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Verfahren zur Umwandlung der statischen Elektrizität der Atmosphäre
in Wechselstrom hoher Frequenz. Nach der Anordnung gemäß dem Hauptpatent werden
einzelne S'ammelb@allons auf äquidistanten, über das ganze Land verstreuten Stationen
;unter sich unmittelbar metallisch oder mittels Zwischenschaltungen geeigneter Kondensatorenbatterien
durch Hochspannungsleitungen, von der Erde isoliert verbunden. Die statische Elektrizität
wird durch eine Funkenstrecke in dynamische Energie hoher Schwingungszahl umgewandelt
und kann in solcher Form durch geeignete Schaltungsweise unter Beachtung verschiedener
Vorsichtsmaßregeln nach besonderer Regelung als Energiequelle verwendet werden.
Die von den Sammlerballons herabführenden Leitungen waren bisher durch eine Ringleitung
verbunden, ohne daß diese endloseVerbindung, die als endlose Induktionsspule aufgefaßt
werden kann, eine Wirkung auf das Gesamtleitungssystem ausüben konnte.
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Es wurde nun -gefunden!, dla.ß, wenn die die Antennensammlersballons
untereinander verbindende Netzleitung nicht als einfache Ringleitung ausgeführt,
sondern am besten über eine Kondensatorenbatterie oder Funkenstrecke oder auch durch
Lieben- oder sogenannte Audionröhren spulenförmig kurzgeschlossen wird, das Gesamtsammelnetz
ganz neue Eigenschaften aufweist. Die Sammlung von atmosphärischer Elektrizität
wird dadurch nicht nur gesteigert, sondern es kann auch leicht in dem Sammlernetz
ein Wechselfeld erzeugt werden; außerdem können sogar die in höheren Schichten sich
zeigenden atmosphärischen-elektrischen Kräfte durch Induktion direkt gewonnen werden.
In Abb. i bis 3 ist die Ausführungsform gezeichnet, an Hand derer die weiteren Unterlagen
des, Verfahrens näher erläutert -werden.
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In A:bb. i sind i, 2, 3, q. Sammelballons aus Metall, 5, 6, 7, 8 deren
metallische Antennenleiter und I das eigentliche Sammlungsnetz. Dieses besteht aus
fünf Windungen und ist auf Hochspannungsisolatoren montiert, und zwar in der Luft
auf Hochspannungsmasten (oder auch bei geeigneter Kabelausführung in die Erde gebettet).
Eine Windung -besitzt einen Durchmesser von i bis ioo km oder mehr. S und S, sind
zwei Schutzelektromagnete, F die zweite Sicher ungsstrecke gegen Überspannungen,
E deren Erdleitung und E, die Erdleitung der Arbeitsstrecke. Durch Ziff.9 bis 18
ist eine besondere, noch näher zu erörternde Einschaltungsweise einer Vakuumgitterröhre
zur Umformung der atmosphärischen Elektrizität in ungedämpfte Schwingungen gewünschter
Wechselzahl bezeichnet.
Wenn durch die vier Ballonsammler eine Aufnahme
von atmosphärischer statischer Elektrizität erfolgt, so muß der Strom, um. zur ErdverbindungE,
zu gelangen, das Sammlungsnetz spiralförmig über Elektromagnet S, primäre Induktionsspule
9, Leitung 14, Anode A der Audionröhre, Glühkathode K durchlaufen, da der Weg über
dien Elektromagneten S1 und die Sicherungsfunkenstrecke F einen erheblich größeren
Widerstand aufweist. Dadurch, daß der gesammelte Strom in einer Richtung durchläuft,
wird ein elektromagnetisches Wechselfeld im Innern -der Sammelrietzspule erzeugt,
wodurch die gesamten freien Elektronen im Innern der Spule mehr oder weniger gerichtet
werden. Dadurch wird aber eine erhöhte Ionisation der Atmosphäre hervorgerufen.
Dies hat wiederum zur Folge, daß die auf den Sammlerballons aufmontierten Spitzen
einen erheblich niederen Spitzenwiderstand aufweisen und deshalb erhöhte stille
Entladungen zwischen den Spitzen auf den Ballons und der umhüllenden Atmosphäre
hervorgerufen werden. Der Erfolg dieser Erscheinung ist ein erheblich erhöhter Sammlungseffekt.
