausgeführt haben.
Da nach dem angegebenen Principe die Zeichen hintereinander oder absatzweise gegeben werden, der Unterschied zwischen dieser Zeichengebung und der gewöhn- lichen nur in der Verwendung mehrerer Apparate besteht, so ist die Frage, wieso hierdurch eine gesteigerte Ausnützung der Leitung zu Stande kommt, wohl gerecht- fertigt. Die Praxis ergab, daß mit den gegenwärtig gebräuchlichen Apparaten auf oberirdischen Leitungen bis zu einer Länge von beiläufig 800 Kilometer in einer Secunde etwa 333 Ströme, die noch brauchbare Zeichen hervorzurufen im Stande sind, abgegeben oder empfangen werden können; zieht man die zur Trennung der einzelnen Zeichen voneinander nöthigen Pausen in Betracht, so reducirt sich die Anzahl der möglichen Stromsendungen auf die Hälfte, also auf 166 Ströme per Secunde. Dies zu leisten, also die Leitung vollkommen auszunützen, ist aber
Fig. 784.
Mehrfach-Telegraphie.
kein Mensch im Stande. Man kann sich jedoch dieser Leistung mehr oder weniger nähern, wenn man die Gesammtarbeit auf mehrere Personen vertheilt. Die Leitung wird an Theilstationen angeschlossen und jeder Theilstation eine Person zur Bedienung zugewiesen; dann arbeitet eine Person im ersten Bruchtheile der Zeiteinheit mit der ersten Theilstation, die zweite Person im zweiten Bruchtheile der Zeiteinheit mit der zweiten Theilstation u. s. w., wobei jeder Person regelmäßig eintretende Ruhepausen zu Theil werden, welche diese als Vorbereitungszeit zu benützen in der Lage ist. Diese Vorbereitung besteht in einer ganzen Reihe von Vorgängen, welche sich im Menschen abspielen müssen, bevor die Hand eine Taste entsprechend niederdrückt; solche Vorgänge sind z. B. das Lesen des zu telegraphirenden Wortes, das Uebersetzen der gewöhnlichen Schriftzeichen in die Zeichen der Tele- graphen-Schrift, die Ertheilung des Impulses vom Gehirne aus an die Bewegungs- muskeln der Hand u. s. w., alles Vorgänge, die sich zwar äußerst rasch abspielen, die aber immerhin im Verhältnisse zu dem kurzen Zeitraume von 1/166 Secunde doch merklich in Betracht kommen. Diese Vorbereitungszeit wird nun eben bei der Multiplex-Telegraphie immer durch jene Person zur effectiven Stromsendung aus- genützt, deren Ruhe- oder Vorbereitungszeit eben zu Ende gegangen ist. Außerdem trägt auch die Construction der Apparate dazu bei, daß die effective Zeichengebung der Hand möglichst erleichtert wird. Um letzteres verständlicher zu machen, möge vorgreifend bemerkt werden, daß z. B. Meyer’s Multiplex-Apparat zur Hervor- bringung eines Zeichens nie mehr als vier Ströme erfordert, während bei der gewöhnlichen Morseschrift bis zu acht Strömen (Bruchstrich) angewendet werden müssen; wir werden weiter unten noch erkennen, in welcher Weise dies ermög- licht wurde.
Wir wollen nun die im Allgemeinen bereits angedeuteten Principien der Multiplex-Telegraphie an einem speciellen Apparate näher betrachten und wählen hierzu den
Multiplex-Apparat
von
Bernhard Weyer.
Ausführlich behandelt ist dieser nebst anderen M
n
ltiplex-Apparaten in A. E.
Gran- feld
: „Die Mehrfach-Telegraphie“.
Meyer theilt die Zeiteinheit, d. i. jene Zeit, welche erforderlich ist, damit der Zeiger auf der Ver- theilerscheibe einen ganzen Umlauf vollendet, ebenso wie auch die Wegeinheit, d. h. jenen Weg, welchen der Zeiger in einem vollen Umlaufe zurücklegt, in vier Theile und setzt daher die Vertheilerscheibe aus vier Sectoren zusammen (wie dies auch in der schematischen Fig. 784 angenommen wurde). Von vier Arbeitern muß nach Meyer’s Einrichtung jeder ein solches Viertel derart verwerthen, daß er innerhalb dieses Zeitraumes sämmtliche Morsezeichen abgiebt, die zur Erzeugung eines Schriftzeichens erforderlich sind. Hiefür werden aber, z. B. für das Rufzeichen (Seite 1005) sechs Stromsendungen erfordert, eine Arbeitsleistung, welche über die Kräfte des Arbeiters geht. Sie wird ihm aber ermöglicht durch eine Umgestaltung der Morsetaste in der Art, daß mehrere Tasten an der Erzeugung der Morsezeichen theilnehmen, und daß diese Tasten gleichzeitig niedergedrückt werden können, ähnlich wie beim Anschlagen eines Accordes auf dem Claviere. Diese Tasten — Meyer verwendet deren acht — sind, wie wir noch sehen werden, unmittelbar nebeneinander, also bequem zur Hand angeordnet, wurden aber in der schematischen Fig. 785 getrennt gezeichnet, um die Uebersichtlichkeit zu fördern. Aus dieser Figur werden wir auch ersehen, wieso es möglich ist, einzelne Tasten für bestimmte Morsezeichen zu verwenden. Das Mittel hierzu besteht nämlich darin, daß man die bereits in vier Theile zerlegte Vertheilerscheibe in noch kleinere Unterabtheilungen theilt und diese mit den Tasten entsprechend verbindet. Wenn dann der Arbeiter auch mehrere Tasten gleichzeitig niederdrückt, so werden doch die den einzelnen Tasten entsprechen- den Ströme nacheinander in die Leitung gesandt werden, weil der rotirende Zeiger mit den entsprechenden Unterabtheilungen der Vertheilerscheibe nicht gleichzeitig, sondern nacheinander in Berührung kommt.
Jeder Quadrant — in der Figur nur einer — ist in 12 Theile (1 bis 12) abgetheilt; von diesen sind die Theile 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 und 11 mit den Axenpunkten der acht voneinander getrennten Tasten
I
1
bis
IV
1
und
I
2
bis
IV
2
verbunden. Außerdem stehen die Ruhecontacte der Tasten
I
2
bis
IV
2
mit den Abtheilungen 3, 6, 9 und 12 der Vertheilerscheibe, und die Ruhecontacte der Tasten
I
1
bis
IV
1
durch die Abzweigungen bei
e
2
,
e
5
,
e
8
und
e
11
mit den durch dieselben Zahlen bezeichneten Theilstücken der Vertheilerscheibe in Verbindung, welche den Abzweigungen
e
beigesetzt sind. Drückt man die Taste
I
1
nieder, so wird, wenn gleichzeitig der Zeiger
x z
mit dem Theilstücke 1 Contact hat, ein Strom aus der Batterie
B
über
i
, die Taste
I
1
bei
b, o
nach 11 und durch den Zeiger
z x
in die Linie fließen Drücken wir alle oberen Tasten
I
1
bis
IV
1
gleichzeitig nieder, so fließt zunächst ein Strom über das Theilstück 1 in die Leitung im selben Momente, als Zeiger
x z
über 1 gleitet; ein zweiter Strom, und zwar über das Theilstück 4, folgt, sobald der Zeiger auf diesem Theilstück angelangt ist, und ein dritter und vierter Strom gelangt in die Leitung, sobald der Zeiger die Theilstücke 7 und 10 erreicht hat. Somit werden also durch
einen
Druck (das gleichzeitige Niederdrücken der vier in Wirklichkeit nahe aneinander befindlichen Tasten) vier zeitlich voneinander getrennte Stromimpulse gegeben, die daher auch vier getrennte Morsezeichen in der Empfangsstation erzeugen können. Die Art dieser Zeichen (Striche und Punkte) hängt von der Dauer der einzelnen Ströme ab, und diese wird offenbar durch die Geschwindigkeit des Zeigers und durch die Länge der Contactstücke 1, 4, 7 und 10 bestimmt. Da sich der Zeiger mit gleicher Geschwindigkeit bewegt und die Längen der genannten Contactstücke untereinander gleich sind, so müssen auch die vier Ströme gleiche Dauer besitzen; sie werden daher in einem gewöhnlichen Morse-Apparate als Empfänger vier gleiche Zeichen erzeugen. Hierbei muß das erste Zeichen offenbar dem über das Contactstück 1, das zweite Zeichen dem über das Contactstück 4, das dritte Zeichen dem über 7 und das vierte Zeichen dem über 10 gesandten Strome entsprechen; in gleicher Weise werden auch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Zeichen jenen Contact- stücken (2 3, 5 6 und 8 9) entsprechen, durch welche keine Stromsendung erfolgte. Die einzelnen Zeichen sowohl, als auch die einzelnen Zwischenräume entsprechen also immer ganz bestimmten Contactstücken. Die vier Zeichen, die durch Nieder- drücken der Tasten
I
1
bis
IV
1
erhalten werden, bilden vier Punkte des von Meyer abgeänderten Morse-Alphabetes. Man nennt daher die eben bezeichneten Tasten die
Punkttaster
und die entsprechenden Contactstücke 1, 4, 7 und 10 die
Punkt- Contactstücke
. Eine neuerliche Stromsendung in der beschriebenen Art wird erst dann wieder möglich, wenn der Zeiger den zweiten, dritten und vierten Quadranten passirt hat und wieder auf dem Contactstücke 1 des ersten Quadranten anlangt.
Drücken wir jetzt die untere Tastenreihe, also
I
2
bis
IV
2
nieder und sehen, was dadurch bewirkt wird. Aus der Betrachtung der Fig. 785 ergiebt sich, daß nunmehr Stromwege von der Batterie aus über die betreffenden Taster und die Contactstücke 2, 5, 8 und 11 geschlossen werden, sobald der Zeiger
x z
diese Contactstücke berührt. So ist z. B. der Stromweg für die Taste
I
2
folgender: Von
B
aus über
i i
. ., in der Taste
I
2
von
b
über
o
, durch 2 2 zum Contact- stücke 2 und von diesem durch den Zeiger
z x
(sobald dieser auf das Contactstück gelangt ist) in die Linienleitung. Der Stromweg von der Taste
I
2
bis zur Ver- theilerscheibe besitzt aber bei
e
2
eine Abzweigung, welche dem Batteriestrome auch dann gestattet in die Linienleitung zu fließen, wenn bei niedergedrückter Taste
I
2
der Zeiger
x z
sich nicht auf dem zugehörigen Contactstücke 2, sondern auf dem Contactstücke 1 befindet; der Strom kann nämlich von
e
2
aus über den Ruhe- contact
b
der Taste
I
1
und
o
in das Contactstück 1 gelangen. Gleiche Erschei- nungen treten auch beim Niederdrücken der Tasten
II
2
,
III
2
und
IV
2
auf. Das Niederdrücken der unteren Tastenreihe bewirkt wie das Niederdrücken der oberen Tastenreihe die Absendung von vier zeitlich voneinander getrennten Strömen in die Linienleitung. Die Trennung der einzelnen Ströme erfolgt wie im erstbetrachteten Falle auch hier wieder dadurch, daß die Contactstücke 3, 6, 9 und 12 beim Darübergleiten des Zeigers stromlos bleiben. Ist der Empfangsapparat wieder ein gewöhnlicher Morseschreiber, so erzeugt dieser abermals 4 Zeichen; dieselbe Ge- schwindigkeit des Zeigers vorausgesetzt, werden aber die entstandenen Zeichen keine Punkte, sondern Striche sein müssen, weil jetzt der Strom nicht mehr nur so lange erhalten bleibt, als der Zeiger über
ein
Contactstück gleitet, sondern wegen der Abzweigungen bei
e
erst unterbrochen wird, wenn je zwei Contactstücke passirt sind. Der erste Strom dauert so lange an bis die Contactstücke 1 und 2 passirt sind, der zweite Strom, bis 4 und 5 passirt sind, der dritte Strom, bis 7 und 8 passirt sind, und der vierte Strom, bis 10 und 11 passirt sind. Der Beginn der
Fig. 785.
Meyer’s Multiplex-Telegraphie.
einzelnen Ströme beim Niederdrücken der unteren Tastenreihe fällt mit dem Beginne der Ströme, welche durch Niederdrücken der oberen Tastenreihe veranlaßt werden, zusammen, weil in Folge der Verzweigungen bei
e
dieselben Contactstücke (1, 4, 7 und 10) zuerst mit dem Zeiger in Contact gelangen. Es müssen daher die 4 Striche, welche durch das Niederdrücken der unteren Tastenreihe entstehen, an den- selben Stellen beginnen wie die durch Niederdrücken der oberen Tastenreihe erzeugten 4 Punkte; diese Zeichen müssen daher nebenstehendes Bild geben:
Punkte
Striche.
Das Strichzeichen ist also bei der Meyer’schen Contactscheibe nur durch er- gänzende (nicht durch eigene, für die Erzeugung von Strichen allein ausreichende) Contactstücke vertreten; man nennt daher diese Contactstücke (2, 5, 8 und 11)
Complementar-Contactstücke
, die dazu gehörigen Taster aber
Strichtaster
. In der Fig. 785 sind im Innern des ersten Quadranten jene Morsezeichen ein- getragen, welche durch die 12 Contactstücke hervorgerufen werden können.
Hat der Zeiger den ersten Quadranten passirt, so kann, wie bereits erwähnt, der Morse-Apparat erst dann wieder Zeichen erzeugen, wenn der Zeiger die Qua- dranten 2, 3 und 4 passirt hat, d. h. der Morse-Apparat wird nach Erzeugung eines Zeichens eine dreimal so lange Zeit leer laufen, als er zur Erzeugung des Zeichens gebraucht hat. Hierdurch würden aber bei der gewöhnlichen Einrichtung der Schreibapparate die einzelnen Buchstaben sehr weit auseinanderkommen und dadurch das Lesen der Depesche sehr erschweren. Diesen Uebelstand vermeidet Meyer dadurch, daß er die je einen Buchstaben bildenden Morsezeichen quer über den Papierstreifen erzeugen und die Bewegung des letzteren verlangsamen läßt. Es entsteht dadurch auf dem Papierstreifen eine aus Zeilen gebildete Morseschrift, bei welcher jede Zeile sämmtliche zur Darstellung eines Buchstabens erforderlichen Morse- zeichen enthält.
Diese Anordnung der Schrift und der bereits betonte Umstand, daß die mit den einzelnen Tasten verbundenen Contactstücke genau dieselben Stellungen unter- einander einnehmen, wie die Zeichen, welche durch die eben von jenen Contact- stücken übermittelten Ströme erzeugt werden, daß also z. B. der erste Strich oder Punkt einer Zeile immer nur durch Niederdrücken der Taste
I
2
, beziehungsweise
I
1
entstehen kann, ermöglichen es, daß Meyer zur Darstellung eines Wortes durch die Morseschrift nicht nur die
Länge
der Morsezeichen, sondern auch deren
Stellung in der Zeile
verwerthen kann: die Zeichen erhalten also auch einen
Ortswerth
. Dies führt aber zu einer wesentlichen Vereinfachung der Zeichen und gestattet, für jedes Schriftzeichen mit höchstens vier Morsezeichen auszukommen. In der gewöhn- lichen Morseschrift bedeutet z. B. ein Punkt den Buchstaben
e
(S. 1005); in der Meyer’schen Morseschrift bedeutet hingegen ein Punkt an der ersten Stelle einer Zeile den Buchstaben
e
, an der zweiten Stelle das Interpunctionszeichen „Punkt“ und an der vierten Stelle der Zeile „Beistrich“, während in der gewöhnlichen Morseschrift der Punkt durch sechs Punke und der Beistrich durch drei Punkte und drei Linien dargestellt wird. Meyer erspart durch seine Schreibweise nicht nur Raum auf der Contactscheibe, sondern auch Zeit auf der Linie.
Wir können uns nun auch erklären, in welcher Weise durch die absatzweise Mehrfach-Telegraphie die Ausnützung der Leitung gesteigert wird. Nach obigen Erläuterungen ist der Weg, welchen der Zeiger
x z
über die Contactstücke 1 bis 12 zurücklegt, im Empfangsapparate durch eine Zeile dargestellt, die alle jene Zeichen enthält, für welche der Zeiger bei einmaligem Darübergleiten Ströme von den den niedergedrückten Tasten entsprechenden Contactstücken abgeleitet hat. Da nun ferner kein Schriftzeichen mehr als 4 Elementarzeichen des Meyer-Alphabetes erfordert und hiefür 8 Tasten zur Verfügung stehen, die leicht während der Zeit des ein- maligen Darübergleitens des Zeigers über die Contactstücke 1 bis 12 niedergedrückt werden können, so ist es möglich, in jeder Zeiteinheit sämmtliche Zeichen oder Ströme zur Darstellung eines Schriftzeichens in die Linie zu entsenden. Dies gilt jedoch nicht nur für den ersten Quadranten, welchen wir bisher betrachtet haben, sondern in gleicher Weise auch für die übrigen drei Quadranten. Jeder Quadrant entspricht einer von einem Arbeiter bedienten Theilstation. Es werden daher zu- sammen in der Zeiteinheit von vier Arbeitern vier Buchstaben erzeugt werden können. Die Zeiteinheit (also die Dauer eines vollen Zeigerkreislaufes) zu einer halben Secunde festgesetzt, ergiebt daher 60 × 2 × 4, das ist 480 Buchstaben in der Minute. Hierbei hat der erste Arbeiter im ersten, der zweite im zweiten, der dritte im dritten und der vierte Arbeiter im vierten Viertel der Zeiteinheit die betreffenden Tasten seiner Theilstation niedergedrückt.
Bislang verfolgten wir die Ströme nur bis zu ihrem Abfließen in die Linienleitung; es erübrigt uns daher noch, um die Wirkungsweise des Meyer’schen Systemes ganz zu überblicken, den Verlauf der Ströme in der Empfangsstation zu verfolgen. Da Sende- und Empfangsstation mit gleichen Apparaten in gleicher Weise ausgerüstet sind, können wir dies ebenfalls mit Zuhilfenahme der Fig. 785 ausführen. Nehmen wir zunächst an, der Linienstrom lange eben in jenem Momente in der Empfangsstation an, in welchem die Contactbürste
z
des Zeigers
x z
mit dem Contactstücke 1 des ersten Quadranten in Berührung steht. Da sich die Zeiger beider Stationen synchron bewegen, kann dieser Strom nur durch das Contact- stück 1 des Quadranten 1 der Aufgabsstation abgesandt worden sein. Dieser Strom fließt in der Empfangsstation über
x z
und das Contactstück 1 zur Taste
I
1
, geht über deren Ruhecontact nach
e
2
, über 2 zum Taster
I
2
und über dessen Ruhe- contact nach
u v
, worauf er schließlich durch das Relais
R
zur Erde abfließt; dieses Relais wird daher ansprechen müssen. Nun nehmen wir an, daß die Strom- gebung in jenem Momente erfolgt, in welchem die Zeiger beider Stationen auf die Contactstücke 2 gelangen. Jetzt wird der durch die Linie anlangende Strom über
x z
, das Contactstück 2, durch die Verbindung 2
e
2
O
zur Taste
I
2
gelangen und über deren Ruhecontact durch
u v
und das Relais
R
zur Erde abfließen. Ein über das Contactstück 3 (ein Trennungsstück) anlangender Strom würde über die Contactstücke 3, 6, 9 und 12, ferner über
u v
gleichfalls durch das Relais
R
seine Ableitung zur Erde finden. Ferner ergeben sich analoge Wege wie für das Contactstück 1 auch für die Punktcontactstücke 4, 7 und 10, wie für das Con- tactstück 2 für die Complementar-Contactstücke 5, 8 und 11 und wie für das Contactstück 3 analoge für die Trennungsstücke 6, 9 und 12. Jeder durch die Linie anlangende Strom gelangt daher in der Empfangsstation durch das Relais zur Erde; dies gilt natürlich unter der Voraussetzung, daß die Tasten der Empfangs- station ruhen.
Die Stromwege, welche wir für die 12 Contactstücke des ersten Quadranten der Vertheilungsscheibe gefunden haben, also für die Stromgebung durch die erste Theilstation, sind in derselben Weise auch für den 2., 3. und 4. Quadranten, beziehungsweise für die 2., 3. und 4. Theilstation vorhanden. Sonach wird das Empfangsrelais auf jeden Strom ansprechen, gleichviel auf welchem Contactstücke oder auf welchem Quadranten sich der Zeiger gerade befindet. Wird nun durch das Relais eine Localbatterie geschlossen und dadurch ein Schreibapparat in Thätigkeit gesetzt, so wird dieser nach Ablauf der Zeiteinheit (nach einer vollen Umdrehung des Zeigers) die vier aufeinanderfolgenden Schriftzeichen der vier Absende-Theilstationen in Morseschrift aufgezeichnet haben; bei einer zweiten Umdrehung des Zeigers würden die zweiten Zeichen der vier Theilstationen in Morseschrift geschrieben werden u. s. w., d. h. es würde nachfolgende Reihenfolge entstehen: Erster Buchstabe der von der Theilstation 1 aufzugebenden Depesche, erster Buchstabe von der Theilstation 2 u. s. w. Hierauf zweiter Buchstabe von der Theilstation 1, zweiter Buchstabe von der Theilstation 2 u. s. w. u. s. w.
Eine derartige Durcheinanderwerfung der vier von den vier Theilstationen abgesandten Depeschen würde das Zusammenstellen der einzelnen Depeschen natürlich sehr erschweren. Ein rationelles Arbeiten wird daher erfordern, daß die vier voneinander getrennt aufgegebenen Depeschen auch getrennt in den Empfangs- Apparaten aufgeschrieben werden. Man erreicht dies durch Aufstellung von vier Schreib-Apparaten in der Empfangsstation, welche durch entsprechende Vertheilung der anlangenden Ströme in den Stand gesetzt werden, nur je eine Depesche aufzuzeichnen. Die hierzu nöthigen Schaltungen sind aus Fig. 786 zu ersehen, in welcher auch die 8 Tasten
u b
einer Theilstation in ihrer natürlichen Lage und Anordnung dargestellt sind. Wir ersehen aus dieser Figur, daß die Vertheiler- scheibe noch zwei concentrische Contactringe
n
und
m
erhalten hat, von welchen der innere aus einem ungetheilten Stücke besteht, während der mittlere in die vier Quadranten
m
1
m
2
m
3
und
m
4
zerlegt ist. Auf dem Zeiger wurde isolirt von diesem die gabelförmige Schleifbürste
g g
1
befestigt, deren eine Zinke über die Quadranten
m
, deren andere über den ungetheilten Ring
n
schleift. Mit letzterem
Fig. 786.
Meyer’s Schaltung.
ist der eine Pol der Localbatterie
b
verbunden, während der zweite Pol mit dem Ankerhebel des Empfangsrelais
R
in Verbindung steht; von der Contactschraube
h
1
dieses Relais führt ein Draht zu dem Schreibapparate
S
1
, der andererseits mit dem Quadranten
m
1
des Mittelringes verbunden ist. Aus diesen Verbindungen ergiebt sich nachstehendes Spiel der Apparate: Der Strom gelangt durch die Linie in den Zeiger
x z
und fließt von hier z. B. über das Contactstück 1, durch das Tastwerk
b u
und über
v m n
durch das Relais
R
zur Erde ab. Das Relais spricht an und schließt durch Herablegen des Hebels auf
h
1
den Local- stromkreis für den Schreib-Apparat
S
1
. Der Localstrom gelangt nämlich von
b
aus über
h
1
in den Schreibapparat
S
1
und dann in den Quadranten
m
1
, auf welchem auch die Schleifbürste
g
des Zeigers sich befinden muß, weil die Trennungslinien der Quadranten beider Ringe in dieselben Radien fallen; von
g
gelangt der Strom nach
g
1
, in den Ring
n
und wieder zur Batterie
b
zurück. Wir wissen von früher her, daß das Relais auf jeden Strom, durch welchen Quadranten oder durch welches Cotactstück er kommen mag, anspricht; wir ersehen aber aus der jetzt betrachteten Schaltung, beziehungsweise aus der Contactscheibe, daß die Localbatterie
b
für den Schreib-Apparat
S
1
nur dann und nur so lange geschlossen wird, als sich der Zeiger
x z
auf dem ersten Quadranten bewegt, da nur
m
1
mit dem Schreib-Apparate verbunden ist. Sobald die Schleifbürste
g
des Zeigers
x z
den Viertelkreis
m
1
verläßt, also der Zeiger die Contactstücke 1 bis 12 des ersten Quadranten hinter sich hat, stellt der Schreib-Apparat
S
1
seine Function ein, um sie erst dann wieder aufzunehmen, wenn der Zeiger
x z
nach Durchlaufung der Quadranten 2, 3 und 4 wieder auf den Quadranten 1
Fig. 787.
Schema zu Meyer’s Multiplex-Apparat.
gelangt. Da nun durch die Contactstücke des Quadranten 1 alle jene Ströme an- langen, welche von der Theilstation 1 abgesandt wurden, so wird also der Schreib- Apparat
S
1
der Empfangsstation in der That nur die Depesche der ersten Theil- station aufnehmen. Verbindet man alle 4 Quadranten
m
1
,
m
2
,
m
3
und
m
4
in analoger Weise mit den Schreib-Apparaten
S
1
,
S
2
,
S
3
und
S
4
, wie dies in Fig. 787 dargestellt ist, so erhält man die von den 4 Theilstationen aufgegebenen Depeschen auch durch vier voneinander getrennte Schreib-Apparate.
Wie alle Multiplex-Apparate erfordert auch Meyer’s Apparat eine besondere Einrichtung der
Schreibvorrichtung
. Wie wir erfahren haben, ordnet Meyer alle Morsezeichen eines Schriftzeichens in einer Linie an. Da nun diese Morse- zeichen während der Bewegung des Zeigers
x z
über die Contactstücke 1 bis 12 gegeben wurden, muß auch die
Schreibklinge
, denn eine solche tritt hier an die Stelle des Schreibstiftes, in genau derselben Zeit sämmtliche Punkte dieser Zeile durchlaufen: Die Bewegung des Zeigers über die Contactscheibe muß in der Bewe- gung der Schreibklinge über dem Papierstreifen ihr genaues Spiegelbild finden. Nur dadurch ist es möglich, daß alle durch dasselbe Contactstück veranlaßten Strom- schlüsse Zeichen an derselben Stelle der Zeile erzeugen.
Zur Erklärung der Meyer’schen Schreibvorrichtung nehmen wir vorerst an, daß die durch die Contactstücke aller vier Quadranten veranlaßten Stromschlüsse auf nur einen Schreib-Apparat wirken, daß also dieser alle vier Depeschen auf- zeichnet. Meyer benützt hierzu eine Schreibklinge, die in Form eines vollen Schrauben- ganges
a k k e
, Fig. 788, den Cylinder
z z
umgiebt. Der Papierstreifen
p p
wird von dem Stabe
s s
getragen, der mit dem Anker eines Magnetes in Verbindung steht und bei jeder Anziehung dieses Ankers durch den dazu gehörigen Magnet gegen die Schreibklinge auf dem Cylinder
z z
angedrückt wird. Letzterer ist durch seine Axe mit dem Triebwerke des Apparates so verbunden, daß seine Umdrehung und die des Zeigers auf der Contactscheibe sich in vollkommen gleicher Weise voll- ziehen. (Eine Farbrolle
t
, Fig. 789, versieht die Schreibklinge mit Farbe.)
Wird nun der Papierstreifen
p p
gegen den Schreibcylinder gedrückt, so muß offenbar jene Stelle der Schreibklinge ein Zeichen auf dem Papierstreifen hervorbringen, welche dem Papierstreifen gerade gegenübersteht, also in der Fig. 788 die Stelle
d;
dauert die Berührung längere Zeit an, so gelangen in Folge der durch die beigesetzten Pfeile angedeuteten Rotation des Cylinders die auf
d
in der Richtung nach
e
folgenden Theile der Schreibklinge dem Papierstreifen gegen- über und es entsteht die Linie
d g.
Bleibt der Papierstreifen während einer vollen Umdrehung des Cylinders an diesen angedrückt, so entsteht daher die Linie
f f
1
. Da die volle Umdrehung des Cylinders einer vollen Umdrehung des Zeigers auf der Contactscheibe entspricht, muß auch eine Viertel-Umdrehung des Cylinders dem Darübergleiten des Zeigers über einen Quadranten entsprechen. Es muß also auch das Stück
I
der Schreibklinge dem ersten Quadranten der Contactscheibe, das Stück
II
dem zweiten Quadranten der Contactscheibe, das Stück
III
dem dritten Quadranten und das Stück
IV
dem vierten Quadranten entsprechen. Wegen der synchronen Bewegung des Cylinders und des Zeigers muß ferner Folgendes statt- haben: Die einzelnen Stellen des Schreibklingenstückes
a b
müssen genau ebenso nacheinander dem Papierstreifen am nächsten kommen (ihre tiefste Lage einnehmen) als der Zeiger über die Contactstücke 1 bis 12 des ersten Quadranten gleitet und in gleicher Weise müssen sich das
II.
,
III.
und
IV.
Stück der Schreibklinge zu dem zweiten, dritten und vierten Quadranten der Contactscheibe verhalten.
Der Gesammt-Apparat muß daher in folgender Weise fungiren: Der Zeiger ist über die Contactstücke 1 bis 12 des ersten Quadranten gegangen und hat dadurch die den niedergedrückten Tasten entsprechenden Ströme in den Schreib-Apparat gesandt; hier vollendete der Cylinder
z z
genau in derselben Zeit die erste Viertel- umdrehung, brachte also dadurch sämmtliche Stellen des Schreibklingenstückes
a b
in ihre nächste Lage zum Papierstreifen
p p;
während dieser Zeit hob der Magnet so oft und so lange durch den mit seinem Anker verbundenen Stab
s s
den Papier- streifen gegen den Cylinder
z z
, als den eingelangten Strömen entsprach. Der Papierstreifen wird daher im ersten Viertel seiner Breite alle jene Morsezeichen aufweisen, welche durch Niederdrücken der Tasten in der Aufgabstheilstation beab- sichtigt wurden, d. h. es wird der erste Buchstabe der von der ersten Theilstation aufzugebenden Depesche durch den Schreibapparat der Empfangsstation aufgeschrieben sein. Der Zeiger gleitet nun über den zweiten Quadranten der Contactscheibe und die Schreibwalze vollzieht genau in derselben Zeit das zweite Viertel ihrer Um- drehung; es entstehen auf dem zweiten Viertel des Papierstreifens die Morsezeichen für den ersten Buchstaben der von der Theilstation
II
abzusendenden Depesche u. s. w. Der Zeiger gelangt nun wieder an das Contactstück 1 des ersten Quadranten und gleichzeitig beginnt der Cylinder
z z
seine zweite Umdrehung; bei Vollendung seiner ersten Umdrehung verließ gerade der Punkt
e
der Schreibklinge seine tiefste Stellung und hierauf muß, bei der von uns vorausgesetzten gleichförmigen Umdrehung des Cylinders, offenbar zunächst der Punkt
a
der Schreibklinge der Papierfläche am nächsten kommen, worauf sich Schreibklinge und Zeiger genau wieder ebenso zu- einander verhalten werden als bei der ersten Umdrehung beider. Der Papierstreifen ist inzwischen um einige Millimeter vorgerückt und erhält daher von den ersten
Fig. 788.
Schreibwalze.
Morsezeichen ebensoweit entfernt die zweiten Zeichen der vier Theilstationen und so weiter die folgenden Umdrehungen. Schließlich erhält man im ersten Viertel der Papier- breite die von der ersten Theilstation abgesandte Depesche, im zweiten Viertel die von der zweiten Theilstation abgesandte Depesche u. s. w. Die Buchstaben der einzelnen Depeschen erscheinen an den ihnen zugehörigen Plätzen des Papierstreifens in untereinander geschriebenen Zeilen.
Um nun die vier Theilstationen zu erhalten, haben wir nichts zu thun, als vier Schreib-Apparate in der bereits angegebenen Weise aufzustellen und zu schalten und jeden dieser Apparate mit einem Viertel der Schreibwalze zu versehen. Der Schreib-Apparat der Theilstation 1 muß eine Schreibwalze mit dem Schrauben- stücke
a b (I)
bekommen, der zweite Schreib-Apparat das Stück
II
u. s. w., wobei natürlich die Stellung der einzelnen Schreibklingenstücke in den einzelnen Schreib- Apparaten zueinander genau dieselbe sein muß, wie in Fig. 788.
In Fig. 789 ist der Schreib-Apparat einer Theilstation abgebildet.
M
stellt hierin einen kräftigen permanenten Magnet dar, dessen Anker ein mit Draht- windungen versehener Eisenkern bildet. Letzterer ist an einem um
o
drehbaren Rahmen befestigt, dessen eine Seite der Stab
s s
(Fig. 788) mit dem Papierstreifen trägt. Sind die Drahtwindungen stromlos, so zieht der permanente Magnet den Eisen- kern an und dreht dadurch den Rahmen derart, daß der Papierstreifen an die Schreibklinge
k
des Cylinders
z
gedrückt wird. Gelangt ein Strom in die Draht- windungen, so wird dieser derart eingeführt, daß den Polen des permanenten Magnetes gegenüber gleichnamige Pole im Eisenkerne entstehen und daher dieser kräftig
Fig. 789.
Meyer’s Schreib-Apparat.
abgestoßen wird, wodurch unter Vermitt- lung des um
o
drehbaren Rahmens das Papier von der Schreibklinge entfernt wird. Hiernach muß also bei der Aufnahme von Depeschen der locale Ruhestrom durch das Ansprechen des Relais unterbrochen wer- den, um den Schreib-Apparat in Thätigkeit zu setzen. Bei
x x
ragt die Axe des Trieb- werkes für die Schreibwalze hervor, die, wie Fig. 790 zeigt, für die vier Theil- stationen eine gemeinsame ist. Das Gleiche gilt von der Axe
v v
, auf welcher die Walzen
w
sitzen, deren Aufgabe darin be- steht, die Papierstreifen
p p
in der durch die eingesetzten Pfeile angegebenen Richtung zu bewegen.
In Fig. 790, der Darstellung des aus vier Theilstationen bestehenden Gesammt-Apparates, erkennt man bei 1 bis 4 auf dem Arbeitstische die aus je 4
Fig. 790.
Meyer’s Multiplex-Apparat.
weißen und 4 schwarzen Tasten bestehenden Claviaturen, bei
S
1
bis
S
4
die vier Schreib-Apparate mit der gemeinschaftlichen Schreibklingenaxe
x
und der ebenfalls gemeinschaftlichen Welle
w
für die Papierwalzen und bei 1 bis 4 die Depeschen- halter.
u
1
bis
u
4
sind Klopfvorrichtungen, welche den Arbeiter aufmerksam machen, wenn der Zeiger auf der Vertheilungsscheibe jenen Quadranten erreicht, zu welchem die Theilstation des betreffenden Arbeiters gehört; sie geben also jenen Zeitmoment an, in welchem die Tasten niederzudrücken sind. Sämmtliche Theilstationen werden durch das bei 1 angebrachte Triebwerk, welches ein schweres Gewicht
P
in Gang setzt, bewegt.
Da die Triebwerke der Absende- und Empfangsstation synchronen Gang besitzen müssen, ist eine sehr sinnreiche Correctionsvorrichtung mit dem Triebwerke verbunden, durch welche unter Vermittlung des elektrischen Stromes die noth- wendigen Regulirungen ausgeführt werden. Auf die Beschreibung dieser Vorrichtung können wir hier aber nicht näher eingehen und bemerken schließlich noch, daß es dem österreichischen Telegraphen-Commissär A. E.
Granfeld
gelungen ist, den synchronen Gang der Sende- und Empfangs-Apparate dadurch bedeutend zu er- leichtern, daß er den Vertheiler-Apparat von den Theilstationen mechanisch gänzlich abtrennte und dadurch ersteren von einer bedeutenden Bürde entlastete. Doch auch bezüglich dieser Einrichtung müssen wir auf Specialwerke verweisen, wie z. B. auf A. E.
Granfeld’s
„Mehrfach-Telegraphie auf einem Drahte“, welchem Werke wir auch in der Beschreibung des Meyer’schen Apparates gefolgt sind.
Telegraphen-Apparate für besondere Zwecke
.
Treten schon beim Telegraphiren auf langen, oberirdischen Linien durch die elektrische
Ladung des Leitungsdrahtes
Schwierigkeiten auf, so macht sich dieser Uebelstand im erhöhten Maße bei der
Kabeltelegraphie
geltend. Das Kabel, bestehend aus den kupfernen Leitungsdrähten und den eisernen Schutzdrähten (der Armatur), welche voneinander durch isolirende Substanzen getrennt sind, ver- hält sich wie eine Leydener Flasche. Führt man den Kupferdrähten (gewissermaßen der inneren Belegung) positive Elektricität zu, so bindet diese an der Armatur (der äußeren Belegung) ein entsprechendes Quantum negativer Elektricität. Die Ladung und Entladung des Kabels erfordert einen nicht unbeträchtlichen Zeitaufwand und zwingt dadurch nicht nur zu langsamer Zeichengebung, sondern kann sehr leicht auch Undeutlichkeit der Zeichen verursachen. Diese Uebelstände würden noch gesteigert und überdies die Isolirungen gefährdet, wenn man Ströme hoher Spannung be- nützen wollte. Alle diese Umstände zeigen uns bereits, daß auf langen Kabeln, z. B. den transoceanischen, die uns bereits bekannten Telegraphen-Apparate nicht verwendet werden können.
Kurze Kabellinien, bei welchen die gewöhnlichen Apparate oder diese unter Anwen- dung gewisser Mittel verwendet werden können und ebenso Erdkabel, welche man durch Ein- schaltung von Uebertragungs-Apparaten in kürzere Strecken zerlegen kann, werden im Obigen nicht berücksichtigt.
Durch das eigenthümliche Verhalten der Kabel genöthigt, sehr schwache Ströme anzuwenden, mußte man auch dafür Sorge tragen, daß die Empfangs- Apparate große Empfindlichkeit besitzen. Es war daher naheliegend, auf die An- wendung des Spiegelgalvanometers zu verfallen. In der That bedienten sich ja auch schon Gauß und Weber im Jahre 1833 eines derartigen Galvanometers (vergl. S. 985); es ist einleuchtend, daß aus den Ablenkungen der Nadel nach links und nach rechts ebenso ein Alphabet zusammengesetzt werden kann, als aus Morse’s Elementarzeichen: Strich und Punkt. Es wurden daher anfänglich aus- schließlich Spiegelgalvanometer in der Kabeltelegraphie benützt. Da wir dieselben bereits kennen gelernt haben und mit ihrem Verhalten bekannt sind (vergl. S. 220), so können wir uns hier kurz fassen. Eine häufig benützte Form des
Thomson-
schen
Sprechgalvanometers
zeigt Fig. 791. Die cylindrische Drahtspule
A
ist aus zwei voneinander getrennten Drahtwindungen von je 1000 Ohms Wider- stand gebildet und gestattet dadurch, dem jeweiligen Bedürfnisse entsprechend, mit
Urbanitzky
: Elektricität. 66
Widerständen von 500 Ohms, 1000 Ohms und 2000 Ohms zu arbeiten, je nach- dem beide Spulen parallel geschaltet werden, nur eine Spule zur Verwendung kommt oder beide Spulen hintereinander benützt werden. Der Anschluß der Leitungen an die Drahtwindungen erfolgt durch die Klemmen
K
1
und
K
2
. In den Hohlraum der Drahtwindungen ist das Kupferrohr
R
eingeschoben, welches bei
a
verschlossen ist und bei
b
ein kleines Spiegelchen mit dem Magnete
n s
enthält. Die Auf- hängung des Spiegelchens ist durch die kurzen Coconfäden
c
1
c
2
bewirkt. Die Dämpfung der Schwingungen (vergl. Seite 222), welche für die Geschwindigkeit des Zeichengebens wichtig ist, erfolgt durch das Kupfergehäuse oder, wie bei einem von
Siemens Brothers
construirten Apparate, dadurch, daß die Messingröhre, welche das Spiegelchen enthält, mit Glycerin gefüllt wird. Um das Instrument beliebig aufstellen, die Magnetnadel der Einwirkung des Erdmagnetismus entziehen zu können, ist der halbkreisförmig gebogene Richtmagnet
N S
angebracht.
Fig. 791.
Sprech-Galvanometer.
Das Beobachten der Ablenkungen der Nadel durch das Fernrohr würde jedoch bei andauerndem Dienste sehr anstrengend werden. Man erzeugt daher auf der Scala ein objectives Lichtbild. Zur Erreichung dieses Zweckes wurde durch
Siemens \& Halske
der in Fig. 792 abgebildete Apparat construirt. Auf einem Grundbrette ist in ein prismatisches Gehäuse eine Petroleumlampe eingesetzt, die ihre Lichtstrahlen durch einen schmalen Spalt
m
1
m
2
in der Vorderwand des Gehäuses der auf dem Grundbrette verstellbaren Sammellinse
L
zusendet. Der Spalt kann in verticaler Richtung verschoben und in der gewünschten Stellung durch die Schraube
x
festgestellt werden. Am oberen Rande des Gehäuses ist die Scala
t t
angebracht, welche durch die Schraube
S
mit Hilfe einer Zahnstange verschoben werden kann. Die Wirkungsweise dieses Apparates im Vereine mit dem Galvanometer ist aus der schematischen Fig. 793 zu erkennen. Die durch den Spalt
m m
1
austretenden Lichtstrahlen werden durch die Linse
L
auf den Spiegel
S
des Galvanometers geworfen, der durch Reflexion der Strahlen bei
a
auf der Scala
t
ein Lichtbild erzeugt. Dieses Lichtbild fällt auf den Nullpunkt der Scala, wenn die Drahtwindungen des Galvanometers stromlos sind, es bewegt sich nach rechts oder links, wenn die Nadel mit ihrem Spiegelchen nach der einen oder anderen Richtung abgelenkt wird. Zur Hervorbringung dieser Ablenkung genügt selbst für die längsten Kabellinien eine Batterie von 5 bis 10 Kupfer-Zink- Elementen.
Um Ströme der einen und der anderen Richtung in das Kabel senden zu können, verwendet man eine sehr einfach construirte Doppeltaste (
I II
in Fig. 794). Gleich bei den ersten Versuchen, die mit transatlantischen Kabeln angestellt wurden,
Fig. 702.
Beleuchtungs-Apparat und Scala.
Fig. 793.
Strahlengang.
ergab sich eine neue Schwierigkeit; es zeigte sich an den Kabelenden, wenn diese mit der Erde unter Ausschluß jeder Batterie verbunden waren, eine ganz erhebliche elektrische Spannungsdifferenz, hervorgerufen durch Erdströme. Diesen Uebelstand beseitigte
Varley
durch Einschaltung von Condensatoren, an welche die Kabel- enden angeschlossen und derart directe Verbindungen des Kabels mit der Erde vermieden wurden.
Die Verbindung der Apparate zu einer Kabelstation und die Verbindung dieser mit einer zweiten zeigt schematisch Fig. 794. Von den Galvanometern
g g
'
66*
der Stationen
A
und
B
gehen einerseits Leitungsdrähte
n n
' zur Erde
E
1
E
'
1
und andererseits zu den Umschaltern
u u
', welche, wenn nicht gearbeitet wird, die in
u
' dargestellte Lage erhalten. Von diesen Umschaltern führen die Drähte zu den Condensatoren
M M
', die eine ziemlich bedeutende Capacität besitzen und ähnlich construirt sind wie die der Inductions-Apparate (vergl. S. 305). An die zweiten Belegungen dieser Condensatoren schließt das Kabel an. Die zur Zeichengebung erforderlichen Ströme liefern die Batterien
b
und
b
', welche mit den Zinkpolen
z z
' an die Schienen 1 1' und mit den Kupferpolen
c c
' an die Schienen 2 2' der Doppeltaster
I II
und
I' II
' angeschlossen sind. Die Tasten
I I
' stehen mit dem Umschalter und die Tasten
II II
' mit der Erde
E
2
E
2
' in Verbindung.
Will
A
mit
B
sprechen, so muß
A
den Umschalter aus der Ruhelage (die bei
u
' dargestellt ist) in jene Lage bringen, welche bei
u
angezeigt ist. Wird die Taste
I
, die im Ruhezustande (wie auch die Taste
II
) an der Schiene 2 anliegt, niedergedrückt, so wird hierdurch der negative Pol (
z
) der Batterie mit dem Umschalter
u
durch die Berührung zwischen 1
I
verbunden, während der positive Pol (
c
) durch die an 2 anliegende Taste
II
mit der Erde (
E
2
) in Verbindung steht. Es strömt somit negative Elektricität über
I
1 und den Umschalter
u
zum
Fig. 794.
Schaltung.
Condensator
M
, wo sie sich über die eine Belegung, in der Figur über die untere, ausbreitet, in der oberen Belegung positive Elektricität bindet und eine entsprechende Menge negativer Elektricität in das Kabel sendet. Aus dem Kabel gelangt die negative Elektricität auf die obere Belegung des Condensators
M
' in der Station
B
, bindet in der unteren Belegung dieses Condensators positive Elektricität und veranlaßt ein Abfließen von negativer Elektricität durch
u
' und das Sprech- galvanometer
g
zur Erde
E
'
1
. Hierdurch wird die Nadel in einer bestimmten Richtung abgelenkt und das Lichtbild bewegt sich auf der Scala vom Nullpunkte aus in einer bestimmten Richtung, womit ein Zeichen übermittelt ist. Geht hierauf die Taste
I
in ihre Ruhelage zurück, so legt sie sich an die Schiene 2 an und stellt durch diese sowie auch durch die gleichfalls an 2 anliegende Taste
II
eine Verbindung der unteren Belegung des Condensators
M
mit der Erde
E
2
her. Die negative Elektricität dieser Belegung fließt nun zur Erde ab und giebt dadurch die positive Elektricität der oberen Belegung frei; diese strömt durch das Kabel zur oberen Belegung den Condensators
M
' in der Station
B
, neutralisirt daselbst die negative Ladung und veranlaßt dadurch das Abfließen der positiven Elektricität auf der unteren Belegung über den Umschalter
u
' und das Galvano- meter
g
' zur Erde
E
1
'. Es wurde also durch das Niederdrücken der Taste
I
in der Station
A
ein negativer Strom und durch das Auflassen dieser Taste ein positiver Strom durch das Sprechgalvanometer
g
' der Station
B
gesandt. Der erste Strom bewirkte die Ablenkung der Nadel in der gewünschten Richtung, also die Uebermittlung eines Zeichens, während der zweite, entgegengesetzt gerichtete Strom die Nadel wieder in ihre Ruhelage zurückführt, das ganze System ent- ladet und zur Uebermittlung eines zweiten Zeichens vorbereitet. Würde nun die Taste
II
der Station
A
niedergedrückt, so würde dies in analoger Weise zu einem Ausschlage der Galvanometernadel (der Station
B
) im entgegengesetzten Sinne führen und hierauf wieder die Entladung des Systemes eintreten. Die Schrift- zeichen der zu übermittelnden Depesche werden aus den Ablenkungen der Galvano- meternadel nach der einen und der entgegengesetzten Richtung in derselben Weise zusammengesetzt wie bei der gewöhnlichen Morseschrift aus Strich und Punkt. Nach Absendung jeder Depesche stellt die Sendestation den Stromwender wieder in jene Lage zurück, in welcher er den Condensator mit dem Sprechgalvanometer ver- bindet.
Diese Methode der Depeschenübermittlung hat zwei Uebelstände: die Depesche wird durch die gebende Station nicht aufgezeichnet und die in die Empfangs- station übermittelten Zeichen sind keine bleibenden. Das Mitsprechen der gebenden Station erreicht man nun dadurch, daß man besonders construirte Doppeltaster verwendet, welche nicht nur die vorhin angegebene Stromgebung in das Kabel ermöglichen, sondern gleichzeitig auch einen Localstrom schließen, durch welchen die Kabeldepesche in der gebenden Station aufgezeichnet wird.
Die Beseitigung des zweiten Uebelstandes ist auch deshalb wünschenswerth, weil die ständige Beobachtung des auf der Scala hin- und herwandernden Licht- bildes sehr ermüdend wirkt. Das automatische Aufzeichnen der in der Empfangs- station einlangenden Depeschen erreichte man sowohl mit Zuhilfenahme der Photo- graphie als auch durch Anwendung einer Art höchst empfindlichen Relais. Die erste Methode beruht darauf, daß man die vom Galvanometerspiegelchen aus- gesandten Lichtstrahlen auf lichtempfindliches Papier leitet und daselbst durch chemische Zersetzung bleibende Zeichen hervorruft; die zweite Methode benützt die Strahlen derart, daß ihre Wärmewirkung ein gegen Temperaturdifferenzen sehr empfindliches In- strumentchen (ein Radiometer) in Bewegung setzt, welches dann entsprechende Schlüsse einer Localbatterie herbeiführt und dadurch einen Schreib-Apparat in Thätigkeit setzt.
Da man mit Spiegelgalvanometern auf den transoceanischen Kabeln nicht mehr er- reichen konnte als die Uebermittlung von 15 bis 17 Worten per Minute, so greift man in neuerer Zeit zur Anwendung anderer Apparate. Hierher gehören der
Heber-Schreib- Apparat
von W.
Thomson
, der
Undulator
von
Lauritzen
und der
Rußschreiber
von
Siemens
. Von diesen Apparaten wollen wir den
Heber-Schreib-Apparat
(oder
Siphon- Recorder
) von Thomson näher betrachten. Eine Darstellung des Gesammt-Apparates giebt Fig. 795. Die aus einer größeren Anzahl von Stahllamellen zusammengesetzten Schenkel
Sch
eines kräftigen Magnetes sind oben mit den Polschuhen
N
und
S
versehen; zwischen diesen schwebt das Drahträhmchen
s
, welches bei
x
und
y
(Fig. 796) an die Leitungen angeschlossen wird. Um das magnetische Feld, in welchem dieser Drahtrahmen schwebt, zu einem recht kräftigen zu machen, wird im Innern des Rahmens noch ein Stück weichen Eisens (
S N
) angebracht. Die Drahtwindungen hängen an dem Coconfaden
a
und werden durch die Coconfäden
b b
in der Weise in einer bestimmten Ruhelage erhalten, daß diese Fäden an ihren unteren Enden kleine Gewichtchen
g
(Fig. 795) tragen. Gelangt nun durch die Leitung ein Strom in die Drahtwindungen des Rähmchens, so wird dieses in der einen oder anderen Richtung gedreht, je nachdem der Strom das Rähmchen in der einen oder anderen Richtung durchfließt. Bei der beträchtlichen Stärke des magnetischen Feldes tritt eine derartige Bewegung schon bei sehr schwachen Strömen ein. Diese Bewegungen werden durch einen Coconfaden unter Vermittlung eines kleinen, leichtbeweglichen Hebels auf die Schreibvorrichtung übertragen.
Die Schreibvorrichtung besteht aus dem Glasheberchen
Si
, das mit seinem kürzeren Schenkel in das Farbgefäß
F
taucht und mit der feinen Spitze seines längeren Schenkels
Fig. 795.
W. Thomson’s Siphon-Recorder.
dem unter ihm sich langsam fortbewegenden Papierstreifen sehr nahe, aber ohne ihn zu berühren, gegenübersteht. Es entsteht daher eine gerade Linie so lange, als bei fortgesetzter Bewegung des Papierstreifens der Heber ruhig hängen bleibt, es entsteht aber eine Reihenfolge von Zickzack-Linien, wenn der Heber in Folge der Ablenkungen des Drahträhmchens durch elektrische Ströme seitlich verschoben wird. Aus diesen Zickzack-Linien, welche den durch die Drahtwindungen gesandten Strömen der einen und der andern Richtung entsprechen, wurde in der durch Fig. 97 dargestellten Weise ein telegraphisches Alphabet zusammengesetzt; vor dem
a
und hinter dem
z
ist ein Zeichen, welches „Verstanden“ bedeutet.
Was nun die Schreibvorrichtung selbst anbelangt, so muß bemerkt werden, daß es nicht zulässig erscheint, die Farbe einfach durch das Heberchen auf das Papier fließen zu lassen, da in dieser Weise keine deutlichen Zeichen zu erhalten wären. Man macht daher die Heberspitze so enge, daß die Schreibtinte in Folge der Haarröhrchenwirkung nicht von selbst ausfließen kann. Dies wird erst, wenn der Apparat schreiben soll, durch Elektrisirung der Tinte bewirkt. Dazu dient die sogenannte „Mühle“. Diese bildet die Combination eines elektromagnetischen Motors einfachster Art mit einer Influenzmaschine. Auf der Hartgummi- scheibe der letzteren sind nämlich Metallspeichen, welche an ihren äußeren Enden Eisenstücke tragen, radienförmig befestigt. Unterhalb dieses Rades befindet sich ein Elektromagnet, in dessen Drahtwindungen der Strom einer Batterie automatisch abwechselnd geschlossen und unterbrochen wird, was die Anziehung der aufeinander folgenden Eisenstücke und daher die Rotation des Rades veranlaßt. Letzteres ist von zwei halbcylindrischen Metallmänteln um-
Fig. 796.
Rähmchen.
geben, deren einer anfänglich elektrisirt wird. Setzt man hierauf den Apparat in Gang, so erfolgt die fortwährende Erregung von Influenzelektricität durch Wechselwirkung zwischen den Metallmänteln und dem Rade in der uns bereits be- kannten Weise (vergl. Influenzmaschinen S. 105). Der negative Pol dieser Influenzmaschine ist, wie auch die Walze, auf welcher der Papierstreifen unterhalb des Hebers aufliegt, mit der Erde in Verbindung. Vom positiven Pole aus gelangt die Elektricität unter Vermittlung der Platte
k
in das Farb- gefäß und in den Heber. Die Flüssigkeit im Heber ist sonach stets positiv und die Walze unterhalb des Papierstreifens stets negativ elektrisch. Es geht daher von der Heberspitze zur Papierrolle ein fortdauernder Funkenstrom, welcher Tinten- tröpfchen mitnimmt und auf den Papierstreifen schleudert. Der Elektromotor dient auch gleichzeitig dazu, um unter Ver- mittlung des Schnurlaufes
L
und der dazu gehörigen Räder den Papierstreifen zu bewegen.
Das Schaltungsschema zweier mit Siphon-Recordern ausgerüsteter Kabelstationen zeigt Fig. 798. Die Batterien
B B
' der Stationen
I
und
II
sind mit Doppeltastern verbunden, von welchen aus die Leitungen über die Umschalter
U U
' zu den Recordern führen. Die Contacte auf den Ebonitstücken
m m
' der Umschalter sind mit den Klemmen
T
3
verbunden, die Contacte 1, 2 und 3 der Ebonitstücke
n n
' stehen mit den Tastern und der Erde in Ver-
Fig. 797.
Kabel-Schrift.
bindung, wie dies die Figur deutlich erkennen läßt. Mit
s
1
s
2
sind die Drahträhmchen und mit
C
1
C
2
die Condensatoren bezeichnet. Will
I
mit
II
sprechen, so wird der Umschalter der Station
I
auf den Contact 3 bei
n
gestellt, während der Umschalter in der Station
II
in der Ruhelage auf 1 verbleibt. Wird in Station
I
die untere Taste niedergedrückt, so schlägt ein positiver Strom vom Kupferpole (dem langen Strich links) der Batterie
B
aus folgenden Weg ein: Durch die untere Taste in den Contact 3 bei
n
nach
U
und theilt sich dort in zwei Zweige; der eine Zweig geht durch den Umschaltehebel über den Contact auf
m
nach
T
3
, der andere fließt nach
T
1
, wo er sich wieder in zwei Zweige theilt, deren einer durch das Rähm- chen
s
1
fließt und die Aufzeichnung der Depesche in der Absendestation bewirkt, deren anderer über den veränderlichen Widerstand
T
1
T
2
zum Condensator
C
1
abfließt. Da die Widerstände dieser beiden Zweigströme bedeutend größer sind als der Widerstand des Stromzweiges nach
T
3
, so fließt durch
s
1
nur ein schwacher Strom, der gerade noch zur Aufzeichnung der De- pesche hinreicht, während der Hauptstrom zum Condensator fließt.
Zwischen
C
1
und
C
2
erfolgen dann dieselben Vorgänge, die wir bei Fig. 794 be- sprochen haben. In der Station
II
gelangt ein positiver Strom nach
T
2
, fließt durch das Rähmchen
s
2
und von hier über
T
1
U
' und den Contact 1 von
m
' in den Doppeltaster; da dessen beide Tasten an der oberen (rechten) Querschiene ruhen und die untere Taste mit der Erdleitung
E
' in Verbindung steht, findet der Strom durch den Taster seine Ableitung zur Erde. Das Durchfließen eines positiven Stromes durch das Rähmchen
s
2
hat dieses in be- stimmter Richtung abgelenkt und durch Einwirkung auf den Heber eine entsprechende Curve auf das Papier gezeichnet, also ein Zeichen gegeben. Wird nun aber die obere Taste in der Station
I
niedergedrückt, so wird hierdurch der positive Kupferpol (langer Strich links) der Batterie
B
mit der Erdleitung
E
verbunden und nun kann vom negativen Zinkpole (dicker kurzer Strich rechts) ein Strom den vorbeschriebenen Weg über den Contact 3 auf
n
zum Condensator
C
1
einschlagen. Vom Condensator
C
2
wird nun aber ein negativer Strom durch das Rähmchen
s
2
fließen und dieses muß daher eine zu der früheren entgegengesetzte Bewe- gung machen, also auch den Heber veranlassen, eine entgegengesetzt gerichtete Curve zu zeichnen. In welcher Weise aus der Combinirung der Curven die Schriftzeichen gebildet werden, ist aus der Fig. 797 zu ersehen. Dem fügen wir nur noch bei, daß Thomson’s Recorder eine Leistung von 30 Worten per Minute (auf einem 600 bis 700 Kilometer langen Kabel)
Fig. 798.
Schaltung zweier Kabelstationen.
erreicht und außer auf vielen anderen Linien namentlich auf dem weitverzweigten Kabelnetze der Eastern Telegraph Company in Verwendung steht.
Einer sehr häufigen und ausgedehnten Anwendung erfreut sich die Elek- tricität in der
Haus- und Hotel-Celegraphie.
Die hierbei gebräuchlichen Appa- rate sind sehr einfacher Construction, da die an sie gestellten Anforderungen in der Regel blos auf die Abgabe weniger Zeichen beschränkt sind. Der Betrieb der- artiger Anlagen, der sowohl ein Ruhestrom- als auch ein Arbeitsstrom-Betrieb sein kann, erfolgt im ersteren Falle zweckmäßig durch Meidinger-Elemente und im letzteren Falle mit Elementen von Leclanch
é
. Als Stromsender verwendet man einfache Taster, als Empfänger nur Klingelwerke oder solche verbunden mit optischen Signalen.
Häufig benützte
Tasterformen
sind in Fig. 799 abgebildet. Der Druck- taster besteht aus der Grundplatte
A
mit den Contactfedern
f f
', welche bei
a
und
b
durch Schrauben befestigt sind und der darüber geschraubten Kapsel
B
, aus deren Durchbohrung der Druckknopf
c
herausragt. Die Federn
f f
' werden aus Stahl- oder Neusilberblech angefertigt und dürfen nur mit den durch die Löcher
a
und
b
geführten Leitungsdrähten in leitender Verbindung stehen. Unter Beobachtung dieses Umstandes können die übrigen Bestandtheile des Tasters aus beliebigem Materiale hergestellt werden. Die in der Mitte sich überkreuzenden Federn, auf deren oberer der Druckknopf
c
aufruht, der durch seine tellerförmige Verbreiterung gehindert wird, aus der Kapsel (
B
) herauszufallen, stehen untereinander in keiner Berührung; eine solche wird vielmehr erst dann hergestellt und der Schluß des Stromkreises
Fig. 799.
Taster.
bewirkt, wenn man den Druckknopf hineindrückt. In der Fig. 799 ist auch eine hängende Taste mit drei Druckknöpfen
I II III
abgebildet, von welcher aus die Leitungen, umhüllt von einer Seidenumspinnung, weitergeführt werden. Soll die Anlage mit Ruhestrom betrieben werden, so ist auf der Grundplatte
A
nur eine Feder
f
befestigt, die sich im Ruhezustande an einen etwa bei
f
angebrachten, sie übergreifenden Contactwinkel lehnt, der mit dem einen Leitungsdrahte in Ver- bindung steht, während der andere Draht an die Feder angeschlossen ist; drückt man den Druckknopf
c
hinein, so wird die Feder niedergedrückt, der Contact mit dem übergreifenden Contactwinkel aufgehoben und in dieser Weise der Strom unterbrochen.
Als Empfänger verwendet man gewöhnlich sogenannte
Rasselglocken
, seltener Glocken mit einfachem Schlage. Die Rasselglocken sind Klingel mit Selbst- unterbrechung, wie wir solche bereits kennen gelernt haben. (Fig. 776, Seite 1021; auch die Seite 921 beschriebene Glocke kann vortheilhaft benützt werden, wobei dann der Taster natürlich durch den Inductor ersetzt wird.) Die Glocken mit ein- fachem Schlage unterscheiden sich von den Rasselglocken dadurch, daß sie keine Contactvorrichtung besitzen, welche nach dem Anziehen des Ankers den Strom wieder unterbricht, abermals schließt u. s. w., so lange der zugehörige Taster niedergedrückt bleibt. Sie giebt daher bei einmaligem Niederdrücken des Tasters auch nur einen Glockenschlag, während die Rasselglocke so lange tönt, als der Taster niedergedrückt bleibt. In Localen, wo starker Lärm herrscht, empfiehlt sich die Anwendung von Doppelklingeln. Bei diesen befindet sich der den Klöppel tragende Anker zwischen den Polen zweier Magnete und ist mit zwei Contacten versehen,
Fig. 800.
Fig. 801.
Klingel-Schaltungen.
von welchen der eine mit den Draht- windungen des einen, der andere mit den Drahtwindungen des zweiten Elektromagnetes in Verbindung steht. Da die Windungszahl der beiden Magnete ungleich ist, wird der Anker bei Stromschluß zunächst von jenem Magnete angezogen, der die größere Anzahl von Windungen besitzt. Hierdurch wird der dazu gehörige Contact unterbrochen und durch Zurückgehen des Ankers der Con- tact für den zweiten Magnet ge- schlossen, der nunmehr den Anker anzieht und so den Contact für den ersten Magnet unterbricht u. s. w. Da nun dem Klöppel auf beiden Seiten Glocken gegenübergestellt sind, schlägt ersterer abwechselnd auf die letzteren.
Die Verbindung der Klingel und des Tasters mit der Batterie gestaltet sich sehr einfach, wenn man nur wünscht, von einer bestimmten Stelle aus an eine bestimmte Stelle ein Glockenzeichen zu geben, also die Möglichkeit einer Rück- antwort nicht gewünscht wird. Man verbindet einfach einen Pol der Batterie mit einer Feder des Tasters, von dessen zweiter Feder der Leitungsdraht zu dem Klingelwerke führt, dessen zweite Klemme mit dem zweiten Pole der Batterie in Verbindung steht. An Stelle der Rückleitung kann natürlich auch die Erdleitung treten. Bei sogenannten
Correspondenzleitungen
, wo sowohl von
I
nach
II
, als auch von
II
nach
I
Glockenzeichen gegeben werden können, gestaltet sich die Verbindung für Ruhestrombetrieb in der durch Fig. 800 dargestellten Weise; hier stellen
T T
die Ruhestromtaster und
G G
die Klingel dar, welche in den Strom- kreis der Batterie
L B
eingeschaltet sind. Eine Schaltung für Arbeitsstrom zeigt Fig. 801, die wohl keiner näheren Erklärung bedarf.
Ist die Empfangsstation mit mehreren oder vielen Zeichengebern verbunden, wie dies z. B. in Hotels der Fall ist, so muß dem Glockenzeichen noch ein optisches Signal beigegeben werden, welches anzeigt, woher der Weckruf kommt. Um diesen Zweck zu erreichen, verbindet man die Glocke mit einem
Tableau-Anzeiger
. Während man früher Nadel-Telegraphen
Fig. 802.
Fallscheibe von Br
é
guet.
hierzu in Anwendung brachte, benützt man gegenwärtig fast ausschließlich Tableau- Anzeiger mit
Fallscheiben
; die
Br
é
guet
- sche Construction derselben zeigt Fig. 802. Oberhalb des Elektromagnetes
M
schwebt der durch die Federn
f
gehaltene Anker
A
, der an seinem freien Ende mit einem Haken versehen ist. In diesen greift die Nase
n
des um
o
drehbaren Bleches
S
ein und wird dadurch in ihrer verticalen Lage festgehalten, so lange der Magnet stromlos bleibt. So- bald aber ein Strom dessen Drahtwindungen durchfließt, bewegt sich der Anker in Folge der auf ihn ausgeübten Anziehung nach abwärts, hebt dadurch den Eingriff der Nase auf und läßt die Blechscheibe
S
herabfallen. In dem Tableaukasten
T
(Fig. 803) sind so viele derartige Apparate angebracht, als Taster mit der Batterie
B
und der Glocke
G
verbunden sind. Die Drahtenden
a
dieser Elektromagnete stehen einzeln durch die Klemmen
K
1
bis
K
5
mit den Tastern in Verbindung, während die Drahtenden
b
gemeinsam zu der Klemme
K
6
geführt sind. Von hier aus geht ein Draht zum Klingelwerk
G
, dessen zweiter Draht mit einem Pole der Batterie verbunden
Fig. 803.
Br
é
guet’s Tableau-Anzeiger.
ist. Der andere Batteriepol steht mit den zweiten Contacten der Taster in Verbindung. Wird nun also z. B. der dritte Taster niedergedrückt, so ertönt die Glocke und gleichzeitig fällt die betreffende Blechscheibe durch eine in dem Kasten oberhalb der Nummer 3 angebrachte Spalte heraus. Die Scheibe wird, wenn das Signal vernommen wurde, von der durch dasselbe herbeigerufenen Person durch einfaches Hineindrücken wieder in ihre Ruhelage gebracht.
Häufig ist der Tableau-Anzeiger auch derart eingerichtet, daß die herabfallende Scheibe die betreffende Nummer durch ein Glasfensterchen sichtbar werden läßt. Eine derartige, von
Hagendorff
ausgeführte Construction zeigt Fig. 804. Der Elektromagnet
M M
ist an der Wand
T
des Gestelles festgeschraubt; der Anker
A
wird durch eine Feder
f
gehalten, die an einem Ansatze der Wand
T
1
befestigt ist. An dem Stücke
P
ist der Winkelhebel
h h
1
drehbar angebracht, dessen Arm
h
das Zifferblatt trägt und in der Ruhelage vertical steht. Er wird in dieser Stellung dadurch erhalten, daß die Nase
n
des Hebelarmes
h
1
in den Stift
o
des Ankers einschnappt. (Das Zurückweichen des Ankers von dem Magnete wird durch den Stift
p
begrenzt.) Fließt jedoch durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes ein Strom, so wird der Anker angezogen und dadurch der Stift
o
außer Eingriff mit der Nase
n
gebracht. Die Schwere des Hebelarmes
h
1
bewirkt dann eine derartige Drehung des Winkel- hebels, daß die Nummernscheibe hinter dem Glasfensterchen des Tableaukastens zum Vor-
Fig. 804.
Fallscheibe von Hagendorff.
schein kommt. Der Winkelhebel wird nach Unterbrechung des Stromes durch die Zugstange
Z
wieder in seine Ruhelage gebracht. Diese ist nämlich mit dem aus der rechten Seitenwand des Tableaukastens herausragenden Knopfe
K
verbunden, so daß durch Anziehen an dem Knopfe die Zugstange von links nach rechts bewegt wird. Hierbei erfassen die Ausschnitte
a
mit ihrer linken Seite die an den Winkelhebeln
h h
1
befestigten Stäbchen
r
der herabgefallenen Nummernscheiben und drehen dadurch diese wieder in ihre Ruhelage zurück; die Nasen
n
schnappen dann neuerdings in die Stifte
o
der Anker ein, da auf letztere keine Anziehungs- kraft mehr wirkt. Der in dem Ausschnitte
b
der Stange
Z
bei
s
sichtbare Stift begrenzt die Bewegung der Stange beim Herausziehen durch die Hand und bei ihrem hierauf durch die Feder
f
bewirkten Rückgange.
Beabsichtigt man nicht nur einzelne Zeichen zu geben, sondern will man jede beliebige Depesche zu übermitteln im Stande sein, so wird man dies am einfachsten wohl durch Einrichtung einer Telephon-Doppelstation, wie solche weiter oben beschrieben wurden, erreichen. Hin und wieder werden für solche Zwecke auch noch Zeiger-Telegraphen der einen oder andern Form verwendet.
Auch
automatische Welde-Apparate
kommen nicht selten zur Anwendung. Man bezweckt dadurch die selbstthätige Abgabe eines optischen oder akustischen Signales, wenn eine Thüre oder ein Fenster geöffnet, etwa eine bestimmte Diele von fremden Personen überschritten wird, wenn man das Schloß einer Thüre von einem entfernten Punkte aus öffnen will, wenn das Steigen oder Fallen der Temperatur in bestimmten Räumen über oder unter eine gewisse Grenze fortschreitet, wenn der Wasserstand von Kesseln, Reservoirs oder auch von Flüssen unter oder über eine gewisse Grenze geht, wenn in gewissen Räumen Feuer ausbricht u. s. w.
Das Oeffnen von Thüren kann z. B. unter Vermittlung sogenannter
Thür- contacte
, welche mit einer Klingel (an der gewünschten Stelle) in den Strom- kreis einer Batterie geschaltet sind, angezeigt werden. Zwei solcher Contacte sind in Fig. 805 abgebildet; die Metallplatte
A A
ist in den Thürstock so weit ein- gelassen, daß die Fläche
A A
mit der Fläche des Thürstockes in eine Ebene fällt. An der Innenfläche dieser Platte, die bei
a
mit einem Leitungsdrahte verbunden
Fig. 805.
Thür-Contacte.
wird, ist von dieser isolirt ein Contactplättchen
c
an- gebracht, von welchem aus der zweite Leitungsdraht
b
weitergeführt wird. Am oberen Ende der Platte
A
und gleichfalls auf ihrer Innenfläche ist die Feder
f
auf- geschraubt. So lange die Thüre geschlossen bleibt, drückt die Kante derselben den isolirten Knopf
K
durch eine entsprechende Bohrung in der Platte
A A
so gegen die Feder
f
, daß diese außer Contact mit dem Plättchen
c
steht. Wird jedoch die Thüre geöffnet, so drückt die Feder
f
den Knopf
K
heraus und kommt mit ihrem freien Ende in Contact mit dem Plättchen
c.
Der Stromschluß ist dadurch über
a
,
A A
,
f
,
c
und
b
hergestellt und die Klingel tönt so lange, so lange die Thüre geöffnet bleibt.
Soll das Oeffnen der Thüre hingegen nur durch ein kurzes Signal angemeldet werden, so verwendet man nicht den eben beschriebenen Contact, sondern einen
Schleifcontact
, wie einen solchen der rechte Theil der Figur darstellt. An dem Metallwinkel
c d
ist die Feder
b
mit dem abgerundeten Hornstücke
K
befestigt; parallel zu dieser Feder ist die Feder
a
angebracht und jede der Federn mit einem Leitungsdrahte verbunden. Die ganze Vorrichtung wird derart an dem Thürstocke befestigt, daß eine Kante der auf- oder zugehenden Thüre über das Hornstück
K
schleifen muß. Eine mit dieser Contactvorrichtung verbundene Klingel wird daher so lange läuten, als durch das Darüberschleifen der Thürkante über den Knopf
K
die Feder
b
niedergedrückt und mit
a
in Berührung bleibt.
In gleich einfacher Weise lassen sich Klingelwerke, Signalscheiben u. s. w. auch durch Tretcontacte betreiben; ebenso kann durch das Oeffnen einer Thüre z. B. ein Licht angezündet werden. Die Herstellung eines Contactes beim Thüröffnen hat dann den Stromkreis einer großplattigen Batterie über eine Spirale sehr dünnen Platindrahtes zu schließen, welche unmittelbar über einer Ligroinlampe angebracht ist; der Platindraht kommt dadurch zum Glühen und entzündet die Ligroindämpfe. Es ist einleuchtend, daß man sich bei einiger Kenntniß der elek- trischen Erscheinungen die mannigfachsten automatisch wirkenden Vorrichtungen selbst schaffen kann.
Etwas genauer wollen wir jedoch noch einige Apparate betrachten, welche automatisch das Ueberschreiten einer vorher bestimmten Temperatur jenes Raumes, in welchem sie aufgestellt sind, anzeigen. Werden diese Automaten für höhere Temperaturen eingestellt, beziehungsweise construirt, so dienen sie dann eben als
automatische Feuermelder.
Die einfachste Art der letzteren wirkt wieder in der Weise, daß durch sie im gegebenen Falle ein Läutewerk in Thätigkeit gesetzt wird. Man kann dies z. B. so bewirken, daß man in dem zu schützenden Raume Hanffäden mit einem Ende befestigt und durch ein Metallgewicht am zweiten Ende gespannt erhält. Kommen solche Fäden mit Flammen in Berührung, so brennen sie natürlich ab, und die sie spannenden Metallgewichte fallen auf darunter an- gebrachte Taster, durch deren Schluß der Alarm-Apparat in Thätigkeit gesetzt wird. Von verschiedenen Seiten wurde vorgeschlagen, die
Bühnen
und
Schnür- böden
unserer Theater mit einem förmlichen Netze solcher Fäden zu versehen und die betreffenden Contacte nicht nur mit Alarmglocken, sondern auch mit Auslöse- vorrichtungen zum automatischen Herablassen der eisernen Courtine, zum Oeffnen der Wasserwechsel, zum Oeffnen einer großen Dachluke oberhalb der Bühne u. dgl. zu benützen. Wir glauben jedoch hierzu bemerken zu sollen, daß der Werth derartiger Einrichtungen ein höchst zweifelhafter ist. Abgesehen davon, daß die Anbringung eines solchen Fadennetzes in einem ohnehin schon durch Seile, Schnüre, Rollen, Decorationsstücke u. s. w. überladenen Raume auf mancherlei Schwierigkeiten stoßen würde, könnten gerade diese Sicherheitsvorrichtungen Anlaß zu großem Unglücke geben. Da die Fäden, wenn sie überhaupt ihren Zweck erfüllen sollen, nicht an geschützten Stellen, sondern überall, wo Feuersgefahr eintreten könnte, angebracht sein müßten, so könnte nur zu leicht durch irgend einen Zufall die Zerstörung eines oder mehrerer Fäden eintreten. Die Folge wäre dann das Niedergehen eines Platzregens auf die Schauspieler, das Herabfallen der Eisencourtine und jedenfalls eine allgemeine Panik.
Wie zahlreiche Fälle gezeigt haben, ist ein Theater fast ausnahmslos ganz verloren, wenn einmal auf der Bühne oder am Schnürboden Feuer ausbricht. Es ist dies nur zu begreiflich, wenn man bedenkt, daß der mit brennbaren Stoffen übervoll behängte Raum allabendlich der Erhitzung durch eine Unzahl von Gas- flammen ausgesetzt ist und so gewissermaßen systematisch zum Verbrennen präparirt wird. Wird die Entzündung nicht im Momente des Entstehens selbst bemerkt und die Flamme ebenso schnell gelöscht als sie entstanden ist, so ist gewöhnlich nichts mehr zu retten; daran dürften auch Automaten obiger Art wenig ändern.
Theater und ähnliche Locale können unserer Ansicht nach gegen Feuersgefahr durch keinerlei Mittel gesichert werden, welche bezwecken, den bereits
eingetretenen
Brand anzuzeigen oder zu bekämpfen, sondern nur durch solche, welche das
Ent- stehen
des Brandes so sehr als möglich erschweren. Hierher gehören die baulichen Dispositionen und inneren Einrichtungen, also z. B. die Verwendung von Eisen- traversen an Stelle von Holzbalken, von Drahtseilen an Stelle der Hanfseile u. s. w. Vor allem Anderen aber sind jede Art offener Flammen aus dem Theater zu ver- bannen; da diese Forderung gegenwärtig durch Anwendung des elektrischen Glüh- lichtes ausführbar erscheint,
Vergleiche auch Seite 725 u. f.
wird sie über kurz oder lang von den hierzu beru- fenen Organen wohl auch aufgestellt werden müssen; aber allerdings werden dann ebenso bündige, wie stricte Vorschriften für die Herstellung derartiger Anlagen auf- zustellen sein, um nicht etwa durch die Arbeit unverständiger Hände neue Gefahren heraufzubeschwören.
Mit Obigem soll jedoch keineswegs gesagt werden, daß alle Schutzmittel gegen den bereits ausgebrochenen Brand wegbleiben können, sondern nur, daß von allen Schutzmitteln die ersteren die wichtigsten und wirksamsten sind. Da aber eine ab- solute Sicherheit überhaupt in keiner Weise zu erzielen sein dürfte, so darf auch bei Anwendung der ersterwähnten Schutzmittel von den letztgenannten keineswegs Umgang genommen werden.
Anders gestalten sich die Verhältnisse für Räume, in welchen sich nicht Tau- sende von Personen, oft enge aneinandergedrängt, aufhalten, in welchen sich viel-
Fig. 806.
Automatischer Feuer-Anzeiger von Fein.
mehr nur verhältnißmäßig wenige Personen befinden, welche nur zeitweise von Personen betreten werden oder in welchen die Feuersgefahr auf bestimmte Stellen oder Objecte beschränkt ist. Hier, also z. B. in Fabriken, Magazinen u. s. w. werden Automaten gewiß sehr gute Dienste leisten. Wir beschreiben daher nach- stehend einen sehr einfachen Apparat, der von W. F.
Fein
construirt wurde und auf dem Schmelzen einer Substanz beruht, deren Schmelzpunkt eben bei jener Temperatur liegt, welche an der betreffenden Stelle nicht überschritten werden soll.
An dem Messingrohre
M
(Fig. 806) ist bei
H
ein Ebonitring befestigt, durch welchen die Contactschraube
b
, isolirt von
M
, eingeführt ist. Durch das Zwischenstück
z
wird der Ansatz der Röhre
r
vermittelt, welche an ihrem unteren Ende bei
c
einen Ausschnitt besitzt. Beide Röhren durchsetzt ein an dem Knopfe
K
befestigter und in den Röhren verschiebbarer Stab, welcher bei
f
mit einer Con- tactfeder versehen ist. Der Stab endet bei
c
in einen Stempel, welcher durch Herabdrücken des Knopfes
K
auf den Cylinder
S
aufgesetzt wird; dieser Cylinder besteht aus dem abzuschmelzenden Materiale.
Die Wahl desselben ist durch die Temperatur bestimmt, bei welcher man das Fungiren des Apparates verlangt. So würde z. B. Kupfer bei 1090°, Cadmium bei 500°, Blei bei 334°, Schwefel bei 115°, Stearinsäure bei 70°, Talg bei 40° C. u. s. w. schmelzen.
Werden die Drahtenden eines die Batterie und die Alarmvorrichtung enthaltenden Stromkreises einerseits mit der isolirten Klemme
b
, andererseits mit der Metallmasse des Apparates durch die Schraube
e
verbunden, so ertönt das Alarmsignal, sobald der Cylinder
S
abschmilzt. Dann gleitet nämlich der Stab
K
, unterstützt durch den Druck der Spiralfeder, im Rohre
r
herab und stellt zwischen der Schraube
b
und der mit den übrigen Apparatentheilen in Verbindung stehenden Feder
f
einen Contact her.
Hat das zu schützende Object irgendwelche nennenswerthe Ausdehnung, so schaltet man in den Alarmstromkreis nicht einen, sondern natürlich eine entsprechende Anzahl entsprechend vertheilter Apparate ein, wobei die Schaltung in der durch Fig. 807 skizzirten Weise erfolgen kann.
Soll in der Alarmstation auch der Ort des alarmirenden Automaten an- gezeigt werden, so müßte die Klingel mit einer den vorbeschriebenen Tableau-Anzeigern ähnlichen Vorrichtung in entsprechender Schaltung verbunden werden. Ebenso wie
Fig. 807.
Schaltung der Feuer-Anzeiger.
das Schmelzen eines bestimmten Materiales, kann auch das Steigen des Queck- silbers in einem Thermometer zur Signalgebung benützt werden, indem man in das Thermometerrohr an der gewünschten Stelle einen Plattindraht einschmilzt, der den Stromschluß herstellt, sobald das Quecksilber ihn erreicht hat; in ähnlicher Weise können auch Metallthermometer hierzu Verwendung finden.
Eine andere Art automatischer Feuermelder hat nicht den Zweck, den Aus- bruch eines Brandes überhaupt anzuzeigen, sondern soll vielmehr auch ununter- richtete Personen befähigen, entsprechende Meldungen an die Centrale einer Feuer- wehr absenden zu können. Ein einfacher Druck oder die Drehung einer Kurbel soll genügen, um der Feuerwehr den Standort, von welchem aus die Meldung erfolgt und auch die Art des Feuers mitzutheilen, eventuell auch einer unterrichteten Person ermöglichen, mit der Centrale in telegraphische Correspondenz zu treten. Als Beispiel eines solchen Apparates beschreiben wir den
automatischen Feuer- melder von B. Egger
in
Wien,
wie er von der Commune Wien für das öffentliche Feuer-Telegraphennetz acceptirt wurde.
Fig. 808 zeigt eine Vorderansicht nach abgenommener Thüre und eine Seitenansicht des Werkes. Aus ersterer ist zu ersehen, daß der Automat fünf Taster besitzt, welche durch die beigesetzten Worte: „Rauchfangfeuer, Dachfeuer, Zimmerfeuer, Kellerfeuer und Controle“ bezeichnet sind. Auf den Zweck des links oben angebrachten Tasters werden wir weiter unten noch zu sprechen kommen. Im unteren Theile des Kastens befindet sich die Glocke
u
, ein Morsetaster
W
und die Blitzplatte
v
. Die Seitenansicht läßt erkennen, daß der ganze Raum des Kästchens durch die von den Trägern
c c
.. und der Wand
b b
getragenen vier Platten
a
in drei Etagen getheilt wird. Die Einrichtung der untersten wurde bereits beschrieben; die oberste enthält ein Räderwerk mit Windflügel und die Einrichtung der mittleren läßt sich
Fig. 808.
B. Egger’s Feuerautomat.
aus dieser Seitenansicht im Vergleiche mit Fig. 809 (einem Querschnitte, dessen Lage durch den der Seitenansicht beigesetzten Pfeil gekennzeichnet ist) ersehen, welche die für alle 5 Taster gleiche Einrichtung eines solchen Tasters zeigt. Der Taster
d
, der bei
f
seinen Drehpunkt hat, wird durch eine an der Wand
b b
befestigte Feder
p
stets gegen die Vorderwand des Kastens gedrückt. Er ist durch ein Gelenk mit dem Arme
e
verbunden, dessen Führung beim Hinein- drücken des Tasters durch einen entsprechenden Ausschnitt der Platte
b b
besorgt wird. Das Ende dieses Armes ruht auf dem Daumen des um
g
drehbaren Sectors
h
, der an seiner Peripherie mit den Morsezeichen für das durch die betreffende Taste zu gebende Wort
en relief
versehen ist. Der um
i
drehbare Hebel
k
steht diesem Sector derart gegenüber, daß das drehbare Winkelstück
l
an seinem Ende mit der Spitze die Peripherie berührt. An demselben Hebel ist auch durch einen Ansatz die mit Platincontact versehene Feder
o
befestigt, welche im Ruhezustande an der Contactschraube
m
anliegt und in dieser Stellung durch
die
auf
k
wirkende Feder
F
erhalten wird. Im mittleren Raume des Kastens hängt ferner noch das Gewicht
r
, welches, an Gleitstangen geführt, die Bewegung des Räderwerkes zu besorgen hat.
Urbanitzky
: Elektricität. 67
Wird der Taster
d
hineingedrückt, so dreht sich der Sector
h
unter Einwirkung des Armes
e
in die punktirt gezeichnete Lage und hebt unter Vermittlung der Axe
g
und des Räderwerkes in der obersten Etage des Kastens das Gewicht
r
. Der Hebel
k
bleibt hierbei in Ruhe und erhält den Contact der Feder
o
mit
m
, weil der Winkel
l
bei dieser Drehung des Sectors sich gleichfalls drehen und dadurch den Zähnen der Peripherie ausweichen kann. Läßt man hierauf die Taste los, so wird sie durch die Feder
p
wieder nach vorne gedrückt
Fig. 809.
Feuer-Antomat.
und dadurch der Arm
e
wieder in die ursprüngliche Lage gebracht. Er drückt daher nicht mehr auf den Daumen
s
und der Sector
h
bewegt sich unter Einwirkung des sinkenden Gewichtes
r
, dessen Gang durch das Räderwerk mit dem Windflügel zu einem gleichmäßigen gemacht wird, ebenfalls wieder in seine Ruhelage zurück (in der durch den beigesetzten Pfeil angedeuteten Richtung). Bei dieser Bewegung des Sectors kann nun der Winkel
l
nicht mehr durch Drehung ausweichen, sondern muß vielmehr genau den Erhöhungen und Vertiefungen auf der Peripherie des Sectors folgen. Dadurch geräth der Hebel
k
und daher auch die Feder
o
in vibrirende Bewegung, durch welche abwechselnd bei
m
und
n
Contact gegeben wird. Nun ist aber, wie wir aus der Schaltungsskizze (Fig. 810) ersehen werden, der Contact
n
mit der Stromleitung verbunden und ebenso der Hebel
k
, woraus folgt, daß jede Be- rührung der Feder
o
mit
n
einen Strom absenden muß; alle diese Ströme zusammen werden aber in der Empfangsstation das der niedergedrückten Taste beigesetzte Wort durch den dort aufgestellten Morseschreiber erzeugen, weil eben der Sector den betreffenden Zeichen entsprechend ausgeschnitten ist. Somit ist also die gewünschte Meldung durch einfaches Niederdrücken der Taste automatisch in die Centrale gesandt worden.
Fig. 810.
Schaltung des Feuer-Automaten.
Der Absender erhält über die thatsächlich erfolgte Absendung der Depesche durch die in denselben Stromkreis geschaltete Glocke Gewißheit. Da die zu den fünf Tasten gehörigen Sectoren alle auf der gemeinschaftlichen Drehaxe
g
aufsitzen, muß ihre Verbindung mit derselben derart bewirkt werden, daß sich beim Niederdrücken einer Taste immer nur der zugehörige Sector allein bewegt. Zu diesem Behufe sind die Sectoren durch gut passende Muffen auf die Axe aufgeschoben, von welchen jede mit einem Ausschnitte versehen ist, durch welchen die Axe sichtbar wird. Auf der Axe ist innerhalb eines jeden solchen Ausschnittes ein Stift
s
(Fig. 809) befestigt, und somit wird ein Sector nur dann durch die Drehung der Axe
g
mitgenommen, wenn sich der betreffende Stift gegen den Ausschnitt anlegt. Es ist einleuchtend, daß durch entsprechende Anordnung dieser Ausschnitte und der dazu gehörigen Stifte immer nur die Bewegung eines einzigen Sectors leicht erreicht werden kann.
Die Empfangsstation ist ausgerüstet mit einer Blitzplatte
B
(Fig. 810), einem Relais
R
, dem Galvanometer
G
, dem Wecker
W
, dem Morseschreiber
M
, dem Taster
T
, der Linien- batterie
L B
und den Localbatterien
O B
.
Wird der Taster
W
des Automaten niedergedrückt und wieder losgelassen, so fließt von der Linienbatterie
L B
aus ein Strom über
T
, das Galvanometer
G
, Relais
R
und die Blitzplatte
B
durch die Linienleitung zu dem Automaten, geht durch dessen Blitzplatte
v
zum Contact
n
und, so oft dieser mit der Feder
o
in Berührung kommt, über diese, den Hebel
k
und die Glocke
n
zur Erde
E
; der zweite Pol der Linienbatterie
L B
ist gleichfalls an die Erde gelegt. Der das Relais
R
durchfließende Strom schließt nun einerseits den Stromkreis der Localbatterie
O B
des Morseschreibers
M
und bewirkt andererseits das Abfallen der Fallscheibe
F
, wodurch der Stromkreis der Klingel
W
(mit Selbstunterbrechung) geschlossen wird. Nun können wir auch die Bedeutung des Tasters
t
, auf den schon früher hingewiesen wurde, einsehen. Er dient nämlich dazu, um durch Herstellung einer Erdleitung der Empfangs- station die Abgabe eines Rücksignales zu ermöglichen. Wie die Figur zeigt, ist nämlich durch Niederdrücken des Tasters
t
eine Ruhestromleitung (von
L B
über
T
,
G
,
R
,
B
,
v
,
t
,
u
und
E
) hergestellt, in welcher durch Niederdrücken des Tasters
T
Stromunterbrechungen, also Signale ermöglicht werden.
Von den beschriebenen Feuerautomaten waren bereits im Jahre 1881 gegen 100 Stück aufgestellt, die seither ohne irgend welche Störung fungiren. Die Benützung derselben ist in die Hände der Sicherheitswache gelegt; der in ihrem Besitze befindliche Schlüssel öffnet jedoch nur die äußere Thüre, wodurch die fünf Taster zugänglich werden, während der besondere Verschluß, unter welchem die unterste Etage des Automaten steht, nur von den Organen der Feuerwehr, welche des Telegraphirens kundig sind, geöffnet werden kann.
Eine weitere specielle Anwendung der Telegraphie ist die
Zeit-Telegraphie,
eine Anwendung, deren Bedeutung von Tag zu Tag steigt. Abgesehen von der Wichtigkeit einer genauen Zeitbestimmung für wissenschaftliche Zwecke, verlangen auch z. B. die täglich dichter werdenden Eisenbahnnetze genaue und übereinstimmende Zeitangaben. Die Apparate, welche in der Zeit-Telegraphie zur Anwendung gelangen, bezeichnet man gewöhnlich als
elektrische Uhren
. Die Elektricität kann bei diesen im Allgemeinen in drei Formen zur Anwendung gelangen: 1. Sie wird dazu benützt, die Angaben einer
Normaluhr
, ohne Anwendung irgend welcher anderweitigen Triebkraft, auf einer größeren oder geringeren Anzahl von Zifferblättern wiederzugeben. 2. Uhren mit selbstständigen Triebwerken werden durch den elektrischen Strom in bestimmten Zeitintervallen richtig gestellt, und 3. die Elektricität dient selbst als bewegende Kraft der Uhren. Im Nachfolgenden wollen wir diese drei Hauptgruppen der elektrischen Uhren durch möglichst einfache Repräsentanten etwas näher kennen lernen.
Die Uebertragung der Angaben einer Normaluhr auf mehrere Zifferblätter wurde bereits im Jahre 1839 von
Steinheil
versucht, und hierauf wurden elektrische Uhren verschiedener Construction von vielen Anderen ausgeführt. Wir nennen von Letzteren z. B.
Bain
,
Hipp
,
Arzberger
,
Br
é
guet
,
Win- bauer
u. s. w. Man nennt jene Uhren, welche ein selbstständiges Triebwerk besitzen und dazu dienen, von Zeit zu Zeit Stromimpulse in jene Leitung zu senden, in welche die anderen Zeigerwerke geschaltet sind,
Normaluhren
; die durch letztere betriebenen Uhren heißen
elektrische Zeigerwerke
oder auch
sympathische Uhren
.
Das
elektrische Zeigerwerk von Bain
ist in Fig. 811 skizzirt. Die Normaluhr
B
repräsentirt unter Hinweglassung des Räderwerkers u. s. w. das Pendel
D
(ein Halbsecunden-Pendel). Dieses trägt bei
D
eine Kupferfeder, welche
67*
in jeder Secunde einmal über den auf ein Elfenbeinstück aufgesetzten Kupferstreifen
C
gleitet. Durch diese am Pendel angebrachte Contactvorrichtung wird der Stromkreis der Batterie
z k
, in welchen die sympathischen Zeigerwerke geschaltet sind, in jeder Secunde einmal geschlossen. Der Strom gelangt durch die Leitung in die Elektro- magnete
M
der Zeigerwerke (von welchen in der Figur nur eines schematisch dargestellt ist) und veranlaßt dadurch die Anziehung der Anker
b
. An dem unteren Ende des den Anker tragenden Stabes ist eine Feder
g
und ein in das Steigrad
e
eingreifender Sperrhaken befestigt. Wird der Anker
b
durch den Magnet
M
angezogen, so gleitet der Sperrhaken über einen Zahn des Steigrades; bei der hierauf folgenden Stromunterbrechung verliert der Magnet seine Anziehungskraft und der Anker wird durch die Feder
g
zurückgezogen, wodurch der Sperrhaken das Steigrad um einen Zahn weiterdreht. Der unterhalb des Steigrades ange- brachte Sicherheitshaken verhindert das Uebergleiten des Ankersperrhakens
über
mehr
Fig. 811.
Elektrisches Zeigerwerk von Bair.
als einen Zahn. Die in dieser Weise in jeder Secunde bewirkte Vorwärts- bewegung des Steigrades um einen Zahn wird dann in gewöhnlicher Weise auf das Minuten- und Stundenrad übertragen.
Br
é
guet’s Laternenuhr
, die in Fig. 812 dargestellt ist, besitzt zwei hintereinander geschaltete Elektromagnete
E E
, welche sich einander die entgegen- gesetzten Pole zukehren, sobald ein Strom ihre Drahtwindungen durchfließt. Zwischen beiden ist der permanente Magnet
A A
um
v
drehbar gelagert. Die Stromsendung erfolgt in jeder Minute einmal, wobei die aufeinanderfolgenden Ströme entgegen- gesetzte Richtungen erhalten. Dies hat offenbar zur Folge, daß der permanente Magnet sich in je zwei Minuten einmal nach rechts und einmal nach links bewegen muß. Der Magnet überträgt diese vibrirende Bewegung durch die Stange
t
auf ein System von Sperrklinken
i i
, welche das Steigrad
c
in Bewegung setzen. Von diesem erfolgt dann die Uebertragung der Bewegung auf den Stundenzeiger.
Der alle Minuten eintretende Stromwechsel wird durch den in Fig. 813 dargestellten Gyrotrop bewirkt. Auf der Axe
t
, welche durch Einwirkung eines 10zähnigen Sternrades in jeder Minute um einen bestimmten Winkel gedreht wird, sitzt der Elfenbeincylinder
f g
; am Umfange desselben sind Platinstifte befestigt, die abwechselnd mit der oberen und unteren Metallplatte (
f
und
g
) in Verbindung stehen. Während die untere Platte direct auf der Axe
t
aufsitzt, ist die obere von derselben isolirt. Letztere steht durch die Schleiffeder
c
mit dem
Fig. 812.
Fig. 813.
Br
é
guet’s Laternenuhr.
negativen Batteriepole in Verbindung. Der positive Pol communicirt mit den nicht isolirten Metalltheilen des Gyrotrops, also auch mit den auf der unteren Platte
g
aufsitzenden Platinstiften. Die Linienleitungen
L
und
E
sind mit den auf dem Elfenbeincylinder schleifenden Contactfedern
A
und
B
verbunden. Steht daher die Feder
A
mit einem oberen und die Feder
B
mit einem unteren Platinstifte in Berührung, so fließt der Strom von + aus durch die Axe
t
und die Platte
g
, den betreffenden unteren Platinstift, durch die Feder
A
in die Linienleitung, von hier über
E
zurück, durch
B
, ein oberes Platinstäbchen und über
f
und
c
zum Minus-Pol (—) der Batterie zurück. In der nächsten Minute hat sich der Elfen- beincylinder so weit gedreht, daß die Feder
A
mit dem nächststehenden unteren Platinstäbchen und die Feder
B
mit einem oberen Stäbchen in Berührung kommt. Der Strom muß daher in umgekehrter Richtung durch die Leitung fließen, nämlich von + aus über
t
und
B
in die Leitung
C
, aus welcher er bei
L
zurückkommt, und dann über
A
,
f
und
c
zum Minus-Pole gelangt.
Fig. 814.
Stundensteller von Barraud und Lund.
Uhren, welche ein selbstständiges Trieb- werk besitzen und nur innerhalb gewisser Zeiträume durch Einwirkung elektrischer Ströme gerichtet werden, nennt man
Secundär- uhren
oder, wenn die Richtigstellung alle Stunden erfolgt,
Stundensteller
. Durch besonders einfache Construction zeichnet sich der von
Barraud
und
Lund
construirte Stundensteller aus, den wir in Fig. 814 vorführen. Der senkrecht stehende Elektro- magnet
m m
besitzt einen um
f
drehbaren Anker, der einerseits mit einem Gewichte
g
(an Stelle der Abreißfeder) und andererseits mit einem Ansatze versehen ist, welcher in den beiden Stiften
r r'
endigt. Diese greifen in die Schlitze
s s'
zweier drehbarer Winkel- stücke ein, deren nach abwärts gerichtete Arme die Stifte
p p'
tragen (
r r'
wurde in der Figur der Deutlichkeit wegen außer Eingriff mit
s s'
dargestellt). So lange kein Strom durch die Drahtwindungen des Elektro- magnetes fließt, befinden sich diese das Ziffer- blatt bei
O
durchsetzenden Stifte
p p'
an den Enden des bogenförmigen Ausschnittes. Der Minutenzeiger kann daher unter dem ersten Stifte passiren. Nun wird aber, gerade wenn sich der Minutenzeiger in unmittelbarer Nähe von
XII
befindet, der Strom durch die Normaluhr geschlossen. Der Magnet
m m
zieht daher seinen Anker an, wobei die in den Schlitzen
s s'
befindlichen Stifte
r r'
die beiden Winkelhebel so drehen müssen, daß sich die Enden bei
p p'
schecrenartig schließen. Die gegeneinander gehenden Stiften werden daher den zwischen ihnen befindlichen Minutenzeiger fassen und genau auf
XII
stellen. Der Strom hört dann sofort wieder auf, wodurch die Stifte
p p'
von dem durch das Gewicht
g
zurückbewegten Anker neuerdings in die ursprüngliche Stellung zurückgeführt werden.
Hipp’s Corrections-System
ist durch eine schematische Zeichnung in Fig. 815 dargestellt. Die Platte
n
1
trägt den vertical gestellten Elektromagnet
o
1
, dessen Anker
p
1
um
q
1
drehbar gelagert ist. Die Nase
r
1
des Ankerhebels hält durch Vermittlung eines Stiftes den um
t
1
drehbaren Winkelhebel
s
1
so lange in der gezeichneten Stellung, als die Drahtwindungen des Elektromagnetes stromlos bleiben. Der Hebel
s
1
trägt bei
u
1
einen
V
-förmig ausgeschnittenen Klotz; das Steigrad
x
1
ist auf seiner Stirnfläche bei
v
1
mit einem Stifte versehen. Wird der Anker
p
1
von dem Elektromagnete
o
1
angezogen, so sinkt der Hebel
s
1
und der Klotz
u
1
fällt auf den Stift
v
1
, wodurch das Steigrad
x
1
etwas vor- oder zurück- gedreht wird, je nachdem das Uhrwerk vorging oder zurückblieb; letzteres wird also genau auf
XII
eingestellt. Der Klotz
u
1
ist derart ausgeschnitten, daß er den Stift sowohl bei einem Vorgehen um 5 Secunden, als auch bei einem Zurück- bleiben um 5 Secunden noch erfassen, also innerhalb dieser Grenzen den Gang des Werkes corrigiren kann. Die Rückführung des Hebels
s
1
in seine Ruhelage erfolgt dadurch, daß ein auf dem Stundenrade
z
1
angebrachter Stift
y
1
unter den Ansatz
a
11
gelangt und bei Weiterbewegung des Rades sowohl
a
11
, als auch
s
1
hebt.
Fig. 815.
Hipp’s Corrections-System.
Als Normaluhr verwendet man einen Regulator, der alle Minuten einen Strom liefert und kann dann die beschriebene Uhr ebenso in dessen Stromkreis schalten wie ein elektrisches Zeigerwerk. Um die Stromwirkung nicht in jeder Minute, sondern nur alle 6 Stunden eintreten zu lassen, wurden noch die beiden Contactfedern
b
11
und
d
11
angebracht und in den Stromweg eingeschaltet. Der Strom kann daher nur dann in die Drahtwindungen der Elektromagnete gelangen, wenn sich die beiden Federn bei
b
11
berühren, was bei einer vollen Umdrehung des Stundenrades nur zweimal erfolgt, nämlich jedesmal, wenn einer der beiden Stifte
y
1
y
1
gegen den Ansatz
c
11
der Feder
d
11
drückt.
Dieses System ist hauptsächlich für elektrische Pendeluhren bestimmt, wenn solche als Uebertragungs-Uhren,
Translations-Regulatoren
, für ausgedehnte Netze sympathischer Uhren dienen sollen. Hierbei erhalten dann die einzelnen von- einander entfernten Gruppen sympathischer Uhren eine eigene Normaluhr und alle diese Normaluhren werden dann von dem eben beschriebenen Werke alle 6 Stunden corrigirt.
Bei
Hipp’s elektrischer Pendeluhr
ist unterhalb der schweren Pendel- linse an der Pendelstange der Anker zu dem darunter befindlichen Elektromagnete angebracht (Fig. 816). Das Pendel ist an einer Feder aufgehängt und nimmt bei seinen Schwingungen eine eigenthümliche Ankervorrichtung mit, durch welche eine Schubklaue das Steigrad Zahn für Zahn vorwärts schiebt. Der Secunden- zeiger ist auf der Steigradaxe befestigt und die Uebertragung der Bewegung auf das Minuten- und Stundenrad erfolgt in der sonst üblichen Weise. Bringt man das Pendel aus seiner Gleichgewichtslage, so schwingt es einige Zeit, wodurch das Räderwerk in Gang gesetzt wird, und bleibt schließlich ruhig hängen. Die Unter-
Fig. 816.
Hipp’s elektrische Pendeluhr.
brechung der Schwingungen und somit auch den Stillstand des Uhrwerkes hintan- zuhalten, ist nun eben die Aufgabe des Elektromagnetes.
Hat der Schwingungsbogen des Pendels bis zu einer gewissen Grenze ab- genommen, so wird der Stromkreis des Elektromagnetes geschlossen; letzterer zieht den Anker am unteren Ende der Pendelstange an und giebt dadurch dem Pendel einen neuen Impuls. Natürlich muß der Strom unterbrochen werden noch bevor der Anker durch die Schwingung des Pendels den Polen des Elektromagnetes gegenüber gekommen ist. Diese Stromschließung und Stromunterbrechung wird durch nachstehend beschriebene Contactvorrichtung bewirkt. An der Pendelstange ist un- gefähr in der Mitte ihrer Gesammtlänge das Prisma
d
angebracht. Von der bei
a
befestigten Feder
c
hängt (seitlich von der Ruhelage des Pendels) bei
e
ein Stahlplättchen, „die Palette“, herab, welche an ihrem Aufhängepunkte leicht drehbar befestigt ist. Das freie Ende der Feder
c
liegt in der Ruhelage auf einer bei
c
1
angebrachten isolirten (Achat-) Spitze auf; oberhalb der Feder befindet sich dieser Spitze gegenüber eine Contactschraube, welche mit einem Pole der Batterie ver- bunden ist. Der andere Pol ist über die Drahtwindungen des Elektromagnetes an die Feder
c
angeschlossen. Stromschluß und daher Erregung des Elektromagnetes erfolgt also immer, wenn die Feder
c
an dem oberen Contacte bei
c
1
anliegt. Die Palette
e
und die Pendelstange befinden sich in derselben verticalen Ebene und daher ist auch die Pendelstange (um das Schwingen zu ermöglichen) an dieser Stelle gekröpft. So lange das Pendel hinreichend weite Schwingungsbogen macht, gleitet das Prisma unter der Palette
e
weg, und diese weicht ihrer leichten Be- weglichkeit wegen aus; die Feder
c
bleibt daher auf der Achatspitze liegen. Ver- ringert sich aber die Weite der Schwingungsbogen, so wird schließlich der Umkehr- punkt des Pendels zur selben Zeit eintreten, als die Palette
e
mit dem Prisma
d
in Berührung kommt. Nun spießt sich die Palette in einer Furche des Prismas und wird dann durch die Weiterbewegung des Pendels gehoben. Dies bewirkt auch eine Aufwärtsbewegung der Feder
c
, welche dadurch in Berührung mit der Contactspitze bei
c
1
kommt und den Stromkreis schließt. Der Magnet wird erregt und wirkt auf den noch seitlich von seinen Polen befindlichen Anker anziehend, ertheilt also dem Pendel einen neuen Impuls. Wie sich das letztere unter Ein- wirkung dieses Impulses weiter bewegt, gleitet aber die Palette
c
wieder vom Prisma
d
herab und unterbricht den Stromkreis. Da hiermit auch die Anziehungs- kraft des Magnetes aufhört, setzt das Pendel seine Schwingung über die Gleich- gewichtslage hinaus fort.
Die Zahl der Stromschlüsse in einer bestimmten Zeit hängt von der Stärke der Batterie und dem Widerstande des Elektromagnetes ab.
Doppler
beobachtete bei einer solchen Uhr, unter Anwendung von zwei frisch gefüllten Leclanch
é
-Ele- menten (Fig. 321, S. 473) zuerst alle 40 Secunden einen Stromschluß, nach einigen Monaten aber schon alle 12 bis 18 Secunden, ohne daß die Uhr deshalb einen ungenauen Gang zeigte.
Die
elektrischen Wächteruhren
oder
Wächter-Controluhren
bezwecken, sich darüber Gewißheit zu verschaffen, ob die Wächter (einer Fabrik, eines Theaters u. s. w.) die ihnen vorgeschriebenen Rundgänge in der vorgeschriebenen Weise und in der vorgeschriebenen Zeit auch wirklich ausführen. Diese Controluhren bestehen dem Principe nach aus einer gut gehenden Uhr, welche mit einem elektrischen Registrirwerke verbunden ist. Letzteres muß der Wächter bei seinem Rundgange durch Niederdrücken von Tastern, die an entsprechenden Orten angebracht sind, in Gang setzen.
Die zu diesem Behufe von
Hipp
construirte
Controluhr
ist eine elektrische Pendel- uhr von der oben beschriebenen und in Fig. 816 dargestellten Construction. Das Registrirwerk ist aus dem Grundrisse und Aufrisse in Fig. 817 zu entnehmen. Der für vier Controlstellen bestimmte Apparat enthält im unteren Theile des Uhrgehänses die vier Elektromagnete
M
1
bis
M
4
. Jeder derselben besitzt einen drehbaren Anker, also z. B.
M
4
den um
r
4
drehbaren Anker
a
4
. Die Einstellung dieses Ankers wird durch die Stellschraube
v
4
bewirkt, welche mit ihrer Spitze auf dem zweiarmigen um
y
4
drehbaren Schreibhebel
s
4
aufruht. Wird nun durch Niederdrücken des zum Elektromagnete
M
4
gehörigen Tasters ein Stromschluß herbeigeführt,
so
zieht der Magnet seinen Anker
a
4
an und drückt dadurch den Hebelarm
u
4
herab. Der Hebelarm
s
4
wird daher gehoben und der Schreibstift durch die Spalte
S
hervorgestoßen Die zu den übrigen Elektromagneten gehörigen Schreibhebel sind so gebogen, daß deren Schreib- stifte alle nebeneinander durch die Spalte
S
hervorgestoßen werden können. Ueber die Spalte wird ein Papierstreifen, dessen Breite von der Anzahl der Elektromagnete (also auch der Controlstellen) abhängt, in gleichförmiger Geschwindigkeit fortbewegt; das Papier erhält diese Bewegung von dem Uhrwerke unter Vermittlung einer Räderübersetzung und wird durch Walzen in ähnlicher Weise geführt, wie bei Telegraphen-Apparaten.
Vollführt also der Wächter in vorgeschriebener Weise zur bestimmten Zeit seinen Rundgang und drückt dabei die verschiedenen Taster nieder, so wird dies im Papierstreifen der Controluhr durch Löcher an entsprechenden Stellen markirt. Um aus dieser Markirung auch die Zeit des Rundganges und des Eintreffens seitens des Wächters an bestimmten Stellen ersehen zu können, ist der Papierstreifen mit dicken und dünnen Querlinien versehen, von
Fig. 817.
Wächter-Controluhr.
welchen die ersteren die Stunden und die letzteren die Viertelstunden bezeichnen. Der Papier- streifen zeigt also nach einem z. B. in einer Stunde ausgeführten Rundgange über die vier zu controlirenden Objecte das in Fig. 818 dargestellte Aussehen.
Man kann
wohl
, ohne sich zu bedenken, behaupten, daß unser Eisenbahn- wesen ohne Telegraphie nie diese Ausdehnung, diese Verkehrsdichte hätte erlangen können, welche es gegenwärtig thatsächlich besitzt. Wir wollen hier von den eigent- lichen Telegraphen-Apparaten, d. h. jenen Apparaten, durch welche jede beliebige Depesche übermittelt werden kann, absehen, weil wir deren Repräsentanten bereits kennen gelernt haben. Hingegen wollen wir von jenen Apparaten und Einrichtungen eine Vorstellung zu gewinnen suchen, welche nur wenige ganz bestimmte Zeichen oder Signale zu übermitteln haben, d. h. also, wir wollen uns mit dem
Eisenbahn- Signalwesen
vertraut machen. Die außergewöhnliche Wichtigkeit desselben bringt es mit sich, daß dasselbe, entsprechend der hohen Entwicklung des Verkehrswesens, sich gleichfalls zu einem bereits sehr umfangreichen Wissenszweige ausgebildet hat. Wir müssen uns daher hier, des beschränkten Raumes wegen, mit der Betrachtung weniger und einfacher Beispiele begnügen und die sich eingehender für diesen Gegenstand interessirenden Leser auf die einschlägige Fachliteratur verweisen.
Fragen wir uns zunächst, welchen Zwecken die Eisenbahnsignale zu dienen haben, so lautet die Antwort hierauf: Sie haben die Sicherheit des Zugsverkehres zu bewirken, die Regelmäßigkeit des Betriebes zu ermöglichen und die Leistungsfähigkeit der Bahnanlage zu erhöhen. Durch ihre Vermittlung muß daher das Betriebs- personal in Stand gesetzt werden, Auskünfte, Befehle oder Warnungen ertheilen
Fig. 818.
Markirung der Wächter-Controluhr.
oder empfangen zu können, die sich auf den normalen Betrieb beziehen oder wohl auch auf einzelne außergewöhnliche, aber immerhin vorauszusehende Vorkommnisse erstrecken.
„Es liegt in der Natur der Sache,“ schreibt
Kohlfürst
L.
Kohlfürst
, Die elektrischen Einrichtungen der Eisenbahnen.
„daß diese Signale nicht nur in der Ferne sinnlich wahrgenommen werden müssen, sondern daß es auch Signale giebt, die aus der Ferne hervorgerufen werden sollen und bei welchen also sowohl der Empfangs- als der Aufstellungs- und der Absendungsort des Signals voneinander getrennt liegen. Die Entfernung zwischen Empfangs- und Aufstellungsort ist, da es sich nur um das Sehen und Hören des Signalzeichens handeln kann, immer eine beschränkte; beschränkt sowohl durch das Wahrnehmungsvermögen des gesunden menschlichen Auges und Ohres, als eventuell durch äußere Umgebung des Signals und die meteorologischen Verhältnisse. Diese Beschränkung muß durch die Entfernung zwischen Aufstellungspunkt und Absendungsort des Signals wieder ausgeglichen werden können, denn bei den derzeitigen Zugsgeschwindigkeiten und Bahnhofs- ausdehnungen würde sonst ein Auslangen mit den gewöhnlichen akustischen und optischen Signalmitteln nicht gefunden, oder es müßte wenigstens zur Fortpflanzung des Signals häufig eine große Anzahl Vermittlungsposten geschaffen werden, die kostspielig sein, sowie die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals beeinträchtigen würden und unter Umständen selbst störend und verwirrend werden können. Man muß also Mittel suchen, welche die am Stellorte zur Zeichengebung aufzuwendende Kraft gleich direct bis zum Aufstellungspunkte des Signals übertragen, und können hierzu mechanische (Drahtzüge oder Gestänge), hydraulische und pneumatische Vor- richtungen dienen. Dort aber, wo diese Hilfsmittel zufolge der Ortsverhältnisse oder weil die Entfernung zu bedeutend ist, oder endlich weil die Punkte, wo das Signal gleichzeitig gegeben oder empfangen werden soll, zu zahlreich sind, nicht mehr mit erwünschtem Erfolge Anwendung finden könnten, kann die
Elektricität
als fernwirkende Kraft mit Vortheil ausgenutzt werden. Das durch Elektricität hervorgerufene Signal ist von keiner der in Betracht kommenden Entfernungen irgendwie abhängig; es kann ohne alle Kraftanstrengung seitens des Signalisiren- den augenblicklich gegeben werden; die Verbindung des Signalstandortes mit dem Absendungsorte ist leichter herzustellen wie bei jeder anderen Anlage, und selbst die gefürchteten störenden Beeinflussungen durch atmosphärische und tellurische Elektricität lassen sich in gewissem Maße unschädlich machen. Demzufolge hat auch der Betrieb mittelst Elektricität für eine Reihe bestimmter Eisenbahnsignale allgemein und grundsätzlich, für andere Signale wieder häufig, wenn auch nicht grundsätzlich platzgegriffen, und zählen darunter
die durchgehenden Linien- signale, die Hilfssignale von der Strecke und auf den Zügen, die Distanzsignale und die Zugdeckungssignale
.“
Unter
durchlaufenden Liniensignalen
versteht man solche Signale, welche von einer Station zur Nachbarstation in der Art gegeben werden, daß sie sämmtliche dazwischenliegende Bahnbewachungsposten mitempfangen. Diese ursprüng- lich durch optische Telegraphen übermittelten Signale werden gegenwärtig durch elektrische Läutewerke gegeben. Oesterreich ebenso wie Deutschland haben für ihre Hauptbahnen die elektrischen Liniensignale gesetzlich vorgeschrieben. So sind in Oesterreich z. B. nachstehende Glockensignale vorgeschrieben: „Der Zug fährt gegen den Endpunkt der Linie“: dreimal zwei Glockenschläge. „Die Locomotive soll kommen“: dreimal fünf Glockenschläge. „Alle Züge aufhalten“: die Gruppe von drei und zwei Glockenschlägen mindestens viermal hintereinander. „Der Zug fährt auf dem unrichtigen Geleise gegen den Anfangspunkt der Linie“: dreimal die Gruppe von drei und fünf Glockenschlägen u. s. w.
Es wird ferner gefordert, daß jeder Wärter im Stande sein muß, von seinem Posten auf der Strecke aus Glockensignale zu geben. Aus diesem Grunde wird daher auf den Läutewerkslinien gewöhnlich die Schaltung auf Ruhestrom benützt. Die Schaltung auf Arbeitsstrom würde nämlich für jeden Posten eine Batterie oder einen Inductor erfordern, was nicht nur einen erheblich größeren Kosten- aufwand, sondern auch die Vermehrung der Fehlerquellen und einen schwierigeren Dienst zur Folge hätte.
Bei den auf der Strecke zur Verwendung kommenden Glockensignal-Apparaten unterscheidet man die Glocke sammt Zubehör und das Schlagwerk; letzteres besteht aus einem durch ein Gewicht in Bewegung gesetzten Laufwerke und aus der elektrischen Auslösung. Die Läutewerke werden sowohl mit einer als auch mit zwei Glocken construirt; erstere geben dann natürlich immer nur einen Schlag, letztere aber zwei rasch aufeinander folgende Schläge — einen sogenannten Doppel- schlag; sie heißen daher auch
Doppelschläger
. In Oesterreich verwendet man auf offenen Bahnstrecken
Einzelschläger
; dort wo zwei Strecken zusammenlaufen, erhält jedoch die eine Linie Doppelschläger. Der Glockenstuhl wird gewöhnlich auf den Dachbalken des Wächterhauses durch Schrauben befestigt oder wohl auch auf eisernen in die Mauer eingelassenen Consolen aufgestellt. Ein derartiger Glocken- stuhl für Doppelschläger ist in Fig. 819 abgebildet. Mit
G
1
G
2
sind die beiden Glocken und mit
H
1
H
2
die dazugehörigen Hämmer bezeichnet. Jeder Hammer wird durch eine Feder
f
gegen die Glocke gedrückt und durch eine kräftigere Feder
F
von derselben abgehalten. Das die Drehaxe des Hammers aufnehmende Axenlager
X
ist an das Dach genietet. Zieht man den Zugdraht
z
an und läßt ihn dann plötzlich los, so schnellt der Hammer, durch seine lebendige Kraft den Widerstand der Feder
F
überwindend, gegen die Glocke, bleibt aber nicht auf derselben liegen, sondern wird sofort durch die wieder zur Geltung kommende Kraft der Feder
F
abgehoben. Der Hammer muß wie eben angegeben fungiren, weil nur auf diese Weise ein heller und lauter Glockenschlag zu erzielen ist; das Spannungsverhältniß beider Federn ist daher wohl zu beachten. Das Anziehen des Zugdrahtes wird durch das Triebrad des Räderwerkes in der Weise bewirkt, daß dieses Rad mit Daumen versehen ist, welche den einen Arm eines zweiarmigen Hebels heben und hierauf los- lassen, wodurch also der am anderen Arme befestigte Zugdraht gleichfalls angezogen und wieder losgelassen wird. Die Auslösung des Laufwerkes erfolgt auf elektromagnetischem Wege.
Ein sehr häufig in Oesterreich und auch in Frankreich für Liniensignale angewandtes Laufwerk ist das von
Leopolder
construirte und in Fig. 820 abgebildete. Die bewegende Kraft dieses Laufwerkes bildet wie gewöhnlich ein Gewicht, welches durch das Seil
t
auf die Welle
T
wirkt; das Aufziehen des Werkes erfolgt mit Hilfe der Kurbel
K
. Die Bewegungs- richtung der einzelnen Räder des Getriebes ist durch bei- gesetzte Pfeile ersichtlich gemacht. Der Zugdraht ist an dem Arm
Z
des zweiarmigen Hebels
Z Z
1
befestigt, dessen Arm
Z
1
durch die Daumen
r
des Rades
R
gehoben wird, sobald das Laufwerk ausgelöst ist. Die Auslösung besorgt der durch 2 und
Fig. 819.
Doppelschläger.
3 in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
M M
gesandte elektrische Strom. Dieser ver- anlaßt nämlich die Anziehung des Ankers
A
durch die Polschuhe
i i
; da der Anker
A
durch das Verbindungsstück
h
auf der Welle
x
befestigt ist, muß diese und ebenso das darauf sitzende Winkelstück
G
gedreht werden. In Folge dieser Drehung fällt der gekrümmte Ansatz
e
, welcher durch
S
auf dem um
z
drehbaren Hebel
H
1
befestigt ist, in den Raum zwischen die beiden „Paletten“
p
und
q
. Der Arm
H
3
des genannten Hebels nimmt durch den Stift
y
den um
o
drehbaren Hebel
N
mit, auf dessen Nase
n
in der Ruhelage der Ansatz
c
auflag. An letzterem ist aber die mit dem Windflügel
W
verbundene Spiralfeder
f
1
befestigt. Der Windflügel sitzt auf der Welle
n
, welche durch ein Zahnrad mit den übrigen Rädern des Laufwerkes in Verbindung steht. Verliert also der Ansatz
c
sein Auflager auf der Nase
n
in Folge der eben angegebenen Bewegungsvorgänge, so ist die Windflügelaxe und somit auch das ganze Laufwerk freigegeben oder ausgelöst und bewirkt das Glockensignal.
Die Arretirung des Laufwerkes nach Unterbrechung des Stromes erfolgt in nachstehender Weise: Die Welle
a
1
erhält durch das Rad
R
1
die durch den beigesetzten Pfeil angedeutete Drehung und hebt durch den auf ihr befestigten Daumen
d
den auf dem Arme
H
2
des Hebels
H
sitzenden Daumen
m
; der Hebel
H
muß sich daher derart drehen, daß der Arm
H
1
gehoben wird, und
e
wieder auf die Paletten
p
und
q
zu liegen kommt (die durch den Rückgang des Ankers gleichfalls in die Ruhelage gelangt sind); durch die Drehung des Hebels
H
hebt aber auch der Arm
H
3
den Hebel
N
und nun wird das Stück
c
wieder auf die Nase
n
zu liegen kommen und dadurch das Laufwerk hemmen.
Häufig sind auch in den Bureaux der Stationen Läutewerke angebracht; diesen giebt man dann zwar eine mit den Linienwerken übereinstimmende Con- struction, baut sie aber in kleineren Dimensionen. Das Läutewerk kann daselbst auch durch einen Wecker ersetzt sein, der dann mit einem Relais und Localstrom- kreis versehen ist.
Zur Zeichengebung benützt man Taster; wird die Glockenlinie mit Arbeits- strom betrieben, so wird durch das Niederdrücken des Tasters die Läutewerkslinie eingeschaltet und gleichzeitig werden hierdurch etwa vorhandene Hilfstelegraphen- Apparate ausgeschaltet. Bei Ruhestrombetrieb erfolgt durch das Niederdrücken des Tasters einfach Stromunterbrechung. Um dem Beamten die Möglichkeit einer Controle des Glockenlinienstromes zu bieten, ist der Taster häufig mit einer
Fig. 820.
Laufwerk von Leopolder.
Bussole auf einem gemeinschaftlichen Brette befestigt. Man nennt einen solchen Apparat, der häufig auch noch mit einem einfachen Stöpselumschalter ausgerüstet ist, eine
Tasterbussole
.
Da kraft der in Oesterreich zu Recht bestehenden Vorschriften jeder Wächter im Stande sein muß, Glockensignale abzugeben, so ist auch jede Wächterbude mit einem Taster versehen. Häufig kommen hier auch automatische Taster zur Anwendung, einerseits um die Arbeit zu kürzen, andererseits um die Richtigkeit des Signales und die genaue Einhaltung der Pausen zu sichern. So besteht z. B.
Leopolder
’s nicht selten angewandter
Automatentaster
aus einer Walze, welche an ihrem Umfange mit Stiften versehen ist, deren Entfernungen voneinander den zu gebenden Zeichen entsprechend bemessen sind. Oberhalb dieser Walze ist ein parallel zur Axe der Walze verschiebbarer Contactarm angebracht. Zur Signalgebung wird letzterer über das betreffende Zeichen der Walze eingestellt und diese durch eine Kurbel bis zu einem Anschlage gedreht, wobei der Contactstift des Hebels zwar über die Stiften der Walze schleift, aber hierbei den Stiften ausweicht. Durch die Drehung der Walze wird ein Uhrwerk aufgezogen, welches nach dem Loslassen der Kurbel die Walze wieder in ihre Ruhelage zurückdreht, wobei aber der Contactstift des Hebels den Stiften der Walze nicht mehr ausweichen kann und in Folge dessen die Absendung der verlangten Ströme bewirkt.
Da im Eisenbahndienste die Läutewerkslinie häufig auch für die Correspondenz durch Morse-Apparate ausgenützt werden soll, muß bei der Verbindung der ein- zelnen Stationsapparate untereinander und mit der Linie eine dementsprechende Schaltung zur Anwendung gelangen. Als Beispiel hiefür möge uns das Schaltungs- muster der österreichischen Nordwestbahn dienen. Die Läutewerkslinien sind hierbei auf constanten Batteriestrom geschaltet und zumeist in jeder Station zur Erde abgeleitet. Sonach nimmt ein durch die Linie
L
1
, Fig. 821, anlangender Strom in der Station folgenden Weg: durch die Blitz- platte
p
in das Linienläutewerk
N
, durch den Automatentaster
S
in das Relais
R
und von hier aus über den Taster
T
und das Galvanometer
G
zur Erde. Am Relais
R
ist ein Umschalter
e d i
angebracht, der in der Regel so gestellt ist, daß er den Strom- kreis der Localbatterie
B
1
über dem Wecker
W
schließt. Soll jedoch correspondirt werden, so wird der Localstromkreis mit Einschaltung des Schreib-Apparates
M
geschlossen. Das Relais bleibt also stets in der Leitung ein- geschaltet; die Abreißfeder des Relais-Ankers wird so stark gespannt, daß das Relais nicht die gänzliche Unterbrechung des Stromes er- fordert um anzusprechen, sondern daß es bereits bei Stromschwächung seinen Anker losläßt. Hingegen sind die Abreißfedern bei den Elektromagneten der Glocken-Apparate
N N
1
Fig. 821.
Schaltung der Stations-Apparate.
und auch bei jenen auf der Strecke sehr schwach gespannt, so daß die Magnete ihre Anker nur bei vollständiger Stromunterbrechung loslassen, also nur bei voll- ständiger Unterbrechung die Laufwerke auslösen. Ferner sind die Taster
T T'
so eingerichtet, daß durch ihr Niederdrücken keine Unterbrechung des Stromkreises, sondern nur die Einschaltung eines Widerstandes erfolgt, wie dies in der Figur durch die Spirallinie angedeutet ist. Man nennt einen solchen Taster einen
Widerstandstaster
.
Diese Einrichtungen der Station ergeben folgendes Verhalten des Gesammt- Apparates: Wird der Morse-Schlüssel
T
einer Station in der gewöhnlichen Weise gehandhabt, so werden hierdurch aufeinanderfolgende Schwächungen des Linien- stromes bewirkt. Diese bleiben auf die Anker der Glockenwerksmagnete ohne Wirkung, verursachen aber das Ansprechen des Relais
R
in der zweiten Station, und durch dessen Vermittlung die Aufzeichnung der von der ersten Station abgesandten Depesche durch den Schreib-Apparat
M
. Werden hingegen durch den Automaten- taster
S
eine Reihe von Stromunterbrechungen bewirkt, so sprechen sämmtliche Glockenwerke der betreffenden Linie an und geben das gewünschte Glockenzeichen.
Was nun die Verbindung der einzelnen Werke einer Läutelinie anbelangt, so hat man hiefür verschiedene Schaltungen vorgeschlagen. Die häufigste Schaltung für durchlaufende Liniensignale mit der Möglichkeit einer Signalgebung von der Strecke aus ist die in Fig. 822 abgebildete. Hierin bezeichnen
L
die Läutewerke,
B
1
und
B
2
die Batterien; die Batterie
B
1
ist mit dem Zinkpole
z
und die Batterie
B
2
mit dem Kupferpole
k
an die Linie angeschlossen, so daß diese und die eingeschalteten Apparate im Ruhezustande von einem constanten Strome durch- flossen werden. Es hat an Bemühungen nicht gefehlt, diese Ruhestromschaltung durch eine Arbeitsstromschaltung zu ersetzen, welche bei gleicher Sicherheit des Betriebes die Erhaltungskosten für die Batterien vermindert. Ein diesbezüglich z. B. von
K
ř
i
ž
ik
gemachter Vorschlag geht dahin, eine der beiden Stationen mit einer schwachen Batterie zu versehen, welche den Ruhestrom für die Glocken- werke bildet, der jedoch zu schwach ist, um sie in Thätigkeit zu setzen; wohl aber spricht das Läutewerk der genannten Station hierauf an. Mit diesem Läutewerke ist die Kurbel eines Inductors so verbunden, daß bei Auslösung des Läutewerkes auch die Armatur des Inductors rotirt und dann Inductionsströme in die Linie sendet, die kräftig genug sind, um Linienläutewerke in Thätigkeit zu setzen.
Fig. 822.
Schaltung von Läutewerken.
Die
Hilfssignale
beziehen sich auf den anormalen Verlauf des Eisenbahn- betriebes; durch sie soll es z. B. ermöglicht werden, einen oder alle Züge in Folge eines besonderen Ereignisses aufzuhalten, für Züge, welche auf der Strecke liegen bleiben, Hilfe herbeizuschaffen u. s. w. Das zweckmäßigste Mittel hierzu bilden die
stabilen Strecken
- und die
transportablen Zugstelegraphen
. Als erstere stehen bei verschiedenen Bahnen Morse-Schreiber, Nadel- oder Zeiger- telegraphen in Verwendung, die in einzelnen Wächterhäusern aufbewahrt sind und im Bedarfsfalle in die Linienleitung eingeschaltet werden können. Die Zugs- telegraphen sind compendiös zusammengestellte Telegraphen-Apparate, von welchen jeder Zug oder doch jeder Personenzug einen mit sich führt; die Einschaltung derselben in die Leitung erfolgt bei der nächstgelegenen Läutebude oder einem benachbarten Wächterhause. Andere Bahnen begnügen sich damit, die einzelnen Wächterbuden nur mit Tastern, die unter einem besonderen Verschlusse stehen, aus- zurüsten. Dies ermöglicht zwar die Absendung jeder beliebigen Depesche von hier aus an die Station, schließt aber die Möglichkeit einer Antwort aus. Man hat auch wiederholt versucht, die Möglichkeit zu schaffen, daß jederzeit vom Zuge aus Depeschen an die Station oder an einen zweiten Zug und umgekehrt abgesandt werden können. Die bisherigen Versuche ergaben aber kein befriedigendes Resultat, da es nicht gelang, eine vollkommen entsprechende Verbindung mit dem laufenden Zuge herzustellen.
Viele Bahnen begnügen sich damit, nur mit Hilfe der Läutewerke Hilfe herbeizurufen oder eine beschränkte Anzahl von Hilfssignalen als durchlaufende Liniensignale zu verwenden; dies ist z. B. bei den österreichischen Bahnen der Fall, bei welchen aus diesem Grunde, wie wir gesehen haben, jedem Glocken- Apparate ein Taster beigegeben ist.
Das bisher Gesagte bezieht sich nur auf die Hilfssignale auf der Strecke; eine zweite Art Signale bilden die
Hilfssignale auf dem Zuge
oder die sogenannten
Intercommunications-Signale
. Letztere sollen dem Zugs- begleitungspersonale oder auch den Reisenden ermöglichen, ein Nothsignal an das Maschinenpersonal gelangen zu lassen, um letzteres zum Anhalten des Zuges zu veranlassen. Anfangs war die Bewachung des Zuges einer eigens dazu angestellten Person, der
Tenderwache
übertragen, später führte man dem ganzen Zuge entlang die
Locomotivleine
; durch Anziehen derselben kann das Zugspersonale die Locomotivpfeife zum Ertönen bringen. Trotz der vielen Versuche ist bis jetzt doch die Locomotivleine das zweckmäßigste Mittel für die Verständigung des Zugs- personales mit dem Maschinenpersonale geblieben.
Elektrische Signale kommen jedoch dann zur Anwendung, wenn auch den Passagieren die Signalgebung ermöglicht werden soll; solche elektrische Inter- communicationssignale kommen in neuerer Zeit häufiger in England, Frankreich
Fig. 823.
Intercommunications-Signal.
und auch in Oesterreich in Anwendung. Die Schaltungsskizze eines derartigen von
Preece
und
Walker
angegebenen Signales stellt Fig. 823 dar. Hierbei ist in jedem Zugbegleiter-Coup
é
ein Wecker
W
, eine Batterie
B
und ein Tasterhebel
T
angebracht, jedes Passagier-Coup
é
mit einem Taster
U
versehen. Durch den ganzen Zug laufen zwei Leitungsdrähte
L
,
E
als gut isolirte Kabel, mit dessen einem die positiven und mit dessen zweitem die negativen Pole der Batterien verbunden sind. So lange keiner der Taster niedergedrückt wird, kann auch kein Wecker ertönen, weil sich die Stromwirkungen der benachbarten Batterien in den Drahtwindungen der Elektromagnete aufheben; die Klingel ertönt hingegen, wenn die beiden Leitungs- drähte
L
und
E
durch Niederdrücken eines Tasters kurz miteinander verbunden werden. Durch diese Einrichtung wird auch dem Zugspersonale ermöglicht, unter- einander Signale auszutauschen. Um einen Mißbrauch von Seite der Reisenden zu verhindern, sind die Taster in den Coup
é
s durch eine Glastafel verschlossen und können erst nach Eindrücken dieser gebraucht werden. Auch ist die Rückstellung des Tasters nur mehr durch einen eigenen Schlüssel bewirkbar.
Die Verbindung der Leitungen von Waggon zu Waggon wurde zuerst in der Weise hergestellt, daß man die durch die Waggonwände isolirt durchgeführten Drahtenden abwechselnd mit Oesen und Haken versah und durch wechselweises Einhängen miteinander verband. Diese Verbindung wurde später durch eine Art Federkluppen ersetzt, wie sie auch F.
Bechtold
für sein auf Arbeitsstrom geschaltetes Intercommunications-Signal anwendet. Das aus der Stirnwand
W W
, Fig. 824, des Wagens austretende zweidrähtige Kabel
k
ist von dem
Urbanitzky
: Elektricität. 68
Hartgummirohre
r r
1
umschlossen, welches durch die gußeiserne Muffe
h
mit der Wagenwand verbunden wird. Das Ende des Rohres
r
1
ist durch die Metallhülse
M
gefaßt, in welche das cylindrische Hartgummistück
H
eingesetzt ist. Letzteres trägt die beiden Stahlfedern
F F
mit ihren prismatischen Messingstücken
m m
1
, die bei
p p
1
mit Hartgummiplatten, bei
c
mit einem Platincontacte versehen sind. Die Drahtenden des Kabels sind durch die Schrauben
s s
1
an den Messingprismen befestigt. Da die beiden Stahlfedern
F F
die Messingprismen gegen- einander drücken, geben letztere bei
c
Contact und verbinden daher beide Leitungsdrähte untereinander. Wird jedoch eine genau gleich construirte Kluppe eines zweites Wagens gekreuzt in die erste hineingeschoben, so drücken sich die Messingprismen wechselweise aus- einander und heben dadurch den Contact bei
c
auf; hingegen legt sich je ein Messingprisma der einen Kluppe gegen je ein Messingprisma der andern Kluppe und verbindet dadurch die Leitungsdrähte zweier Waggons untereinander, während die Hartgummiplatten
p p
1
den kurzen Schluß der Leitung hintanhalten. Damit ein solcher auch am letzten Wagen nicht ein- treten kann, wird bei diesem das Hartgummistück
f
in die Kluppe geschoben und dadurch ein Auseinanderhalten der beiden Messingprismen bewirkt. Die Coup
è
s versieht Bechtold nur mit durch die Zugbegleiter rückstellbaren Tastern, die Bremshütteln mit einfachen Tastern, wie sie etwa für Haustelegraphen zur Anwendung gelangen. Das Weckersignal ertönt jeder- zeit, so oft an irgend einer Stelle des Kabels ein kurzer Schluß hergestellt wird, also sowohl durch Niederdrücken eines Tasters, als auch durch Lösung der Kluppenverbindung im Falle des Abreißens des Zuges.
Die bisher beschriebenen Signale reichen in der Regel nicht mehr aus, wenn besonders gefährdete Punkte zu decken sind, wo z. B. das gleichzeitige Eintreffen
Fig. 824.
Bechtold’s Kabelverbindung.
zweier Züge möglich ist, auf Wegübersetzungen, bei Tunnels, beim Einmünden einer Flügelbahn, auf Bahnkreuzungen u. s. w. In diesen und ähnlichen Fällen genügt es nicht, die gefährliche Stelle selbst durch Signale zu schützen, da müssen vielmehr die Signale dem Zuge mehr oder weniger weit entgegengerückt werden, je nachdem das Gefälle ein stärkeres oder geringeres, die Zugsgeschwindigkeit eine größere oder kleinere ist u. s. w.; jederzeit müssen aber die betressenden Signale in einer bestimmten Entfernung von der bezeichneten Stelle entfernt sein und ent- weder von dieser oder auch von einem andern Punkte aus gestellt werden können. Derlei Signale faßt man unter der allgemeinen Bezeichnung
Distanzsignale
zusammen.
Die Distanzsignale, von welchen man gewöhnlich nur zwei Zeichen, nämlich „Halt“ und „Frei“ verlangt, können sowohl optische, als auch acustische sein. Erstere werden durch Klappscheiben, Wendescheiben oder Semaphore gegeben, deren Stellung Nachts durch verschiedenfarbiges Licht oder durch entsprechende Beleuchtung sichtbar gemacht wird; für acustische Signale dienen Läutewerke.
Eines der ältesten und in Oesterreich sehr häufig angewandten optischen Signale ist das von
Schönbach
. Der Signalkörper desselben besteht aus einer radienförmig durchbrochenen Wendescheibe, die auf einer verticalen drei Meter hohen Axe sitzt; letztere geht durch die Mitte einer vierkantigen Holzpyramide, in welcher das Triebwerk, zu dessen Bewegung ein 30 Kilogramm schweres Gewicht ver- wendet wird, untergebracht ist. Die normale Stellung der Scheibe ist parallel zur Bahn und bedeutet „Frei“, während die Querstellung, in welche die Scheibe durch eine Drehung um 90 Grad gelangt, „Halt“ bedeutet; eine weitere Drehung um 270 Grade bringt die Scheibe wieder auf „Frei“ zurück. Während der Nacht macht eine vierscheinige Laterne diese Stellungen durch verschiedenfarbiges Licht sichtbar. Der Zeichengeber besteht aus einer Kurbel, welche immer rechts herum- gedreht in die mit „Ruhe“, „Signal“ und „Rückstellung“ bezeichneten Lagen gebracht werden kann. Bei der ersterwähnten Stellung ist die Leitung stromlos. Die Auslösungsvorrichtung für das Triebwerk ist in Fig. 825 in der Ruhelage dargestellt. Der Hebel
H
ruht hierbei mit seiner Nase
e
auf der Palette
p
auf. Wird jedoch in die Drahtwindungen des Elektromagnetes
M
durch Drehung des Zeichengebers auf „Signal“ ein Strom gesandt, so zieht dieser seinen Anker
A
an und dreht dadurch den Hebel
h
sammt der Gabel
G
, so daß die Nase
c
zwischen
p q
in die Gabel sinkt. Hierbei dreht sich der Hebel
H
um
x
nach abwärts und hebt durch den Arm
b
den um
o
drehbaren Arm
N
. Mit
N
müssen sich aber auch die Arme
n
und
k
drehen; hierdurch wird einerseits der Arm
c
der Windflügelaxe freigegeben und anderer- seits
k
aus der Falle
F
1
des letzten Lauf- werkrades herausgehoben, also das Lauf- werk freigegeben. Die Scheibe macht eine Drehung um 90 Grade; bevor jedoch diese ganz vollendet ist, gelangt der Stift
d
1
der Scheibe
V
auf den Arm
m
und hebt dadurch den Hebel
H
wieder auf die Palette
q
, während gleichzeitig
k
in die Falle
F
2
gelangt und
n
den Arm
c
des Windflügels wieder faßt, womit das Lauf- werk arretirt ist. Die Signalscheibe wird von ihrer „Halt“-Stellung wieder in die Stellung „Frei“ zurückgebracht, wenn
Fig. 825.
Schönbach’s Distanzsignal.
man den Taster auf „Rückstellung“ dreht. Der Strom wird hierdurch erst unter- brochen und dann wieder geschlossen, wodurch die Auslösung des Triebwerkes in der bereits angegebenen Weise erfolgt. Die Einlösung bewirkt aber dann, nachdem sich die Scheibe
V
um 270 Grade gedreht hat, nicht der Stift
d
1
, sondern der Stift
d
2
.
Um das Uebersehen eines Distanzsignales bei rascher Fahrt, dichtem Nebel, Schnee oder Regen zu verhindern, wurden neben den optischen Signalen häufig auch acustische versucht. Hierher gehört z. B. die auf den Schienen vor dem bezüglichen Distanzsignale befestigte Knallkapsel. Auf verschiedenen französischen Bahnen benützt man auch die
elektrisch-automatische Dampfpfeife
von
Lartigue
und
Digney-Fr
è
res
, Fig. 826. Die Dampfpfeife
P
hat ihr Dampf- zuströmungsrohr bei
R
und kann nur dann Dampf erhalten, wenn das an der Ventilstange
d
sitzende Ventil geöffnet wird. Die Ventilstange sitzt an dem Hebel- arme
H
, welcher mit dem Hebel
H
1
durch die Zugstange
v
verbunden ist.
H
1
trägt bei
A
den Anker für den Hughes-Magnet
M E
und wird daher so lange in der durch die Figur dargestellten (gehobenen) Lage bleiben, als die Drahtwindungen
E
68*
des Hughes-Magnetes stromlos sind; ebenso lange bleibt auch in Folge der angegebenen Verbindung das Ventil des Dampfzuströmungsrohres geschlossen. Letzteres wird aber geöffnet, sobald ein Strom die Drahtwindungen
E
durchfließt und der Anker
A
durch die nun zur Wirkung kommende, um
v
gewundene Spiral- feder abgerissen wird. Man bringt die Pfeife wieder zur Ruhe, indem man den Knopf
K
hineindrückt und dadurch den Hebel
H
1
hebt oder auf den Hebel
G n
bei
G
drückt, wodurch das Ende
n
den Hebel
H
hebt. In jedem Falle wird der Anker
A
dem Magnete so weit genähert, daß letzterer ersteren festhalten kann, wobei natürlich vorausgesetzt ist, daß der elektrische Strom inzwischen unter- brochen wurde.
Die Verbindung der
automatischeu
Dampfpfeife auf der Locomotive mit dem Distanzsignale läßt Fig. 827 erkennen. Von der Dampfpfeife
p
führt das eine
Fig. 826.
Elektrisch-automatische Dampfpfeife.
Drahtende ihres Hughes-Magnetes zu der isolirt an der Maschine befestigten Kupferdrahtbürste
a
, das andere Drahtende
l
ist mit der Metallmasse der Loco- motive verbunden, also zur Erde abgeleitet. In entsprechender Entfernung von dem Distanzsignale ist ein seiner Form wegen sogenannter
Krokodill-Contact
M N
angebracht. Dieser besteht der Hauptsache nach aus einem im Mittel der Schienen angebrachten hölzernen Langschweller, der an seiner oberen Fläche mit dickem Kupfer- bleche überzogen ist. Dieses Kupferblech steht durch die Leitung
L
mit einer Con- tactvorrichtung
C
auf der Axe der Signalscheibe
S
in Verbindung, von welcher aus die Leitung zur Batterie
B
und endlich zur Erde weitergeht. Die Contact- vorrichtung am Distanzsignal, welches mechanisch durch Drahtzug gestellt wird, ist so eingerichtet, daß der Contact hergestellt wird, wenn man das Distanzsignal auf „Halt“ stellt, daß er hingegen aufgehoben erscheint, wenn dem Signale die Stellung „Frei“ gegeben wird. Sobald nun die Maschine bei der „Halt“-Stellung der Scheibe das keilförmige, hölzerne Auflaufstück
Q
passirt hat, gelangt die Kupfer- drahtbürste
a
auf den Krokodill-Contact und schließt dadurch den Stromkreis von
B
über
L
, den Contact
C
und
L
und durch den Contact
a
; die Dampfpfeife ertönt. Ist jedoch durch Drehung der Signalscheibe auf „Frei“ der Contact bei
C
unterbrochen, so kann die Pfeife durch Ueberfahren des Krokodill-Contactes nicht zum Ertönen gebracht werden.
Eine andere Art von Gefahren, die der Bahnbetrieb mit sich bringt, ist jene, welcher sich die Züge selbst gegenseitig aussetzen. Hierher gehören ein Durch- schneiden oder Streifen, Begegnung und Ueberholung von Zügen. Die beiden erst- erwähnten Gefahren, können an Geleisverzweigungen oder Durchkreuzungen ein- treten; es wird dieses also gewöhnlich auf oder zunächst den Bahnhöfen stattfinden. Man beugt diesen Gefahren, sowie auch der Begegnung oder Ueberholung in der Nähe der Bahnhöfe durch Distanzsignale vor, deren Wirkung noch durch Wechsel- signale und Wechselversicherungen unterstützt wird. Die Begegnung und Ueberholung kann aber auch auf der Strecke eintreten. Hier läßt sich die Sicherung des Zuges dadurch erreichen, daß man in entsprechender Entfernung vor und hinter dem Zug
Fig. 827.
Elektrisch-automatische Dampfpfeife von Lartigue.
Signale anbringt, die sich mit demselben vorwärts bewegen. Der Gedanke, der- artige fernwirkende
Zugdeckungssignale
anzuwenden, welche vom laufenden Zuge aus auf elektrischem Wege gegeben werden können, wurde schon vor langer Zeit gefaßt und auch ausgeführt.
Ein derartiges Deckungssignalsystem, welches in Amerika Anwendung gefunden hat und auch in Oesterreich versucht wurde, ist das von
Putnam
angegebene Zugdeckungssignal. Das den Signal-Apparat enthaltende Kästchen ist auf der Locomotive angebracht. Es enthält den Elektromagnet
M
(Fig. 828) mit seinem Anker
A
, welcher ebenso wie der die Signalscheibe
S
tragende Arm
H
und der Klöppel
K
der Glocke
G
um
x
drehbar befestigt ist; diese drei Theile bewegen sich immer gemeinschaftlich. An dem Klöppel sind ferner noch die Abreißfeder
f
und die die Kugel
Z
tragende Schnur
H
befestigt;
s
bildet den regulirbaren Anschlag- stift des Hebelsystemes. Fließt durch
L L
1
und somit auch durch die Drahtwindungen des Elektromagnetes ein Strom, so hält dieser den Anker
A
fest, sobald er durch Anziehen an der Schnur
H
dem Magnete genähert wird. Dies ist die Ruhe- stellung des Apparates und bedeutet, daß die Bahn frei ist; hierbei bleibt die Signalscheibe
S
innerhalb des Kästchens — ist also unsichtbar. Sind jedoch die Drahtwindungen des Magnetes stromfrei, so fällt der Anker ab und das Hebel- system nimmt die in der Figur dargestellte Lage ein; die Signalscheibe tritt aus dem Kästchen heraus und die Glocke ertönt. Die Glockenschläge wiederholen sich in Folge der Erzitterungen auf der Locomotive, weil die Feder
f
den Klöppel aufwärts, die Kugel
Z
denselben abwärts zieht. Dem Locomotivführer wird hier- durch das „Halt“-Signal gegeben.
Die Wirkungsweise des Signales erhellt aus der Betrachtung der Fig. 829. Die Leitung
L
(Fig. 828) ist isolirt zu der Metallbürste
P
(Fig. 829) und die Leitung
L
1
zum Pole einer kleinen elektrischen Maschine geführt, welche durch die Locomotive betrieben wird; vom zweiten Pole der elektrischen Maschine führt ein Leitungsdraht zur Bürste
P
1
oder auch zu den Metalltheilen des Tenders. Die
Fig. 828.
Deckungsfignal von Putnam.
Bahnstrecke wird, der Verkehrsdichte entsprechend, in Abschnitte von drei bis fünf Kilometer Länge getheilt, indem an jedem derartigen Theilungspunkte
II
,
III
,
IV
ein Theil
c
des Schienenstranges (beiläufig eine Zugslänge) isolirt wird, während die übrigen Schienen nicht isolirt sind. Ueber die Schienen gleitet die Contact- bürste
P
. An jeder Theilungsstelle ist ein Hilfsapparat, bestehend aus den Elektro- magneten
M
und
M
1
, dem um
X
drehbaren Ankerhebel
H
, dem Contactstift
s
und der Anschlagspitze
s
1
, angebracht. Die Verbindung der Apparate der einzelnen Theilungsstellen untereinander wird in der durch die Figur dargestellten Weise bewerkstelligt.
Fährt ein Zug aus der Seetion
I
in die Section
II
über und schleift die Bürste
P
1
gerade auf dem isolirten Schienenstrange
c
in
II
, während die Bürste
P
über die nichtisolirten Schienen
s
zwischen
II
und
III
gleitet, so ist der Strom- kreis von der Bürste
P
aus über die Schiene
s
zwischen
II
und
III
, dem Hilfs- apparate der Section
I
, dem Elektromagnete
M
1
der Section
II
,
s
,
c
und
P
1
geschlossen. Der Magnet
M
1
zieht den Anker an und legt dadurch den Hebel
x y
auf den isolirten Stift
s
1
. Gelangt hierauf der Zug zum Uebertritte aus der Section
III
nach
IV
, so wird von
III
aus nachfolgender Stromschluß hergestellt; Contactbürste
P
,
b
, Leitung
L
3
, Elektromagnet
M
der Section
II
, Leitung
L
4
, Elektromagnet der Section
III
,
s
,
a
und
P
1
. Der Magnet
M
der Section
II
zieht daher den Anker an und legt den Hebel
x y
auf den Contactstift
s
; der Elektromagnet
M
1
der Section
II
legt den Hebel
x y
auf den isolirten Stift
s
1
. Der Zug tritt dann ganz auf
s
zwischen
III
und
IV
über und giebt hierdurch seinem Signal-Apparate stets kurzen Schluß über
P
1
,
s
und
P
. Tritt nun aber ein zweiter Zug aus der Section
III
nach
IV
über, während der erste Zug sich noch zwischen
III
und
IV
befindet, so wird der Stromschluß im Signal-Apparate des zweiten Zuges in dem Momente unterbrochen werden, als dessen Bürste
P
auf
c
in
III
gelangt; seine Bürste
P
1
berührt
a
(bei
III
), von wo aus die Leitung über
x y
nur bis zu dem isolirten Stifte
s
1
führt. Der Signal-Apparat des zweiten Zuges kommt also in der früher angegebenen Weise zur Wirksamkeit und giebt das „Halt“-Signal. Der Stromkreis des Signales auf dem zweiten Zuge
Fig. 829.
Zugdeckungs-Signal von Putnam.
wird erst dann wieder hergestellt, wenn der erste Zug die isolirte Stelle
IV
passirt hat, weil hierdurch ein Strom durch die Leitungen
L
3
L
4
(zwischen
III
und
IV
) zu dem Magnete
M
von
III
gesandt und dadurch der Hebel
x y
auf die Contact- schraube
a
gelegt wird, wie wir dies zu Beginne unserer Betrachtung gesehen haben.
Man begnügte sich jedoch nicht mit solchen auf dem Zuge selbst angebrachten Signal-Apparaten, welche mannigfache Uebelstände, wie z. B. die Anbringung eines verhältnißmäßig zarten Signal-Apparates auf der Locomotive, der schwierigen Herstellung einer guten Verbindung zwischen der Leitung und dem Zuge u. dgl. mit sich bringen, sondern versuchte die Zugdeckung durch stabile Streckensignale zu erreichen. Die Zugdeckung auf Stationsdistanz ist sehr einfach durch den elektrischen Telegraphen durchzuführen. Die Station kann dann in der Nachbarstation ausführ- lich anfragen, ob die Strecke frei ist oder nicht und wird daher den Zug nur dann ablassen, wenn ersteres der Fall ist.
Die Deckung auf Stationsdistanz wird jedoch unmöglich, sobald die auf- einanderfolgenden Züge in kürzeren Zeitintervallen abgelassen werden, als zur Zurücklegung des Weges von einer Station bis zur Nachbarstation erforderlich ist. In solchen Fällen muß die zwischen zwei Stationen liegende Strecke in eine ent- sprechende Anzahl von Sectionen getheilt werden; ferner muß an jeder Theilungs- stelle durch ein Haltsignal dem nachfolgenden Zuge die Einfahrt in die betreffende vorausliegende Station so lange verboten werden, bis der vorangehende Zug diese Section verlassen hat. Eine derartige Anordnung heißt man
Blocksystem
. Ueber dieses möge nur noch bemerkt werden, daß eine Verständigung zwischen je zwei Theilungspunkten ebenso ermöglicht sein muß, wie bei dem Stationsdistanz-Systeme. Wird das Stellen der Signale wieder durch den Zug selbst bewirkt, so nennt man das ein
automatisches Blocksignal
. Auf eine nähere Beschreibung derartiger Apparate hier einzugehen, dünkt uns jedoch außerhalb des Rahmens dieses Werkes zu liegen, weshalb wir hiermit schließen.
Namen-Register.
Abdank-Abakanowicz,
Rufapparat
922
.
Abria,
Schichtung
312
.
Achard,
elektr. Bremse
865
.
Ader,
Eisendraht-Telephon
913
, Elektrophon
906
, Mikrophon
911
, Musikübertragung, telephonische
957
, Telephon
900
, Telephon- Station
928
.
Aepinns,
elektr. Atmosphäre
22
.
Amberger,
elektr. Wagen
843
.
Ampère,
A. M., Biographisches
30
, Erdstrom
263
, Gehänge
254
, Telegraphie
984
, Theorie des Magnetismus
269
.
Arago,
Elektromagnetismus
275
, Rotationsmagnetismus
32
,
295
.
Archereau,
Regulator
600
.
Armstrong,
Dampf-Elektrisir- maschine
102
, Wasserzersetzung
774
.
Arsonval,
Mikrophon
968
, Tele- phon
902
.
Arzberger,
elektrische Uhr
1059
.
Asch,
Galvanoplastik
775
.
Auer,
Naturselbstdruck
824
.
Art,
Mikrophon im Vorposten- dienste
964
.
Ayres,
Telephon
902
.
Ayrton \& Perry,
Ammeter
223
, Lichtbogenpferdestärkemesser
260
, Photometer
713
, Voltameter
224
.
Bagration,
Element
464
.
Bain,
chemischer Telegraph
997
, elektrische Uhr
1059
, Typendruck- Telegraph
997
.
Bajon,
Zitteraal
335
.
Bakewell,
Copirtelegraph
998
.
Ball,
Maschine
437
.
Barraud \& Lund,
Stundensteller
1062
.
Barker,
elektr. Amalgamirung
788
.
Baudet,
Cloris, Element
502
.
Baudot,
Multipler-Telegraphie
999
.
Beccaria,
atmosphärische El.
22
,
Bechtold,
Intercommunications- Signal
1073
.
Becker,
siehe Stratingh
843
.
Becquerel,
Element
468
, galva- nische Elemente
485
, specifische Leitungsfähigkeit
205
.
Behrens,
elektr.
perpetuum mo- bile
180
, Elektromotor
826
, Elektrostop
66
, trockene Säule
180
.
Bell,
Aler. Melville
885
.
Bell,
Graham, Biographisches
884
, Harmonika
885
, Photophon
971
, Telephon
894
, Undula- tionsströme
886
.
Bellet,
elektr. Wagen
843
.
Bennet,
Condensator
23
.
Berliner
Centralstation
931
, Mi- krovhon
891
,
901
.
Bernstein,
Glühlichtlampe
626
.
Bert \& d’Arsonval,
Mikrophon
911
.
Berzelius,
Selen
971
.
Bevis,
Leydener Flasche
15
.
Bezold,
Lichtenberg’ sche Figuren
151
, Wirkungsweise des Elek- trophors
104
.
Bidet,
elektr. Bleiche
779
.
Binks
Ch., Kerze
603
.
Blake,
Mikrophon
909
.
Blanc-Filipo,
Element
464
.
Blas \& Miest,
Reinmetallgewin- nung
792
.
Böckmann,
Telegraphie
981
.
Böhm,
Glühlichtlampe
627
.
Böttcher,
Legirungen
812
, Secun- därelement
543
, Telephon
902
, Telephonstation
927
.
Boettger,
Galvanoplastik
775
.
Boltzmann,
Dielektricität
114
.
Bonelli,
Copirtelegraph
998
.
Borel,
Elektromotor
870
.
Bose G. M.,
Elektrisirmaschine
13
.
Botto,
elektr. Wagen
843
.
Boudet,
Mikrophon
912
, Miophon
967
. Sphygmophon
967
.
Bouliguine,
Glühlichtlampe
610
.
Bourseul,
Telephon
876
.
Boyle,
R., elektr. Funke
597
, elektr. Wirkungen im Vacuum
10
.
Brabender,
Schreibhebel
1007
.
Brandt,
Bühnenbeleuchtung
731
.
Bréguet,
Blitzplatte
1014
, elektr. Uhr
1060
, Fallscheibe
1051
, In- ductions-Apparate
301
, In- ductionsströme
306
, Quecksilber- telephon
914
.
Breda,
Voltabogen
238
.
Brett \& Little,
Element
464
.
Brougham,
Halbglühlichtlampe
646
.
Brugmann,
Diamagnetismus
280
.
Brugnatelli,
Vergoldung
775
.
Brush,
Maschine
378
, Regulator- lampe
666
, Stromregulator
569
.
Bürgin,
Elektromotor
871
, Ma- schine
381
.
Builhet,
Galvanostegie
806
.
Bunsen,
Aluminium-Darstellung
792
, Vatteriekohle
503
, galva- nisches Element
187
.
480
,
497
, Magnesium-Darstellung
245
, Photometer
712
, Thermosäule
551
.
Burstyn,
Auxiliar-Projector
758
, Verbindung mehrerer Maschinen
458
.
Byrne,
Chromsäurelösung
478
.
Cabeo Nicolo,
Reibungs-Elek- tricität
8
.
Callan,
Element
499
.
Calland,
Element
493
.
Calo,
de, Secundärelement
543
.
Cance,
Regulatorlampe
671
.
Canning,
Kabelleitung
1001
.
Canton John,
Elektrisirmaschine
14
, Elektrometer
22
.
Carlisle,
Wasserzersetzung
36
,
241
.
Carré,
galv. Elemente
488
, In- fluenzmaschine
111
, Lampenkohle
699
.
Caselli,
Pantelegraph
998
.
Casselmann,
Voltabogen
237
.
Cavallo,
Reibungselektricität
22
.
Cazin,
über die Dampfelektrisir- maschine
103
.
Changy,
de, Glühlichtlampe
609
, Lichttheilung
605
.
Chapman,
Regulator
603
.
Chenot,
magnet. Erzscheider
784
.
Chrétien \& Felix,
elektr. Elevator
862
, elektr. Pflug
864
.
Clamond \& Mure,
Thermosäule
552
.
Clarke,
Maschine
343
.
Clausius,
Elektrolyse
253
.
Clerk,
Lampe
694
.
Columbus,
Christoph, Declina- tion
5
.
Comacho,
Elektromagnet
278
.
Coombs,
elektr. Wagen
843
.
Cooke,
Nadeltelegraph
989
, Tele- graphie
984
, Zeigertelegraph
992
.
Cornell Ezra,
Kabelleitung
999
.
Coulomb,
Chr. A. de, Biogra- phisches
23
, Magnetismus
6
, Drehwage
73
.
Core,
I. R., chem. Telegraph
993
,
997
.
Crompton,
Regulatorlampe
675
.
Crookes,
strahlende Materie
317
.
Cros,
Charles Phonautograph
980
.
Crosse,
galvan. Funke
236
.
Crotzley,
Mikrophon
910
.
Cruikshank,
Voltasäule
178
.
Cruto,
Gluhlichtlampe
626
.
Cunaeus,
Leydener Flasche
14
.
Dalibard,
atmosphärische Elek- tricität
18
.
Dal Negro,
Elektromotoren
826
.
Daniell,
constante Batterien
183
, elektrolytischer Apparat
246
, Element
486
.
Davenport,
elektr. Wagen
843
.
Davidson,
elektr. Wagen
843
.
Davy,
E., chemischer Telegraph
997
.
Davy,
Marié, Element
501
, Säule
468
.
Davy,
Humphry, Biographisches
34
, elektr. Licht
597
, Elektrolyse
244
, Lichtbogen
236
.
De la Rive,
Element
468
, galva- nisches Tönen
876
, Galvano- plastik
775
, Geißler’sche Röhren
314
, Schichtung
312
.
Delenil,
elektr. Licht
598
, siehe auch Quirini.
Dellmann,
Meß-Apparat
76
.
Delor,
atmosphär. Elektricität
18
.
Deprez,
elektr. Hammer
860
, Elek- tromotor
867
, Galvanometer
223
, Kraftübertragung
825
, Schaltung
559
.
Descartes,
Elektricität
8
.
Des Portes,
Taucher-Telephon
966
.
Despretz,
Voltabogen
236
.
Diehl,
Glühlichtlampen
628
.
Digney \& Cie.,
Farbschreiber
1005
.
Divisch,
Prokopius, Blitzableiter
19
.
Dolbear,
Telephon
916
.
Draper,
Lichteinheit
711
.
Dub,
Solenoid
285
.
Dubois,
Schlüssel
224
.
Du Bois-Reymond,
Inductions- Apparat
301
, thierische Elek- tricität
330
, Zitterrochen
336
.
Duboscq,
Regulator
602
, siehe auch Foucault.
Ducretet,
Halbglühlichtlampe
647
.
Dufay,
Charles, François de Cifternay du Fay, Biographisches und Elektricitätslehre
12
, Er- klärung des elektr. Leuchtens verdünnter Gase
10
.
Dumas \& Benoit,
tragbare Lampe
768
.
Dunand,
Mikrophon
917
.
Ebner,
Tyer-Element
467
.
Edison,
Th. A, Biographisches
610
, elektr. Erzscheider
784
,
787
, elektr. Feder
872
, Funkenbrecher
394
, Glühlichtlampe
610
,
614
, Kohlentelephon
891
, Leitung
584
, Maschine
390
,
442
, Phonograph,
980
, Photometer
712
, Strom- Meß-Apparat
588
, Stromregu- lirung
571
, chem. Telephon
915
, Telephon
904
.
Edlund,
elektromot. Gegenkraft im Voltabogen
241
, mechanische Wirkungen des galvan. Stromes
253
.
Egger,
elektr. Bahn
845
, Feuer- melder
1057
.
Elias,
Elektromotor
828
, Erzeu- gung von Magneten
277
.
Elphinstone,
Maschine
399
.
Elsasser,
Verbindung zweier Fern- sprechämter
952
.
Exner,
F., chem. Theorie der Elek- tricitätserregung
167
.
Fabre de Lagrange,
Element
465
.
Faraday,
M., Biographisches
33
, Drehung der Polarisationsebene
283
, Elektrolyse
242
,
249
, Ertra- ströme
292
, Induction
288
, Inductionsströme durch den Erd- magnetismus
295
, Kraftlinien
290
, Magnetismus
280
, Magnet- krystallkraft
283
, Spannungs- reihe
71
, unipolare Induction
297
, Wasserzersetzung
774
.
Faure,
Secundär-Element
541
.
Favre,
Wärmewirkung d. galv. Str.
229
.
Faye,
Kometentheorie
327
, Schich- tung
312
.
Fechner,
Element
464
, Elektricitäts- erregung bei Berührung zweier Flüssigkeiten
173
, Telegraphie
984
.
Feddersen,
Partialentladungen
128
.
Fein,
Feuermelder
1054
, Maschine
376
, Telephon
899
.
Ferranti-Thomson,
Maschine
417
, Strom-Messer
592
.
Ferraris,
Maschine
439
.
Field,
Cyrus, Kabelleitung
1000
.
Fizeau,
Condensator
305
, siehe auch Foucault.
Förster,
Erdströme
266
.
Fontaine,
Photometrie
714
.
Foucault,
elektrisches Licht
598
, Magnetismus
296
, Photometer
712
, Regulator
601
, Unter- brecher
303
, F. und
Duboscq
Regulatorlampe
650
, F. und
Fizeau
Voltabogen
239
.
Fracastro,
Elektricität
8
.
Franklin,
Benjam., Biographisches
15
, Tafel
119
und
133
.
Fresnel,
Leuchtthürme
751
.
Frischen,
Gegensprechen
998
.
Fröhlich,
Erdströme
268
.
Froment,
Elektromotoren
830
, elektr. Erzscheider
784
.
Fuchs,
elektr. Springbrunnen
148
.
Fuchs,
Gegensprechen
1026
.
Fuller,
Element
501
.
Gaiffe,
Element
470
, Maschine
355
, Regulatorlampe
654
, So- lenoid
287
.
Galenos,
Claudius, elektr. Fische
334
.
Galle,
Batterie
518
.
Galvani,
L. A., Biographisches und Versuche
23
und
25
.
Garnier,
Telephonie
883
.
Gassiot,
galvan. Funke
236
, Schichtung
316
.
Gaulard \& Gibbs,
Secundär- Generatoren
578
.
Gautz,
I. C. F., Biographisches
986
, Magnetometer
52
, Tele- graphie
985
.
Gautherot,
Polarisation
528
.
Geitzler,
Luftpumpe
632
, Röhren
310
.
Gellibrand,
Henry, Variationen der Nadelrichtung
5
.
Geoffroy,
Kabel
584
.
Gérard,
Maschine
423
,
429
, Re- gulatorlampe
669
,
693
.
Gibbs,
elektr. Analyse
783
, siehe auch Gaulard.
Giesing,
Elektrisirmaschine
14
.
Gilbert,
William, Elektricität
6
,
8
.
Gintl,
chemischer Telegraph und Gegensprechen
998
.
Gioja,
Flavio, Compaß
5
.
Glatz,
Elliot \& Comp., Kabel
1001
.
Goppelsroeder,
elektr. Färberei
776
.
Gordon,
Andreas, Elektrisir- maschine
13
.
Gordon,
Maschine
429
.
Gower,
Mikrophon
911
, Telephon
898
.
Graetzel,
Aluminium-Darstellung
793
.
Gralath,
Leydener Flasche
15
.
Gramme,
Z. Th., Biographisches
358
, Maschine
362
,
404
,
705
,
795
, Regulatorlampe
674
, Ver- bindung mehrerer Maschinen
458
.
Granfeld,
Multipler-Telegraphie
999
,
1041
.
Gravier,
Stromregulator
576
.
Gray,
E., elektroharmonischer Telegraph
954
, Telephon
883
,
888
,
903
.
Gray,
S., Leiter u. Nichtleiter
11
.
Greener \& Staite,
Glühlichtlampe
6
0
9
.
Grenet,
Element
479
, und Jarriaut Batterie
510
.
Griscom,
Elektromotor
869
.
Grotthutz,
Elektrolyse
252
.
Grove,
galvan. Element
186
,
496
, Gaselement
174
, Geißler’sche Röhren
310
.
Gülcher,
Maschine
375
, Regulator- lamve
677
.
Guericke,
Otto v., Biographisches, Schwefelkugel
9
, elektr. Leuchten
9
,
596
.
Häcker,
Formel f. d. magnet. Tragkraft
49
.
Hagendorff,
Fallscheibe
1052
.
Haitzem Emma,
inductive Strom- abzweigung
578
.
Haldan,
Voltasäule
178
.
Halske,
siehe Siemens und.
Hammerl,
Photometrie
714
.
Hankel,
Solenoid
285
.
Hardtmuth,
Kohle
700
.
Hare,
Calorimotor
179
.
Hartmann,
Inclination
5
.
Haskins,
Jack-knifes
932
.
Hauck,
W. Ph., Chromsäurebatterie
481
, Halbglühlichtlampe
647
, Kohlenelektroden
505
, Thermo- säule
555
, Terrassenbatterie
509
.
Hawksbee,
elektrisches Leuchten verdünnter Gase
10
.
Hedinger,
Ohrenspiegel
771
.
Hefner Alteneck v.,
Arbeitsmesser
453
, Differential-Lampe
608
, Dosenschnellschriftgeber
1024
, Lichteinheit
711
, Trommel- maschine
359
.
Heinrichs,
Lampe
697
, Maschine
377
.
Heller,
Chromsäurebatterie
517
, Mikrophon
908
.
Helm,
Element
465
.
Helmholtz,
elektromotorische Kraft
163
.
Henley’s
allgem. Auslader
125
, Quadranten-Elektrometer
63
.
Henry,
Inductionsströme
294
.
Herz,
Telephon
949
.
Hipp,
Controluhren
1065
, Cor- rections-System
1062
, elektr. Pendeluhr
1064
.
Hittorf,
Fluorescenz
319
, Geißler- sche Röhren
314
, Selen
971
.
Hiorth,
Elektromotor
831
.
Holtz,
Influenzmaschinen
105
.
Hooke,
Fadentelephon
876
.
Horsford,
Widerstandsmessung
213
.
Hospitalier,
Ausschalter
548
.
Howell,
Element
500
.
Huang-ti,
Erfinder d. magnetischen Karrens
5
.
Hudson,
Inclination
6
.
Hughes,
D. E., Audiometer
969
, Biographisches
997
, Kugelsonde
971
, Magnet
1019
, Mikrophon
890
,
892
, Multipler-Telegraphie
999
, Typendruck-Telegraph
996
,
1017
.
Humboldt,
A. v., thier. Elektricität
330
, Zitteraal
335
.
Jablochkoff,
Paul
606
, Elektro- motor
872
, Kerze
686
.
Jacoby,
Elektromagnetismus
277
, Elektromotor
827
, Galvano- plastik
775
, Kabel
999
, Wider- ftandseinheit
207
.
Jacquelain,
Kohle
699
.
Jacquin,
Galvanoplastik
775
.
Jamin,
Kerze
590
, Lamellen- Magnet
50
.
Janssens,
Telephonie
884
.
Jarriaut,
siehe Grenet.
Jaspar,
Lampe
603
,
655
.
Jobart,
Glühlicht
608
.
Joël,
Halbglühlichtlampe
649
.
John,
Farbschreiber
1005
.
Joule,
Wärmewirkung des galva- Stromes
228
.
Kabath,
Ausschalter
549
, Se- cundär-Element
541
.
Keith,
Werkblei-Entsilberung
792
.
Kienmayer,
Elektrisirmaschine
14
.
King,
siehe Starr.
Kinnersley,
Luftthermometer
139
.
Kirchhoff,
Stromverzweigung
199
.
Kittel,
telephon. Musikübertragung
959
.
Klein,
Galvanoplastik
775
.
Kleist,
von, Verstärkungsflasche
14
.
Knox,
Selen
971
.
Kohlfürst,
Eisenbahnsignale
1067
, Element
492
.
Kohlrausch,
Condensator
116
, Spannungsreihe
169
, Torsions- Elektrometer
76
.
Konn,
Glühlichtlampe
609
.
Kraft u.
Sohn, Leuchtthürme
751
.
Kramer,
Element
486
.
Kravogl,
Motor
358
.
Kretz,
Formmasse
814
.
Křižik,
Eisenkerne
287
, Regulator- lampe
657
, Schaltung von Linien- Läutewerken
1072
, Strom- regulator
567
.
Krütz,
Photometrie
713
,
716
.
Lacassague
u. Thiers, Regulator
603
.
La Cour,
phonisches Rad
874
.
Ladd,
Maschine
354
.
Lalande,
de und Chaperon, Element
474
.
Lamont,
Declinatorium
54
.
Lane,
Maßflasche
121
.
Lane-Fox,
Glühlichtlampe
610
,
624
, Stromregulator
575
.
Lartigue,
automat. Dampfpfeife
1075
.
Lauritzen,
Undulator
1045
.
Lautenschläger,
Bühnenbeleuchtung
730
.
Leclanché,
Element
470
.
Leibniz,
elektr. Funke
597
.
Leiter,
Batterie
520
, Elektro- Endoskope
772
.
Leopolder,
Automattaster
1070
, Linien-Läutewerk
1069
.
Le Molt,
Regulator
602
.
Le Monnier,
Elektricitätsleitung
15
, Versuche
22
.
Lenz,
Elektromagnetismus
277
, Induction
298
, Kälteerzeugung durch den galvanischen Strom
235
, Wärmewirkung des galvan. Stromes
229
.
Le Roux,
Lichttheilung
605
, Volta- bogen
240
.
Lesage,
Kabel
999
.
Lescuyer,
Halbglühlichtlampe
646
.
Lewert,
Farbschreiber
1005
,
1006
.
Lichtenberg,
Staubfiguren
23
,
150
.
Lidoff,
elektr. Bleiche
778
.
Lippmann,
Capillarität
914
.
Little
u.
Brett,
Element
464
.
Litzendorf,
Elektrisirmaschine
12
.
Locht-Labye,
Mikrophon
909
, Telephonstation
928
.
Lockwood,
Element
495
.
Lodyguine,
Glühlichtlampe
609
.
Lontin,
Regulatorlampe
674
.
Luc de,
trockene Säulen
180
.
Luckow,
elektr. Analyse
783
.
Lüdtge,
Mikrophon
891
.
Mac Evoy,
submariner Finder
970
.
Machalski,
Mikrophon
910
.
Magues,
Maguetismus
4
.
Magnus,
Induction
300
.
Maiche,
Element
484
,
498
.
Maistre,
Element
467
.
Mangin,
Projector
757
.
Marcus,
Element
473
, Halbglüh- lichtlampe
644
, Thermosäule
551
.
Marey,
Mikrophon
968
.
Maron,
Gegensprechen
998
, Schal- tun
g
1023
.
Marrian,
magnetisches Tönen
279
.
Marschall,
Charles, Telegraphie
981
.
Massan,
Inductionsströme
306
.
Masson,
Inductions-Apparate
301
, Lichtstärke und Wärmemenge bei elektrischen
Entlcdungen
143
.
Mattencci,
Muskelstrom
333
.
Matthietzen,
specifischer Leitungs- widerstand
204
.
Maxim,
Glühlichtlampe
610
,
621
, Strommesser
594
, Stromregu- lator
565
.
Mayer,
Magnetismus
279
.
Mayer \& Wolf,
stationäre Batterie
516
.
Meidinger,
Element
491
, Wasser- zersetzung
243
.
Mercadier,
Radiophon
976
, Selen- zelle
973
.
Méritens,
Maschine
361
, Secun- där-Element
540
.
Mersanne,
Regulatorlampe
652
.
Meyer,
Multipler-Telegraphie
999
,
103
1
, Schreib-Apparat
1037
.
Middeldorpf,
Galvanocaustik
522
,
771
.
Miest,
siehe Blas.
Minotto,
Element
490
.
Moleyns,
Glühlicht
609
.
Moncel,
Th. du, Berührungsdruck
890
, Eisendraht-Telephon
914
, Telephonie
896
.
Morin,
Kerze
689
.
Morland,
Sprachrohr
876
.
Morrens,
Schichtung
313
.
Morse,
S. F. B., Biographisches
993
, Kabelleitung
999
, Tele- graph
994
.
Münch,
Ruf-Apparat
922
.
Müller,
Elektromagnetismus
277
, Leitungswiderstand
206
.
Müller,
Element
468
.
Münnich,
Element
466
.
Muirhead,
Element
488
.
Musschenbrock,
Pieter van, Kleist sche Flasche
14
.
Napoli,
Kohle
700
.
Naudin,
elektr. Alkoholreinigung
779
, elektrische Bleiche
778
.
Newton,
elektrische Ladung einer Glasplatte
10
, Telegraphie
999
.
Niaudet,
Batterien
508
, Telephon
897
.
Nicholson,
Wasserzersetzung
36
.
Nissl,
siehe Urbanitzky.
Nobili,
Elektricitätserregung bei Beruhrung zweier Flüssigkeiten
173
, thierische Elektricität
331
.
Noë,
Thermosäule
554
.
Nollet,
Leydener Flasche
15
, Blitz
18
.
Nollet,
Maschine
344
.
Normann,
Rob, Magnetismus
5
.
Nyström,
Verbindung zweier Fern- sprechämter
951
.
Oersted,
H. Ch., Biogrophisches
29
, Ablenkung der Magnetnadel
254
.
Oesterreich,
Klappenschrank
935
.
Oettingen,
oscillirende Entladun- gen
131
.
Ohm,
G. S., Biographisches
32
, Gesetz
194
.
Pacinotti,
Dr. A., Maschine
355
, Umkehrbarkeit der Maschinen
835
.
Päts van Trostwyck,
Wasserzer- setzung
774
.
Page,
elektr. Wagen
843
, Elektro- motor
833
, galvanisches Tönen
876
, magnetisches Tönen
279
.
Palme,
Luster
710
.
Pattinson,
Dampfelektrisirmaschine
102
.
Pearce,
Regulator
602
.
Peltier,
elektrisches Verhalten von Löthstellen
233
.
Perrot,
Aureole
307
.
Perry,
Lichtmaschinen
707
, Tele- phot
978
, siehe auch Ayrton.
Petrie,
Glühlichtlampe
609
, siehe auch Staite.
Petřina,
F. A., Gegensprechen
998
.
Pettenkofer,
elektrisches Licht und Gaslicht
718
.
Pfaff,
Spannungsreihen
167
.
Pfaundler,
Photometrie
713
, Kra- vogl’s Motor
358
.
Phelps,
Telephon
903
.
Picard,
elektrisches Leuchten ver- dünnter Gase
9
,
597
.
Piette
\& Křiž
i
k, Regulatorlampe
657
.
Pisko,
Telephonie
880
, telephon. Musikübertragung
960
.
Pixii,
Maschine
341
.
Planta,
Elektrisirmaschine
14
.
Planté,
Gaston, Biographisches
529
, Batterien
534
.
Plinius,
Magnetismus
4
, Elek- tricität
6
.
Plücker,
Diamagnetismus
281
, Geißler’iche Röhren
310
,
314
, unipolare Induction
297
.
Poggendorff,
galv. Elemente
466
, galvanisches Tönen
279
, Rheo- chord
208
.
Pohl,
Gyrotrop
225
.
Pollard,
Telephonie
883
.
Popper,
Kraftübertragung
835
.
Preece \& Walker,
Intercommuni- cations-Signal
1073
.
Preece,
Lichteinheit
711
, Thermo- vhon
918
.
Puddot,
Zündbatterien
526
.
Puluj,
Beobachtung an Glühlicht- lampen
328
, Phosphorescenz
320
, strahlende Materie
317
, tragbare Lampe
768
.
Pulvermacher,
462
.
Putnam,
Zugdeckungssignal
1077
.
Quet,
Schichtung
312
.
Quirini \& Delenil,
Lichttheilung
605
.
Ranvier,
Zitterrochen
336
.
Rapieff,
Lampe
692
.
Réaumur,
Zitterrochen
24
.
Reis,
Philipp, Biographisches
878
, galvanisches Tönen
279
, Tele- phon
878
.
Reitlinger,
elektr. Springbrunnen
148
, Lichtenberg’sche Figuren
151
, Schichtung
312
, siehe auch Urba- nitzky und Wächter
Reusser,
Telegraphie
981
.
Reynier,
Batterie
514
, Element
496
,
542
, Halbglühlichtlampe
642
.
Richardson,
Audiometer
969
.
Richmann,
atmosphärische Elek- tricität
20
.
Rietz,
Ansammlungs-Apparat
113
, elektrischer Luftthermometer
139
, Funkenmikrometer
126
, Partial- entladungen
128
, Torsionswage
73
, Vertheilungs-Apparat
82
, Wirkungsweise des Elektrophors
104
.
Righi,
Telephon
905
.
Rijke,
Schlagweite
126
.
Ritchie,
Maschine
343
.
Ritter,
Polarisationsstrom
251
, Polarisation
528
.
Rive,
de la, siehe De la Rive.
Roberts,
Regulator
602
.
Roget,
Stromunterbrecher
256
.
Romas,
de, atmosphärische Elek- tricität
20
.
Romershausen,
Elektromagnet
278
.
Roseleur,
Versilberung
807
.
Rosetti,
Voltabogen
239
Rousse,
Bunsenelement
498
.
Rousseau,
Diagometer
181
.
Rouvier,
Multiplex-Telegraphie
999
.
Rouvre.
Ch. de, elektr. Wagen
843
.
Ruhmkorff,
Commutator
226
, Elektromagnet
283
, Inductions- Avparat
302
, Maschine
355
.
Rysselberghe,
Doppelsprechen
954
.
Sachs,
Zitteraal
335
.
Sale,
Selen
70
.
Sautter, Lemonnier
\& Cie., Be- leuchtungswagen
766
, Leucht- thürme
751
.
Saxton,
Maschine
343
.
Schäffler,
Multiplex-Telegraphie
999
.
Schiebeck \& Planz,
Telephon
902
.
Schilling,
Kabel
999
, Telegraphie
984
.
Schmidt,
Regulatorlampe
685
.
Schönbach,
Distanzsignal
1074
.
Schönbein,
Bunsen-Element
499
, Wasserzersetzung
243
.
Schuckert,
Beleuchtungswagen
767
, Compound-Maschine
562
, Ma- schine
373
, Projector
758
.
Schulthetz,
Elektromotoren
826
.
Schulze,
Regulatorlampe
668
, Se- cundärelement
543
.
Schweigger,
Multiplicator
32
.
Schwendler,
Gegensprechen
1027
, Lichteinheit
717
.
Schwerd-Scharnweber,
Maschine
382
, Re
g
ulatorlampe
665
, Stromregulator
576
.
Scrivanow,
Element
500
.
Secchi,
Minotto-Element
490
.
Sedlazek \& Wikulill,
Locomotiv- lampe
681
,
748
.
Seebeck,
Elektromagnetismus
275
, Thermoelektricität
32
,
188
.
Seghill,
Beobachtung elektrischen Wasserdampfes
101
.
Sellon-Volckmar,
Secundär-Ele- ment
541
.
Serrin,
Regulator
604
,
672
.
Shephard,
Maschine
344
.
Siemens Brothers,
Sprechgalvano- meter
1042
.
Siemens,
Gebrüder, Glühlicht- lampe
625
, Kohle
700
.
Siemens \& Halske,
Arbeitsmesser
593
, Blitzplatten
1014
, Com- poundmaschine
563
, Differential- lampe
662
, Dynamometer
261
, Element
488
, elektr. Aufzug
861
, elektr. Bahn
843
,
848
, Energie- messer
594
, elektr. Erzscheider
784
, Gesteinsbohrer
860
, Glüh- lichtlampe
626
, Kabel
583
, Kabel- telegraphie
1042
, Maschine
409
,
438
,
704
, Photometrie
715
, polarisirtes Relais
1023
, Rein- metallgewinnung
791
, Rußschrei- ber
1045
, Spiegelgalvanometer
221
, Telephon
897
, Trommel- Maschine
383
.
Siemens,
Dr. E. W., Biographi- sches
350
, chemischer Telegraph
998
, Cylinder-Armatur
344
, dynam. Princip
348
, dynamo- elektrische Maschine
351
, Farb- schreiber
1005
, Gegensprechen
998
, Glühlichtlampen
641
, Kabel
999
, polarisirter Farbschreiber
1009
, polarisirtes Relais
1013
.
Siemens,
Dr. E. W., Umkehrbar- keit der Maschinen
835
, Volta- bogen
239
, Widerstandseinheit
207
, Widerstandslasten
209
.
Siemens,
Will., elektr. Ofen
789
, Stromregulator
570
.
Sinsteden,
Inductionsströme
306
, Maschine
345
.
Slater \& Watson,
Regulator
603
.
Smee,
galv. Element
185
,
466
.
Sömmerring,
S. Th., Biographi- sches
981
, Kabel
999
, Telegraph
983
.
Solignac,
Regulatorlampe
684
.
Soren Hiorth,
dynamische Princip
347
.
Spamer,
Batterie
518
.
Spencer,
Galvanoplastik
775
.
Sprague,
Batteriekohle
503
.
Staite,
elektr. Licht
598
, Lampe
692
, siehe Greener und Petrie, elektr. Licht
600
.
Starr,
King, Glühlichtlampe
609
.
Stearns,
Gegensprechen
998
.
Stefan,
magnet. Schirmwirkung
291
.
Stein,
Trocken-Apparat zur In- fluenzmaschine
111
.
Steinheil,
C. A. v., Biographi- sches
989
, elektrische Uhr
1059
, Telegraph
988
.
Stöhrer,
chemischer Telegraph
998
, Element
465
, Inductions- Apparat
303
, Maschine
343
.
Stratingh,
elektr. Wagen
843
.
Sturgeon,
Element
466
.
Swan,
Glühlichtlampe
610
,
619
.
Symmer,
Robert, Theorie der Elektricität
22
.
Tainter,
Photophon
971
.
Taverdon,
elektr. Gesteinsbohrer
857
.
Thales,
Elektron
6
.
Theophrastus,
Elektricität
6
.
Thiers,
siehe Lacassague.
Thomson,
Batterie
513
, Elektro- magnete
278
, Heber-Schreib- Apparat
1045
, Sprechgalvano- meter
1041
, Theorie der Elek- tricitäts-Erregung
164
, Qua- dranten-Elektrometer
77
.
Tichomiroff,
elektr. Bleiche
778
.
Tisley,
Maschine
354
Töpler,
Influenzmaschinen
105
,
110
, Luftpumpe
632
.
Toricelli,
Vacuum
632
.
Tresca,
Glühlichtlampen
641
.
Trouvé,
Elemente
482
,
489
, Elek- tromotor
867
, leuchtende Ju- welen
733
.
Tschikoleff,
Regulatorlampe
680
.
Tyer,
Element
466
,
473
.
Uelsmann,
Element
499
.
Uppenborn,
Beleuchtungsanlage
735
, Leitung
584
.
Urbanitzky,
A. R. v., Schichtung
312
, (und Nißl) telephonische Musikübertragung
956
, (und Reitlinger) Dreifächerfläche
315
, Elektrorepulsion
325
, Glimm- lichtkugel
326
, Kometentheorie
327
, magnetische Einwirkung auf die Schichten
316
, Phosphore- scenz
319
.
Vail,
A., Telegraphie
996
, Typen- druck-Telegraph
997
.
Van Malderen,
Maschinen
344
.
Varley,
dynam. Princip
347
, Halbglühlichtlampe
642
, Kabel- telegraphie
1043
, Telephonie
883
.
Vavin,
elektr. Erzscheider
784
,
786
.
Villarsy,
elektr. Staubfiguren
150
.
Vincent,
Maschine
399
.
Violle,
Lichteinheit
711
.
Volta,
A., Biographisches
23
,
27
, Bechersäule
177
, Condensator
115
, Element
462
, Elektrophor
103
, Fundamentalversuch
162
, galvanisches Element
485
, Span- nungsreihe
167
.
Wach,
galv. Element
485
.
Wächter,
elektrische Figuren
151
, elektr. Signallichter
754
, trag- bare Lampen
769
.
Walker,
Element
465
.
Wall,
elektrischer Funke
10
,
atmo- fvhärische
Elektricität
18
.
Waltenhofen,
A. v., Elektro- magnetismus
278
, Solenoid
286
, Thermosäulen
555
.
Walch,
Dr. John, thierische Elek- tricität
24
.
Warren de la Rue,
Element
468
.
Warrington,
Element
478
.
Wassermann,
elektr. Erzscheider
784
.
Watson,
William, elektr. Leitung
15
.
Weber,
W. E., Biographisches
987
, Diamagnetometer
282
, Einheit der Elektricitätsmenge
76
, elektrodynamisches Gesetz
259
, Elektromagnetismus
276
, Spie- gelgalvanometer
221
, Tele- graphie
985
, unipolare In- duction
297
.
Weinhold,
Fadentelephon
876
, Ruf-Apparat
921
.
Werdermann,
elektr. Kerzen
686
, Halbglühlichtlampe
642
,
645
.
Wertheim,
magnet. Tönen
279
.
Weston,
Maschine
394
,
798
, W.- Möhring, Lampe
671
, Strom- brecher
798
, Stromsammler
399
.
Weyde,
Telephonie
883
.
Wheatstone,
Brücke
204
, dyna- misches Princip
348
, Kabel- leitung
999
, magische Lyra
876
, Messung der Fortpflanzungs- geschwindigkeit der Elektricität
135
, Nadeltelegraph
990
, Relais
991
, Schaltung
558
, Telegraphie
985
, Typendruck-Telegraph
997
, Zeigertelegraph
992
.
Wheler,
Granville, Leitungs- fähigkeit der Körper
12
.
Wiedemann,
Drehung d. Pol.-Eb.
285
, elekirolytischer Apparat
247
, Leitungswiderstand
206
, Spiegel- galvanometer
221
.
Wijkander,
Erdströme
267
.
Wikulill,
siehe Sedlaczek.
Wild,
Elektricitätserregung bei Berührung zweier Flüssigkeiten
173
.
Wilde,
Kerze
689
, Maschine
345
.
Wilke,
elektrische Fernwirkung
22
.
Wilke,
elektrisirte Glasplatten
103
.
Wilson,
Benjamin, Elektrisir- maschine
14
.
Wilson,
Carus, Strommesser
592
.
Wilson,
Jack-knifes
932
.
Winbauer,
elektrische Uhr
1059
.
Winkler,
Blitz
18
.
Winkler,
Joh., Elektrisirmaschine
14
.
Winter,
Elektrisirmaschine
14
,
100
.
Wollaston,
galvan. Elemente
178
, Wasserzersetzung
774
.
Wray,
Telephonie
883
.
Wreden,
Phonophor
910
.
Wright,
Th., elektr. Licht
598
.
Wright,
Telephonie
883
.
Yeates,
Telephonie
883
.
Zacharias,
Tönen der Leitungen
943
.
Zamboni’s
Säule
66
,
180
.
Zenker,
Kometentheorie
327
.
Zipernowsky,
Maschine
408
, Re- gulatorlampe
664
.
Zöllner,
Kometentheorie
327
.
Sach-Register.
Seite
A
bsatzweise Telegraphie
1029
Absolutes Maßsystem
214
Accumulatoren
251
,
527
Accumulator, siehe Secundär- element.
Acline
59
Aequator, magnetischer
59
Aequivalent
230
Aetzen, galvanisches
824
Agone
56
Alarm-Apparate
921
Alkalien, elek
t
rolytische Dar- stellung der
244
Alkalimetalle, Darstellung der
36
Alkohol, Rectification des
779
Alliance-Maschine
344
,
360
Aluminium, Gewinnung von
793
Amalgam, Kienmayer
14
Amalgamiren der Zinke
505
Amalgamirung durch den elek- trischen Strom
788
Amerikanisches Relais
1012
Ammeter von Ayrton und Perry
223
Ampère, das (Einheit)
216
Ampèremeter
223
Ampère’sches Gehänge
254
Seite
Ampère’s Theorie
32
,
269
Analyse, elektrische
782
Anion
243
Anelektrische Körper
64
Anker eines Magnetes
48
Anode
243
Anruf-Vorrichtung
898
Ansammlungs-Apparat von Rieß
113
Apparat, galvanoplastischer
800
Apparate zur Ansammlung der Elektricität
122
Apparate zur Erregung der Elektricität
99
Aerztliche Anwendungen des Mikrophones
967
Arbeitscontact
1011
Arbeitsmesser (Hefner-Alteneck)
453
Arbeitsmesser, elektrischer
593
Arbeitsstrom
1006
Arc-horse-power-measurer
260
Armatur (Cylinder-)
344
Artun erschiede der vositiven und negativen Elektrici- tät
153
Astatisches Gehänge
255
Astatisches Nadelpaar
217
Seite
Atmosvhär. Elektricität
18
,
20
,
155
Audiometer
968
Aufbringen der Leitungen
942
Aufhängehöhe der Lampen
708
Aufzug, elektrischer
861
Aufzügen und Krahnen, elek- trischer Betrieb von
860
Aureole und Funke
307
Auslader, allgemeiner Hen- ley’s
125
, gewöhnlicher
124
Ausschalter
548
Auto-Excitatrice
407
Automatische Dampfpfeife
1076
Automatische Melde-Apparate
1053
Automatische Telegraphen- Apparate
1024
Automatischer Feuermelder
1054
Automatisches Blocksignal
1080
Automattaster
1070
Auxiliar-Projector
758
B
ahnen, elektrische;
An- lagen: Aeltere
843
. Berliner Gewerbe - Ausstellung
845
, Beuthen
856
, Bleicherei zu Breuil en Auge
846
, Lichter- felde
848
, Mödling
850
Seite
Bahnen, elektrische;
Portrush
853
, Siemens u. Halske
843
, Wiener Ge- werbe - Ausstellung
845
, Zaukerode
855
; Fahren mit mehreren Wagen
850
, mit Accumulatoren
846
, Strom- leitung
850
Bahnhöfe, elektrische Beleuch- tung der
745
Ballon-Element
492
Batterien,
constante
183
, elektrische
15
,
119
, galvani- sche
176
,
461
,
507
, siehe auch Elemente.
Batterie
-Ausschalter
548
, Bestandtheile
502
, Klemmen
505
, Kohle
502
, Prüfer
216
, Telephone
904
Batterie für
Galvano- caustik
521
, elektrische Be- leuchtung
509
, medicinische Zwecke
515
, Zündung
524
Batterie
von Grenet-Jar- riant
510
, Heller
517
, Leiter
520
, Mayer u. Wolf
516
, Reynier
514
, Spamer- Galle
518
, Thomson
513
Bechersäule
177
Befreiung von galvanoplasti- schen Niederschlägen
810
Belegung der Leydener Flasche
15
Beleuchtungsanlagen,
elektrische: Allgemeines: Batterien
509
, Motoren
702
, Lichtmaschinen
706
, Lampen
707
Beleuchtungsanlagen,
praktische: Avenue de l’Opera
764
, Bahnhof zu Straßburg
745
, bei Berg- und Tunnelbauten
740
, Brünner Theater
726
,
Comptoir d’escompte
510
, Druckerei von Jaenecke
735
, Hafen von Havre
761
, Hütte Gradenberg
741
, Kupfer- minen von Rio Tinto
743
, Leipziger - Straße
764
, Leuchtthurm der Insel Razza
751
, Leuchtthürme von la Hèoe
752
, Mailand (Centrale)
739
, Mechernicher Bergbau
743
, Salzwerk zu Maros-Ujvár
740
, auf Schiffen
752
, auf Straßen und Plätzen
762
, in Theatern
725
, transportable
766
Beleuchtungskörper
709
Beleuchtungswagen
766
Berg- und Tunnelbauten, elektrisches Licht in
740
Berg- und Tunnelbau, Kraft- übertragung im
853
Bernstein
6
Bifilarmagnetometer
60
Bild des Voltabogens
238
Bleicherei, elektrische
778
Bleientsilberung
792
Bleirohrkabel
583
Bleisicherheitsdraht
585
Blitz
156
, -Ableiter
18
,
943
, -Gefahr
939
, -Platte (Bré- guet)
1014
, (Siemens u. Halske),
1014
, -Röhren
156
, -Schutzvorrichtung
7
,
925
,
1014
, -Steg
1015
, -Tafel
144
Blocksignal
1080
Seite
Boot, elektrisches
868
Bostonlampe
626
Braunsteinbatterie
520
Braunsteinelement
470
Bremsdynamometer
453
Bremse, elektrische
865
Bremszaum
453
Brenne, die
803
Briefpost, elektrische
872
Brillantröhre
143
Briquet de Saturne
537
Bronziren, galvanisches
805
Brücke, Wheatstone’sche
204
Buchdruckerlettern, Matrizen für
824
Buch, singendes
883
Buchstaben-Blanktaste
1017
Bühnenbeleuchtung
728
Büschellicht
143
Büsten, Revroduction von
818
Bussole, Einführung der
5
Bussole
39
C
alorie
229
Calorimotor (Hare)
179
Carbunculus
7
Carcelbrenner
711
Cascadenbatterie
121
Chemische Theorie der Elektri- citätserregung
162
Chemischer Telegraph
993
,
997
Chemisches Telephon
915
Chemische Wirkungen der Elektricität
153
Chemische Wirkungen des gal- vanischen Stromes
241
Chlorsilber-Elemente
468
Chromsäure-Elemente
478
Centralstation, Berliner (Tele- phon)
931
Centralstationen für elektrische Beleuchtung
738
, in Mai- land
738
Circularpolarisation
284
Clichés
823
Coërcitivkraft, magnetische
44
Collector
112
Commutatar
225
,
342
,
929
, Ruhmkorff’s
226
Compaß, Erfindung des
5
Complementar-Contactstücke
1034
Compound-Maschine
, Schuckert
562
, Siemens u. Halske
563
, Stromführung
564
Comptoir d’escompte
(Be- leuchtung)
510
Condensator
112
,
115
,
305
, singender
883
, bei der Kabel- telegraphie
1043
Conductor
67
Constante Batterien
183
Constitution der Magnete
44
Contactglühlichtlampen, siehe Halbglühlichtlampen.
Contacthebel
925
Contactklinken
929
Contactschiffchen
851
Contacttheorie
162
Controluhren
1065
Copiren der Holzschnitte
823
Copir-Telegraphen
998
Correctionsrad
1017
Correcturen der Druckplatten
822
Correspondenzleitungen
1050
Coulomb, das (Einheit)
215
Coulomb’sche Drehwage
23
Curven, magnetische
44
Cylinder-Armatur
344
Cylinder, elektrodynamischer
269
Seite
D
ampfelektrisirmaschine
102
Dampfmaschinen
703
Dampflichtmaschine von Ganz u. Comp
432
Dämpfung
222
,
295
Dampfpfeife, elektrisch-auto- matische
1075
Decapiren
802
Declination
39
,
54
Declinatorium
54
Deutsche Fernsprechstation
924
Diagramm
455
Diamagnetismus
38
,
279
Diagometer
181
Diamagnetometer
282
Dichte der Elektricität
80
Dielektricität
114
Dielektricitätsconstante
114
Dielektrische Polarisation
115
Differentiallampe
608
Dispersionsphotometer (Ayr- ton u. Perry)
713
Distanzsignale
1074
Donner
157
Doppelkronentelephon
903
Doppelschläger
1068
Doppelsprechen, System Rysselberghe
954
Dopvelstationen
918
Doppelstrich
47
Dosenschnellschriftgeber
1024
Drahtklemmen
505
Drehwage, Coulomb’s
51
Drehwage Coulomb’s, Ver- suche mit
74
Dreifächerfläche
315
Drehung der Polarisations- ebene
283
Druckplatten, Correcturen der
822
Druckplatten für Kartenwerke
821
Dunkler Raum
147
,
308
Duplex-Telegraphie
998
,
1026
Durchlaufendes Liniensignal
1068
Durchschlagen von Glas- pla
t
ten durch den elektrischen Funken
149
Dynamisches Princip
346
Dynamo-elektr. Maschinen, Allgemeines
444
Dynamo-elektrische Maschine, siehe Maschine.
Dynamometer
261
,
453
É
cliptique
872
Ei, elektrisches
145
Einfacher Strich
46
Einführen der Leitungen
943
Einheit des Widerstandes, siehe Widerstandseinheit. Einzellicht u. Theilungslicht
723
Einzelschläger
1069
Eisenbahndienste, Telephon im
965
Eisenbahn-Signalwesen
1067
Eisenbahnwesen, elektrisches Licht im
745
Eisenkern, konischer
287
Eisenchlorid-Element
500
Eisendraht-Telephon
913
Eisenfeile, magnetische
38
Elektricität
62
, als bewe- gende Kraft
825
, Apparate zur Ansammlung der
112
, Apparate zur Erregung der
99
, atmosphärische
155
, chemische Wirkungen der
153
, der Luft
155
, de Ro- mas’ Versuche mit atmo- sphärischer
20
Seite
Elektricität
, Fortpflan- zungsgeschwindigkeit der
134
, Glasätzen durch
538
, durch Influenz oder Ver- theilung
81
, gebundene
88
, Geschichte des Magnetis- mus und der
4
, Grunder- scheinungen der
62
, Messung der
76
, physiologische Wir- kungen der
153
, Quellen der
72
, Richmann’s Ver- suche mit atmosphärischer
20
, Sitz der
90
, Spannung der
96
, Symmer’sche Theo- rie der
22
, thierische
24
,
330
, Versuche über atmo- sphärische
18
, Vertheilung der
90
, Wärmewirkungen der
137
, Wortableitung
6
Elektricitätserregung
bei Berührung von Me- tallen mit Gasen
174
, von Metallen untereinander oder mit Flüssigkeiten
160
, zweier Flüssigkeiten
173
, Theorie der
162
Elektricitäts-Generatoren
339
Elektricitätsleiter
67
Elektricitätsmesser
588
Elektricitätsverlust mit der Zeit
80
Elektrisch
, erster Gebrauch des Wortes
8
Elektrisch - automatische Dampfpfeife
1075
Elektrische
Alkoholreini- gung
779
, Analyse
782
, Anziehung und Abstoßung, Gesetze der
73
, Bahnen, siehe Bahnen, Batterie
119
, Beleuchtungsanlagen
701
, Beleuchtung, siehe Beleuch- tung, Bleicherei
778
, Bremse
865
, Briefpost
872
, Endos- mose
253
, Entladungen in luftverdünnten Räumen
145
, Entladungen, mecha- nische Wirkungen der
147
, Entladungen und ihre Wir- kungen
123
, Färberei
776
, Feder
872
, Fische
334
, För- derung
856
, Gold- und Silbergewinnung
788
, Har- monika
885
, Induction
288
, Kerzen, siehe Kerzen, Kraft- übertragung
825
, Kraft- übertragung, siehe Kraft- übertragung, Kugelsonde
971
, Maschinen, Geschichte der
340
, Maschinen, siehe Maschinen, Spannungs- reihe
71
, Uhren
1059
, siehe auch Uhren, Wächteruhren
1065
, Weiche
852
, Zeiger- werke
1059
, Zündapparate
138
Elektrischer
Aufzug
861
, Drache
18
, Elevator
862
, Funke, Durchschlagen von Glasplatten
149
, Geruch
154
, Gesteinsbohrer
857
, Hammer
860
, Krahn
860
, Mörser
138
, Pflug
864
, Rückschlag
154
, Rückstand
132
, Schmelztiegel
789
, Springbrunnen
148
, Strom
109
, Wind
96
.
Elektrisches
Boot
868
, Ei
145
, Flugrädchen
96
, Kugel- spiel
148
Seite
Elektrisches Licht
596
, Lampen für
613
, magnetische Einwirkung
313
, Rotations- apparat für
313
, siehe auch Licht, Schichtung des
311
, Theilung des
605
, Licht- büschel
142
.
Elektrisches Maßsystem, inter- nationales
451
Elektrisches
perpetuum mo- bile
180
Elektrisirmaschine
10
,
13
,
14
,
99
, Wirkungsweise der
100
Elektrochemie
774
,
776
Elektrodenmaterie, strahlende
317
Elektroden,
Polarisation der
795
, Platiniren der
606
Elektrodynamischer Cylinder
269
Elektrodynamik
254
Elektrodynamisches Gesetz
259
Elektroendoskope
772
Elektrolocomotive, siehe Bahn, elektrische.
Elektrolyse
243
, des Wassers
241
, Reinmetall- gewinnung durch
791
, Vor- gänge bei der
251
Elektrolyt
243
Elektrolytische Darstellung der Alkalien
244
, Magnesium
245
Elektrolytisches Grundgesetz
250
Elektromagnetismus
275
Elektromagnete
278
Elektromagnetn.
Ruhm- korff
283
, Comacho
278
, Romershausen
278
, Thomson
278
Elektrometallurgie
784
Elektrometer, erstes
22
Electro-Motographe
915
Elektromotoren
163
,
826
, neuere, kleine
867
Elektromotor
von Borel
871
, Bürgin
871
, Dal Negro
826
, Deprez
867
, Elias
828
, Froment
830
, Griscom
869
, Hjorth
831
, Jablochkoff
872
, Jacobi
827
, Pacinotti
833
, Page
833
, Trouvé
867
, siehe auch Maschine.
Elektromotorische Kraft
163
, Messung
214
Elektron
6
Elektrophon
906
Elektrophor, der
103
Elektrophormaschinen
105
Elektrorepulsion
325
Elektroskop (Goldblatt-)
63
, von Behrens
66
Elementenzähler
515
Element galvanisches
161
,
von
Bagration
464
, Becquerel
468
, Blanc-Filipo
464
, Brett \& Little
464
, Bun- sen
187
,
480
,
497
, Callan
499
Callaud
493
, Cloris Baudet
502
, Cooke
464
, Cruikshank
178
, Daniell
183
,
486
, de Laland und Chaperon
474
, de la Rive
468
, Ebner
467
, Fabre de Lagrange
465
, Fechner
464
, Fuller
501
, Gaiffe
470
, Grenet
479
, Grove
186
,
496
, Hare
179
, Hauck
481
, Helm
465
, Howell
500
, Kramer
486
, Kohlfürst
492
, Leclanch
é
470
, Lockwood
495
, Maiche
484
, Maistre
467
, Marcus
473
,
Seite
Element, galvanisches
Mari
é
-Davy
501
, Mei- dinger
491
, Minotto
490
, Müller
468
, Münnich
466
, Muirhead
488
, Pulvermacher
462
, Reynder
496
, Scriva- now
500
, Siemens und Halske
488
, Smee
185
, Stöhrer
465
, Sturgeon
466
, Trouv
é
482
,
489
, Tyer
466
,
473
, Volta
462
, Walker
465
, Warren de la Rue
468
, Warrington
478
, Wollaston
178
, Zamboni
180
Element, geschlossenes
192
Elemente zu Batterien, Ver- bindung der
507
Elevator, elektrischer
862
Elmsfeuer, Kenntniß des, der Alten
7
Elmsfeuer
157
Empfänger
888
Endoskope
772
Endosmose, elektrische
253
Energiemesser von Siemens und Halske
594
Entlader, siehe Auslader.
Entladung, elektrische
67
Entladungen, elektrische in luftverdünnten Räumen
145
Entladungen, elektrische u. ihre Wirkungen
123
Entladung, oscillirende
131
Entladungsstrom
123
Entsilberung des Bleies
792
Entstehung des galvanischen Stromes
160
Erdmagnetismus
53
Erdleitungen
943
,
945
Erdmagnetismus, Inductions- ströme durch den
295
Erdmagnetismus, Vertheilung des
44
Erdstrom
262
Erdströme und Polarlicht
265
, und Gewitter
267
, und Sonnenflecken
266
Erzeugung der Lampenkohlen
698
Erzeugung von Magneten
46
Erzscheider,
elektrische
784
, von Edison
787
, v. Siemens u. Halske
784
, von Vavin
786
Extracurrent
292
Extraströme
292
Extraströme, Nachweis der
293
F
abriken, elektrisches Licht in
734
Fadentelephon
876
Färberei, elektrische
776
Fallscheiben
1051
Farbenrampen
731
Farbschreiber
1005
Farbschreiber, polarisirter
1009
Feder, elektrische
872
Feld, magnetisches
90
Fernsprechämter, Verbindung zweier
951
Fernsprechen auf langen Linien
947
Fernsprecher
884
Fernsprechstation, deutsche
924
Fernwirkung, elektrische
22
Fernwirkung, magnetische
51
Feuermelder, automatischer
1054
Feuermelder, automatischer, von Egger
1057
Feuermelder in Theatern
1054
Feuersgefahr, Maßregeln gegen
709
Seite
Fische, elektrische
334
Flachringmaschine
373
Flüssigkeiten, magnetisches Verhalten von
282
Flugrädchen, elektrisches
96
Fluorescenzerscheinungen in Geißler’schen Röhren
319
Förderung, elektrische
856
Folgepunkte, magnetische
49
Formen aus
Guttapercha
814
,
Gyps
813
, Legirungen
812
, Leim
814
Formen, Herstellung der
812
, Vorbereitung der
815
Formiren des Elementes
533
Formmasse von Kreß
814
Fortpflanzungsgeschwindig- keit, Messung der
15
,
134
Foucault’sche Ströme
450
Foucault’s Apparat
296
Foucault’scher Unterbrecher
303
Franklin’sche Tafel
119
,
133
Frontal-Photophor
771
Froschstrom
332
Fundamentalversuch, Volta- scher
162
Funkenbrecher
394
Funkenmikrometer
126
G
alvanische
Batterien
176
,
461
, Kette
272
, Ströme und Magnete
272
, Vergoldung
805
, Verkupferung
804
, Vernickelung
807
, Ver- filberung
806
Galvanischer
Strom
160
, chemische Wirkungen des
241
, Gesetze des
192
, In- tensität des
192
, Lichtwir- kung durch den
235
, mecha- nische Wirkungen des
253
, Rotationserscheinungen
274
, rotirender
258
, Wärmewir- kung des
227
, Wirkungen im Schließungsbogen
227
Galvanisches
Aetzen
824
, Bronziren
805
, Element
161
Galvanisches Element, siehe Element, galvanisches.
Galvanisches Tönen
279
,
876
Galvanisches Vermessingen
805
Galvanisiren von Glas und Porzellan
809
Galvanisiren von Metall- röhren im Innern
809
Galvanismus, Entdeckung des
25
Galvanocaustik, Batterie für
521
,
771
Galvanographie
823
Galvanometer, Erfindung des
32
Galvanometer von Deprez
223
Galvanoplastik
794
,
811
, Erfindung der
775
, Ge- schichte der
774
, in den graphischen Künsten
821
Gavanoplastische Nieder- schläge, Befreiung von
810
Galvanoplastische Wage
807
Galvanoplastischer Apparat
800
Galvanos
823
Galvanoskop
217
Galvanostegie
794
,
802
Gase, elektrische Leitungs- fähigkeit der
70
Gaselement (Grove)
174
Gaslicht
719
Gasmaschinen
703
Gastroskop
773
Gebundene Elektricität
88
Seite
Gegenkrast
(in der Armatur)
445
Gegensprechen
998
,
1026
Gegenströme
292
Gegenstrom
838
Gehänge, astatisches
255
Geißler’sche Röhren
310
Geißler’sche Röhren, Fluore- scenz und Phosphorescenz- erscheinungen in
319
Gemischte Schaltung
198
Generalumschalter
929
Generatoren, elektrische
339
Génératrice
836
Geruch, elektrischer
154
Geschichte
der Galvano- plastik
774
, der elektrischen Maschinen
340
, der Kraft- übertragung
826
,
843
, der Telegraphie
981
, der Tele- phonie
876
, des elektrischen Lichtes
596
, des Magnetis- mus und der Elektricität
4
Geschlossenes Element
192
Gesetze
der Induction
298
, der Spannungsreihen
168
, der elektrischen Anziehung und Abstoßung
73
, der In- fluenzelektricität
84
, der magnetischen Influenzwir- kung
42
, des galvanischen Stromes
192
, elektrodyna- mische
259
Gestänge (Telephon)
940
Gesteinsbohrer, elektrischer
857
Gestelle, Amp
è
re’sche
254
Gewitter, das
156
Gewitter, Erdströme und
267
Glanzbrenne
804
Glasätzen durch Elektricität
538
Glasbedeckungen
709
Glasblasmaschine
630
Glaselektricität
13
,
64
Glasplatte, Entdeckung der elektrischen Ladung einer
10
Gleichgerichtete und Wechsel- ströme
724
Gleichstrommaschinen, Allge- meines
444
Glimmlicht
143
Glimmlichtkugel
326
Glühlicht durch strahlende Elektroden-Materie
324
Glühlichtlampen,
Her- stellung der
628
, Ver- gleichung der
638
Glühlichtlampevon
Bern- stein
626
, Böhm
627
, Bou- liguine
610
, Eruto
626
, de Changy
609
, Diehl
628
, Edison
610
,
614
, Greener u. Staite
609
, Jobart
608
, Konn
609
, Lane Fox
610
,
624
, Lodyguine
609
, Maxim
610
,
621
, Moleyns
609
, Petrie
609
, Siemens (Gebr.)
625
, Siemens u. Halske
626
, Starr
609
, Swan
610
,
619
Glyphographie
823
Goldblatt-Elektroskop
63
Gold- und Silbergewinnung auf elektrischem Wege
788
Gradueller Strom
954
Gramme’scher Ring
355
,
363
Graphischen Künsten, Gal- vanoplastik in den
821
Grenzwiderstand
131
Grubenbahn, siehe Bahn.
Grunderscheinungen der Rei- bungselektricität
62
Seite
Grundgesetze der Neibungs- electricität
71
Grundgesetz elektrolytisches, Entdeckung des
37
Grundgesetz, elektrolytisches
250
Grundgesetz, magnetisches
41
Güterverhältniß einer Ma- schine
451
Guttaperchaformen
814
Gypsformen
813
Gyrotrop (Pohl)
225
H
äfen, elektrische Beleuchtung von
761
Halbglühlichtlampen
642
Halbglühlichtlampe
von Brougham
646
, Ducretet
647
, Jo
ë
l
649
, Lescuyer
646
, Marcus
644
, Reynier
642
, Varley
642
, Werdermann
645
, W. Ph. Hauck
647
Halbincandescenzlampen, s. Halbglühlichtlampen.
Halbleiter, Reihe der elektri- schen
69
Hammer, elektrischer
860
Handregulator von Fou- cault
598
Harmonika, elektrische
885
Harzelektricität
13
,
64
Haus-Telegraphie
1048
Heber-Schreibapparat
1045
Heilkunde, elektrisches Licht in der
770
Heliogravure
821
Hermesfeuer
157
Herstellung der Formen
812
Herstellung der Glühlicht- lampen
628
Herstellung der Druckplatten für Kartenwerke
821
Herstellung von Kolossal- figuren
819
Hilffignale
1072
Hintereinanderschaltung
196
Holzschnitte, Coviren der
823
H
ô
tel-Telegraphie
1048
Horse-power
452
Hughes-Apparat
1017
Hughes-Apparat, Uebertra- gungsvorrichtung
1022
Hydro-Elektrisirmaschine
102
I
dioelektrische Körper
64
Impulsionsstrom
886
Inclination
5
,
39
,
57
Inclinatorium
57
Incrustationen
807
Indicator
929
Indifferenzzone (bei elektr. Vertheilung)
82
Indifferenzzone, magnetische
38
Induction
285
, elektrische Arten der
228
, Entdeckung der
34
, Gesetze der
298
Inductionsapparat
nach Du Bois-Reymond
301
, nach Ruhmkorff
302
, Wir- kungsweise
303
Inductionsströme, Entstehung der
288
Inductionsströme, durch den Erdmagnetismus
295
Inductionsströme höherer Ordnung
294
Inductionsströme, Wirkungen der
306
Induction, unipolare
297
Inductionswage
970
Seite
Inductive Stromabzweigung
578
Inductorium, großes nach Ruhmkorff
304
Inductorium, s. Inductions- apparat.
Influenzelektricität
62
,
82
,
84
Influenz, magnetische
41
Influenzmaschinen (Töpler)
105
Influenz, Theorie der
85
Influenzmaschine von Carr
é
111
Innenbordbeleuchtung, elek- trische
759
Intensität des galvanischen Stromes
192
Intensität, magnetische
52
Intensität, magnetischen, Messung der
59
Intercommunicationssignale
1073
Intermittirender Strom
886
Internationales elektrisches Maßsystem
451
Interruptoren
224
Interruptor, Roget’s
256
Interruptor, siehe Unter- brecher.
Isoclinen
59
Isogonen
56
Isolator
67
Isolatoren
583
J
ablochkoffkerze
607
Jack-Kaifes
929
,
932
Jonen
243
Justiren der Münzplättchen
810
Juwelen, leuchtende
733
K
abellegungen
999
Kabel-Telegraphie
999
,
1041
Kalte-Erzeugung durch den galvanischen Strom
234
Kactenwerke, Herstellung der Druckplatten der
821
Kathion
243
Kathode
243
Kehlkopfspiegel
770
Kerzen elektrische
686
Kerze,
Erfindung der
607
, von Binks
603
, Jablochkoff
607
,
686
, Jamin
690
, Morin
689
, Werdermann
686
, Wilde
689
Kette, galvanische
161
Kette, galvanische, siehe auch Element.
Klappenschrank
933
Kleist’sche Flasche
117
Kleist’sche Flasche, Franklin- sche Theorie der
17
Klemmschrauben
505
Klingel
921
,
1020
, polarisirte
922
Klinkenumschalter
932
Kohlen für Bogenlampen
699
Kohle für Elemente
502
Kohlenbügel, unter dem Mi- kroskope
330
Kohlentelephon
891
,
904
Kolossalfiguren, Herstellung von
819
Kometentheorie, elektrische
327
Kraftlinien, elektrische
89
, magnetische
290
Krahn, elektrischer
860
Kraftübertragung,
Ein- fluß der Entfernung auf die
840
, elektrische
825
, erste öffentliche
835
, im Berg- und Tunnelbau
85
3
, praktische Anwendung der
836
,
843
, Vorgänge bei der
836
, Vor- theile der
841
Seite
Kreispolarisation
284
Kreisstrich
48
Kriegsschiffen, elektr. Licht auf
754
Krokodill-Contact
1076
Kronentelephon
903
Kugelsonde, elektrische
971
Kugelspiel, elektrisches
148
Kupfergewinnung auf elek- trischem Wege
791
Kupferoxyd-Element
474
Kupfervlatten, Verstählen der
822
Kupferstichplatten, Repcoduc- tion von
823
L
aden der Secundärelemente
545
Ladung der Leitung
1041
Ladungscückstand, Entdeckang des
15
Läute-Inductor
345
Lamellenmagnet (Jamin)
50
Lampen, Aufhängehöhe, Ver- theilung und Zahl
708
, die ersten für elektrisches Licht
598
, Eintheilung der
613
, für elektrisches Licht: siehe auch Regulatorlampen, Glühlichtlampen, Halb- glühlichtlampen u. Kerzen; Kohlen
709
, mit gegenein- ander geneigten Kohlen
692
, tragbare
768
Lampe von
Clerk
694
, G
é
rard
693
, Heinrichs
697
, Rapieff
692
, Soleil
694
, Staite
692
Laternenuhr
1060
Legirungen für Formen
813
Leimformen
814
Leiter erster und zweiter C
l
asse
170
Leiter, Reihe der elektrischen
69
Leiter und Nichtleiter, Ent- deckung der
11
Leitung
des Stromes für elektrische Bahnen
850
, für starke Ströme
581
. Her- stellung
583
, Ladung
1041
, Material
580
,
940
, von Edison
584
, Vorschriften für Anlegung der
587
, siehe auch Telephon-Leitungen.
Leitungsfähigkeit des Selen
971
Leitungsfähigkeit, Eatdeckung der
12
Leitungsvermögen, specifisches
204
Leitungswiderstand, siehe Widerstand.
Leuchten, Entdeckung des elektrischen
9
Leuchten, elektrisches, ver- dünnter Gase
10
Leuchttyürme, elektrisches Licht für
750
Leydener Flasche
14
,
117
, siehe auch Kleist’sche Flasche.
Licht, elektrisches
596
, auf Straßen und Plätzen
762
, bei Berg- und Tunnel- bauten
740
, Geschichte
596
, im Eisenbahnwesen
745
, im Seewesen
749
, in der Heilkunde
770
, in Häfen
761
, in hygienischer Be- ziehung
718
, in Theatern
725
, in Werkstätten und Fabriken
734
, praktische Anwendungen
725
, trans- portables
766
, und Gas- licht
717
Lichtbogen, Entdeckung des
597
Seite
Lichtbogen-Pjerdestärkemesser
260
Lichtbüschel, elektrisches
142
Lichteinheiten
711
Lichtenberg’sche Figuren
23
,
150
Lichtmessung in München
716
Lichtstärke des Valtabogens
239
Lichtstärke, Messen der
711
Lichtwirkungen durch elek- trisch; Entladungen
141
Lichtwirkungen des galvani- schen Sordmes
235
Linien-Läutewerk v. Leopolder
1069
Liniensignale, durchlaufende
1068
Linienwechsel
1015
Lithos herakleia
4
Locomotwlampe
681
,
748
Luftthermometer, elektrisches
139
Lynkurion
6
M
agazin, magnetisches
50
Magnesium-Darstellung
793
Magnet,
abnormer
49
, Con- stitution
44
, Drehung der Polarisationsebene
283
, Er- zeagung
46
, künstlicher
37
, nach Hughes
1019
, natür- licher
37
, Rotation
275
, Wirkung
40
, Wort- erklärung
4
, zu diamagne- tischen Versuchen
280
Magnete, Schaltungsweise der
448
Magnete, Tragkraft der
49
Magnetelektrische Maschinen, Allgemeines
444
Magnetische
Curven
44
, Einwirkung auf elektr. Licht
313
, Fernwirkung
51
, In- flueazwirkung
42
, Intensi- tät
52
, Kraftlinien
290
, Ver- theilung
41
, Reinigung der Porzellanmassen
787
, Sät- tigung
48
, Schirmwirkung
290
Magnetischer
Aequator
59
, Karren
5
Magnetisches
Feld
90
, Magazin
50
, Tönen
279
, Ver
h
alten von Flüssigkeiten
282
Magnetisicende Kraft
277
Magnetisirende Kraft eines Solen
o
ides
286
Magnetismus,
Amp
è
re’s Theorie
269
, Geschichte
4
, Grunderscheinungen
37
, per- manenter
44
, temporärer
44
, Theorie des
42
Magnetkrystallkraft
283
Magnetnadel, Ablenkung der
29
,
273
Magneto-Induction
288
Magnetometer
52
Magnetpole
38
Marine, elektr. Licht bei der
749
Maschine, elektrische,
All- gemeines: Bestandtheile
454
, constante Klemmspannung
563
, Diagramm
455
, Ge- schichte
340
, Güteverhältniß
451
, Messungen
453
, pri- märe
836
, Schaltung
448
,
558
, secundäre
836
, Ströme
446
, Unkehrbarkeit
834
, Verbindung
457
, Verglei- chung
842
, Wärme-Erzeu- gung
449
, Widerstand
449
; siehe auch: Compound- M
a
schine, Unipolarmaschine und W
e
chselstrom-Maschine.
Maschine
Alliance
344
,
36
Urbanitzky:
Elektricität. 69
Seite
Maschine
von Bürgin
381
, Brush
378
, Clarke
343
, Edison
390
,
442
, Elphin- stone u. Vincent
399
, Fein
376
, G
é
rard
423
, Gordon
429
, Gramme
362
,
368
,
370
,
372
,
705
,
795
, Gülcher
375
, Heinrichs
377
, Hjorth
347
, Kravogl
358
, Ladd
354
, M
é
ritens
361
, Pacinotti
355
, Pixii
341
, Ritchie
343
, Saxton
343
, Schuckert
373
,
374
, Schwerd-Scharnweber
382
, Siemens
351
, Siemens u. Halske
383
,
389
,
704
, Sinsteden
345
, Stöhrer
343
, Van Malderen
344
, Weston
394
,
798
, Wilde
345
Maschine, rheostatische
538
Maßflasche, Lane’sche
121
Maßregeln gegen Feuers- gefahr
709
Maßsystem, elektrisches, inter- nationales
451
Maßsystem, mechanisches oder absolutes
214
Matrize
812
Matrizen für Buchdrucker- lettern
824
Mattbrenner
804
Mechanisches Maßsystem
214
Melde-Apparate, automatische
1053
Messer der Lichtstärke
711
Mechanische Wirkungen des galvanischen Stromes
253
Mechanische Wirkungen elek- trischer Entladungen
147
Medaillen, Reproduction von
817
Medicinische Zwecke, Batterien für
515
Meridian, magnetischer
39
Mercurialischer Phosphor
10
Messung
an Maschinen
453
, der Elektricität
76
, der Fortpflanzungsgeschwindig- keit der Elektricität
135
, der Stromstärke
216
, des Wider- standes
207
Mikrophon
890
,
904
Mikrophon
von Ada
911
, Berliner
891
,
906
, Bert u. d’Arsonval
911
, Blake
909
, Boudet
912
, Croßley
910
, de Loch
t
-Labye
909
, Dunaud
917
, Gower
911
, Heller
908
, Hughes
892
, Lüdtge
891
, Machalski
910
, zu ärztlichen Zwecken
967
Militärische Zwecke, Telephon für
963
Minenrettungsapparat
769
Miophon
967
Mörser, elektrischer
138
Morse-Alphabet
1005
Morse-Apparat
1002
Morse-Apparat, Schaltung
1015
Morse-Schlüssel
1011
Morse-Schrift
996
Morse-System
1014
Morse-Apparat, Uebertra- gungsvorrichtung
1021
Morse-Zeichen, Ortswerth
1034
Mühle
1047
Münzen, Reproduction von
817
Münzplättchen, Justiren der
810
Multiplex-Apparat von Meyer
1031
Multiplex-Telegraphie
998
,
1029
Multiplicator
219
Musiktelephone
884
Seite
Musikübertragung, telephoni- sche
890
,
956
Muskelstrom
332
N
adelpaar, astatisches
217
Nadel, thermoelektrische
191
Nadeltelegraph
984
Nadeltelegraph von Cooke \& Wheatstone
990
Naturselbstdruck
824
Neef’scher Hammer
301
Negativ-elektrisch
65
Nervenstrom
334
Nichtleiter
67
Nichtleiter, Reihe der elektri- schen
69
Niello
807
Niveauflächen
89
Nordlicht
158
Nordlichtstörung
267
Normal-Farbschreiber
1008
Normalkerzen
711
Normaluhr
1059
O
ersted’s Versuch
254
Ohm’sches Gesetz
32
,
194
Ohrenspiegel
771
Oscillirende Entladung
131
P
an-Telegraph
998
Pan-Telephon
909
Parallelschaltung
197
Paramagnetismus
38
Partial-Entladungen
128
Peltier’s Versuche
233
Pendel, magnetisches
38
Perlschichtung
312
Perpetuum mobile,
elektri- sches
180
Pferdekraft
452
Pflug, elektrischer
864
Phonelektrischer Strom
875
Phonisches Rad
874
Phonograph
980
Phonophor
910
Phosphorescenz - Erscheinun- gen in Geißler’schen Röhren
319
Phosphor, mercurialischer
10
Phosphorescenzlampe
321
Photometer
von Ayrton \& Perry
713
, Bunsen
712
, Edison
712
, Foucault
712
Photometrie
711
Photophon
971
Photophor
771
Physiologische Wirkungen der Elektricität
153
Plant
é
-Element
530
Platiniren der Elektroden
506
Plücker’sche Fläche
315
Polarisation
250
,
528
,
795
Polarisation, dielektrische
115
Polorisationsebene
284
Polarisationsebene, Drehung der, durch den Magnet
284
Polarisationsstrom
250
Polarisirter Farbschreiber
1009
Polarlicht, Erdströme und
265
Pole des Magnetes
38
Polizei-Telegraph
961
Polizei-Telephon
960
Ponny-Telephon
903
Porzellanmasse, magnetische, Reinigung der
787
Positiv-elektrisch
65
Potentialdifferenz
90
Potential, elektrisches
89
Potentialgefälle
90
Potentialtheorie, die
88
Seite
Primäre Maschine
836
Princip, dynamisches
346
Projections-Apparat, elektri- scher
732
Projector von Mangin
757
Projector von Schuckert
758
Prony’scher Zaum
453
Prüfungskörper, elektrische
95
Punkttaster
1032
Pyrolusit-Element
473
Pyro-Elektricität
72
Q
uadranten-Elektrometer
63
Quadranten-Elektrometer von Thomson
77
Quecksilber-Luftpumpe
632
Quecksilber-Telephon
914
Quellen der Elektricität
72
R
aasch
334
Radiophon
976
Rad, phonisches
874
Rasselglocken
1050
Raum, dunkler
147
,
308
R
é
ceptrice
836
Rectification des Alkoholes
779
Regulator f. Bühnen-Beleuch- tung
729
Regulatoren für Maschinen- ströme
564
, siehe auch Stromregulatoren.
Regulatorlampen
650
, Archereau
600
, Cance
671
, Chapmann
603
, Crompton
675
, Brush
666
, Foucault
601
, Foucault-Duboscq
650
, Gaiffe
654
, G
é
rard
669
, Gramme
674
, Gülcher
677
, Jaspar
603
,
655
, Lacassagne u. Thiers
603
, Le Molt
602
, Lontin
674
, Mersanne
652
, Pearce
602
, Piette u. Křižik
657
, Roberts
602
, Schmidt
685
, Schulze
668
, Schwerd u. Scharnweber
665
, Sedla- czek u. Wikulill
681
, Serrin
604
,
672
, Siemens u. Halske
662
, Slater u. Watson
603
, Solignac
684
, Tschikoleff
680
, Weston-Möhring
671
, Zipernowsky
664
Reibungselektricität
62
Reibungselektricität, Grund- gesetze der
71
Reinmetallgewinnung durch Elektrolyse
791
Relais
991
,
1012
, ameri- kanisches
1012
, polarisirtes
1013
,
1023
Reliefschreiber
1002
Reproduction von Büsten, Statuen
818
Reproduction von Kupferstich- platten
823
Reproduction von Münzen oder Medaillen
817
Residuum
132
Rheochord (Poggendorff)
208
Rheostat
207
Rheostatische Maschine
538
Richtkraft, magnetische
38
Ringarmatur
355
Röhren (Geißler’sche)
310
Rotation eines Stromes um einen Magnet
274
Rotations-Apparat, dynami- scher
258
Rotations-Apparat für elek- tr
i
sches Licht
313
Seite
Rotationsmagnetismus, Ent- deckung des
32
Ratationsmagnetismus
295
Rotation von Magneten
275
Rückschlag, elektrischer
154
,
157
Rückstand, elektrischer
132
Ruf-Apparate
921
, von Abdank-Abakanowicz
922
, Münch
922
, Weinhold
921
Ruhecontact
1011
Ruhestrom
1006
Ruß-Schreiber
1045
Rußzelle
977
S
andbatterien
464
Sättigung, magnetische
48
Säule, Zamboni’sche
66
Säuren für Batterien
506
Saugwirkung der Spitzen
98
Schaltklotz
586
Schaltung
195
, auf Span- nung
199
, gemischte
198
, im äußeren Stromkreise
199
, im inneren Stromkreise
195
, in der Maschine
448
,
558
Schaltungswesen der Magnete
448
Schaltung von Maron
1023
Schattenbildung durch strah- lende Elektrodenmaterie
323
Scheiben-Elektrisirmaschine
99
Scheibenfigur (Lichtenberg’sche)
153
Schichtung des elektrischen Lichtes
311
Schiffen, elektrisches Licht auf
752
Schirmwirkung, magnetische des Eisens
290
Schlagweite, elektrische Funken
126
Schleifcontact
1053
Schlitten
1018
Schlitten-Apparat von Du Bois-Reymond
302
Schlüssel von Dubois
224
Schmelzen von Draht durch elektrische Entladungen
150
Schnellschreiber
1010
Schraubenklemmen
505
Schreib-Apparat von Meyer
1037
Schreibhebel von Brabender
1007
Schreibklinge
1038
Schweizerumschalter
929
Secundärbatterien
580
Secundärelement,
All- gemeines
251
,
527
, Formiren
523
, Laden
545
, Versuche
535
Secundärelement von
Böttcher
543
, de Calo
543
, Faure
541
, Kabath
541
, M
é
ritens
540
, Plant
é
530
, Schulze
543
, Sellon-Volck- mar
541
Secundärgeneratoren von Gaulard u. Gibbs
578
Secundäre Maschine
836
Secundäre Zuckungen
333
Secundäruhren
1062
Seewesen, elektrisches Licht im
749
Sehen, telegraphisches
978
Selen
971
Selen, elektrisches Verhalten des
70
Selenzelle
972
Sender
888
Sicherheitsmaßregeln gegen Feuersgefahr
587
Signalwesen
1067
Singendes Buch
833
Singender Condensator
883
Sitz und Vertheilung der Elektricität
90
Seite
Soleil-Lampe
694
Solenoid
268
Solenoid, magnetisirende Kraft eines
285
Solenoide, Wechselwirkung zwischen
272
Sonnenflecken, Erdströme und
266
Sonnenlampe
694
Sonometer
968
Spannung, elektrische
90
,
96
Spannung, Schaltung auf
199
Spannungsreihe, elektrische
71
,
167
Spannungsreihen, Gesetz der
168
Spannungsreihe, thermo-elek- trische
188
Specifisches Leitungsver- mögen
204
Specifischer Widerstand des Leiters
195
Spectralröhren
310
Spermaceti-Kerze
711
Sphygmophon
967
Spiegelablesung
220
Spiegelgalvanometer
220
, von Deprez
222
, von Siemens und Halske
221
, von Weber
221
, von Wiede- mann
221
Spindelblitzableiter
925
Spitzenwirkung, die
95
Spitzen, Saugwirkung der
98
Sprechgalvanometer
1041
Springbrunnen, elektrischer
148
Stärke der Maschinenströme
446
Stärke des galvanischen Stromes
192
Statuen, Reproduction von
818
Staubfiguren, Lichtenberg’s elektrische
23
,
150
Stiftgehäuse
1018
Stiftschreiber
1002
Stöpselrheostat
210
Stereotypplatten
824
Strahlende Materie
317
Strahlenfigur (Lichtenberg- sche)
153
Streckentelegraph
1072
Strich, einfacher
46
Strichtaster
1034
Stromableitung v. Gramme- schen Stromsammler
393
Stromableitung vom Weston- schen Stromsammler
399
Stromabzweigung, inductive
578
Strombrecher
798
Strom,
elektrischer
109
, galvanischer
160
, gradueller
954
, impulsiver
886
, inter- mittirender
886
, phonelek- trischer
875
, undulatorischer
886
Stromerregung durch Tempe- raturunterschiede
188
Stromintensität
192
Stromleitung
580
Stromleitung bei elektrischen Bahnen
850
Stromkreis, Schaltungen im inneren
195
Stromleitung, siehe Leitung.
Strommesser
von Carus Wilson
592
, Edison
589
, Ferranti Thompson
592
, Maxim
594
, siehe auch Arbeitsmesser.
Strommeß- und Registrir- Apparate
588
Stromregulatoren
564
Stromregulator
von
Seite
Brush
568
, Edison
571
, Gravier
576
, Křižik
567
, Lane Fox
575
, Maxim
565
, Schwerd u. Scharnweber
576
, Will. Siemens
570
Stromregulirung und Ver- theilung
557
Strom, siehe auch galvanischer Strom.
Stromschwächer
800
Stromstärke
192
Stromstärke, Messung der
216
Stromunterbrecher
224
Stromunterbrecher, siehe auch Interruptor.
Stromvertheilung nach Deprez
560
Stromvertheilung, Reguli- rung und
557
Stromverzweigung
199
Stromwähler
515
Stromwechsler
225
Stromwechsler, siehe auch Commutator.
Stützenverlust
80
Stundensteller
1062
Submariner Finder
970
Summen der Leitungen
942
Substitutionsmethode
212
Sympathische Uhren
1059
Siphon-Recorder
1045
T
ableau-Anzeiger
1051
Tangentenbussole
210
Taster
1011
,
1048
Tasterbussole
1070
Taucher, Telephon für
966
Tausendlichtmaschine von Edi- son
390
Telegraphen-Apparate, auto- matische
1024
Telegraphendraht, Verkupfe- rung von
809
Telegraph
von Gauß- Weber
986
, Morse
994
, Sömmering
983
, Steinheil
988
, sieye auch: chemischer Telegraph, Copirtelegraph, Nadeltelegraph, Typen- drucktelegraph und Zeiger- Telegraph.
Telegraphie
1002
, absatz- weise
1029
, Geschichte
981
, siehe auch Kabeltelegraphie und Multiplex- und Duplex- telegraphie.
Telegraphircontact
1011
Telegraphisches Sehen
978
Telegraphie und Telephonie, gleichzeitige, auf einem Drahte
954
Telephon,
Anlagen
918
, Centrale
947
, chemisches
915
, Concert
890
, Doppelstation
918
, Gestänge
939
, Verbin- dung
896
, Verbreitung
875
Telephon für
Eisenbahn- dienst
965
, Gefechtschießen
963
, Polizeidienst
961
, Taucher
966
Telephon von
Ader
913
,
900
, Arsonval
902
, Ayres
902
, Bell
887
,
889
,
894
, Böttcher
902
, Breguet
914
, Dolbear
916
, Edison
904
, Fein
899
, Gower
898
, E. Gray
888
,
903
, Phelps
903
, Reis
878
, Righi
905
, Schie- beck u. Planz
902
, Siemens u. Halske
897
69*
Seite
Telephonische Musikübertra- gung
956
Telephonleitungen
938
, Aufbringen
942
, Blitz- ableiter
943
, Blitzgefahr
939
, Einführung
943
, Gestänge
940
, in Paris
945
, Mate- riale
940
, Störungen durch Induction
943
, Tönen
941
, unterirdische
945
Telephonstation von
Ader
928
, Böttcher
927
, Locht-Labye
928
, siehe auch Fernsprechstation.
Telephon und Mikrophon im Vorpostendienste
964
Telephonie, Geschichte der
876
Telephonie und Telegraphie, gleichzeitige, auf dem Drahte
954
Telephot
978
Tenacität
105
Terrassenbatterie
509
Theater, elek
t
risches Licht im
725
Theater, Feuermelder
1054
Theilung des elektrischen Lichtes
605
Theilungslicht
608
,
723
Theorie
der Elektricitäts- erregung
162
, der Elektro- lyse
252
, der Influenz
85
, des Magnetismus
42
,
269
Thermobatterien
190
Thermo-Elektricität
188
Thermo - Elektricität, Ent- deckung der
32
Thermo-elektrische Nadel
191
Thermo - elektrische Span- nungsreihe
188
Thermo - Element
189
,
551
, siehe auch Thermosäule.
Thermophon
918
Thermosäulen
191
,
551
, von Clamond u. Mure
552
, Bunsen
551
, Hauck
555
, Markus
551
, No
ë
554
Thierische Elektricität
330
Thürcontacte
1053
Tönen der Leitungen
941
,
942
Tönen, galvanisches
279
,
876
Torpedoboote, elektrisches Licht zur Abwehr der
756
Torsions - Elektrometer von Kohlrausch
76
Torsions-Mikrophon
917
Torsionswage, elektrische
23
Tourenzähler
453
Tragkraft der Magnete
49
Transmitter, s. Mikrophon.
Traumatoskop
771
Translations-Regulatoren
1062
Trockene Säulen
180
Trog-Element
487
Trommelmaschine
359
Turmalin, elektrisches Ver- halten des
72
Typen - Drucktelegraph von Hughes
996
,
1017
Typenrad
1017
U
ebertragungsmikrophon
968
Uebertragungs - Vorrichtung
1021
Seite
Uhren, elektrische
1059
, sympa- tische
1059
, von Bain
1059
, von Barraud u. Lund
1062
, Br
é
guet
1060
, Hipp
1062
,
1064
Umkehrbarkeit elektrischer Ma- schinen
834
Undulationsströme
886
Undulator
1045
Unipolare Induction
297
Unipolarmaschine
von Ball
437
, Ferraris
439
, Siemens
438
Unterbrecher, Foucault’scher
303
Unterird. Telephonleitungen
945
V
acuum
633
Verbindung mehrerer Ma- schinen
457
Verbindung zweier Fern- sprechämter
951
Vereinskerze, deutsche
711
Vergleichung der Glühlicht- lampen
638
Vergleichung des elektrischen Lichtes mit der Gas- beleuchtung
717
Vergoldung, galvanische
805
Verkupferung, galvanische
804
Verkupferung von Stahl- Telegraphendraht
809
Verlängerung des Eisenstabes durch Magnetisiren
279
Vermessingen, galvanisches
805
Vermittlungsamt, deutsches
933
Vernickeln, galvanisches
807
Versilberung, galvanische
806
Versilberung, oxydirte
807
Verstählen der Kupferplatten
822
Verstärkungszahl
113
Vertheilung der Lampen
708
Vertheilungs - Apparat nach Rieß
82
Vertheilungs-Elektricität
82
Verticalgalvanoskop
217
Vielfach-Telegraphie
998
,
1029
Voltabogen
236
, Bild
238
, Entstehen u. Verhalten
236
, elektromotorische Gegen- kraft
241
, Entdeckung
597
, Lichtstärke
239
, Verhalten
237
Volta-Element
462
Volta-Induction
288
Voltameter
244
Voltasäule, Erfindung der
28
Voltasäule
178
Volt, das (Einheit)
216
Voltmeter von Ayrton u. Perry
224
Vorbereitung der Formen
815
Vorbrenne
804
W
ächter-Controluhren
1065
Wärme-Einheit
229
Wärmewirkung des galvan. Stromes
227
Wärmewirkungen der Elek- tricität
137
Wärme-Erzeugung in der Ma- schine
449
Wage, galvanoplastische
780
Wagner’scher Hammer
301
Wassermotoren
704
Seite
Wasserstoffsuperoxyd, Bildung durch Elektrolyse
243
Wasserzersetzung durch den galvanischen Strom
241
Wasserzersetzung, elektrischen, Entdeckung der
36
Wasserzersetzungs-Apparat
242
Wechselströme und gleich- gerichtete Ströme
724
Wechselstrom-Maschine,
Allgemeines
444
, von Fer- ranti Thomson
417
, Ganz u. Co.
432
, G
é
rard
429
, Gramme
404
, Siemens u. Halske
409
, Zipernowsky
408
, siehe auch Maschinen.
Wechseltisch
929
Wechselwirkung zwischen So- lenoiden
272
Wecker
921
Weckercontact
924
Wecker mit Selbstunter- brechung
1020
Weckvorrichtung
898
Wecker-Vorrichtungen
1020
Weiche, elektrische
852
Wellenströme
886
Werkblei-Entsilberung
792
Wetterleuchten
157
Wheatstone’sche Brücke
204
Wheatstone’sche Brücke, Wider- standsmessung mit der
213
Widerstandes, Messung des
207
Widerstand, innerer, der Ma- schine
449
Widerstandseinheit
267
Widerstandskasten von Sie- mens
209
Widerstand, specifischer
195
Widerstandstaster
1071
Wind, elektrischer
96
Wirkungen der Inductions- ströme
306
Windräder
705
Wirkung der elektrischen Ent- ladung
123
Wirkungsweise der Elektrisir- maschine
100
Z
ahlenblanktaste
1017
Zeigertelegraph Cooke
992
Zeittelegraphie
1059
Zeigertelegraph von Wheat- stone
992
Zeigerwerke, elektrische
1059
Zeigerwerk, elektrisches, siehe Uhren.
Zerlegtafel
133
Zerstreuung der Elektricität
80
Zinke, Amalgamiren der
505
Zink-Ammoniaksalz-Elemente
484
Zink - Salzwasser - Kohle- Element
483
Zitteraal
335
Zitterrochen
335
Zitterwels
334
Zugdeckungs-Signale
1077
Zünd-Apparate, elektrische
138
Zündbatterien
524
Zugstein
6
Zugstelegraph
1072