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.Eiei zweiter auf anderem Wege nicht zu erzielender Effekt wird dadurch
erreicht, daß das elektromagnetische Wechselfeld, das senkrecht zum Erdboden verläuft,
mehr oder weniger-entweder verkleinernd oder vergrößerndauf das erdmagnetische Feld
einwirkt, wodurch bei Stromschwankungen in der Samm" lerspule stets ein Rückinduktionsstrom
mit umgekehrtem Vorzeichen durch Erdmagnetismus hervorgerufen wird. Wenn nun aber,
wie weiter gezeigt wird, in obigem Sammlungsnetz I ein stetig pulsierendes, beständiges
Wechselfeld erzeugt wird, so bildet sich auch in der Sammelnetzspule eint Wechselstrom
derselben Periode. Da ferner auch dasselbe Wechselfeld in den Antennenballon übergehen
wird, so wird dadurch dessen Spitzenwirkung erheblich heruntergedrückt, dagegen
die Koll'ektorwirkung erheblich erhöht. Ferner wird der Vorzug noch darin bestehen,
d'aß positive Elektronen, die sich auf den Metallflächen sammeln, bei der Umwandlung
in dynamischen Strom ein sogen%anntes Potentialgefälle der Kollektorfläche hervorrufen.
Da ein Wechselfeld vorhanden ist, so werden bei der Entladung der Kollektorfläehe
die die Sammelflächen umgebenden negativen Ionen auf Grund des Induktionsgesetzes
eine Induktion umgekehrten Zeichens auf der Köllektorfläche hervorrufen usw. (also
wieder eine positive Ladung).
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Außer den oben angegebenen Vorteilen erlaubt die Ausführung von Verbindungsleitungen
in Spulenform bei genügend großem Durchmesser eine Ausnutzung auch der in höheren
Sphären auftretenden Energieerscheinungen in einfachster Weise. Bekannterweise gehen
in großen Höhen sehr oft elektrische Entladungen vor sich, die man als Wetterleuchten
oder Polarlicht beobachten kann. Diese Energien konnten aber bis heute nicht ausgenutzt
werden. Durch die Erfindung können nun alle diese Energiearten, da sie elektromagnetischer
Natur sind und die Achsenrichtung der Sammelspule senkrecht zur Erdoberfläche steht,
mehr oder weniger aufgenommen werden, ebenso wie ein Empfänger der drahtlosen Telegraphie
aus weiter Ferne kommende Wellen aufnimmt. Je größer der Spiraldurchmesser ist,
eine desto größere Energiemenge kann auch aufgenommen werden.
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Es ist bekannt, daß große Senderkapazitäten in Sommermonaten sowie
in den Tropen sehr oft einen Empfang der Zeichen infolge von Störungen, die durch
atmosphärische Elektrizität verursacht werden, unmöglich machen; und dies geschieht
schon bei vertikalen Spulen von nur 40 bis ioo m Durchmesser. Verwendet man dagegen
horizontale Spülen von i bis ioo Ion: Durchmesser, so können durch die in der Atmosphäre
beständig erfdlgenden Entladungen sehr starke Ströme wahrgenommen werden. Besonders
in den Tropen oder noch besser in Polargegenden, wo beständig das Polarlicht vorhanden
ist, können voraussichtlich große Energiemengen auf diese Weise gewonnen werden.
Am besten dürfte eine Spule mit mehreren Windungen wirken. In gleicher Weise dürfte
jede Veränderung des Erdmagnetismus auf eine solche Spule induktiv wirken. Es ist
gar nicht ausgeschlossen, da@ß auch Erdbeben und Sonnenprotuberanzen in solchen
Sammlerspiralen genügender Größe eine Induktion hervorrufen werden. In gleicher
Weise wird diese Sammlerleitung -auf Erdströme, besonders wenn die Leitung nahe
der Erdoberfläche oder in die Erde gebettet ist, reagieren. Indem man die früheren
Stromsammelarten, soweit sie für das neue System geeignet sind, mit den neuen Stromgewinnungsmöglichkeiten
vereinigt, werden die in Form von Elektrizität zu gewinnenden freien Naturenergiemengen
erheblich vergrößert.
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Um gleichmäßige Stromschwankungen ungedämpfter Natur in der neuen
Sammlerspule zu erzielen, werden statt der früher bekannten Funkenstrecken sogenannte
Audionhochvakuumröhren in geeigneter Schaltung verwendet (Abb. i Ziff. 9 bis i8).
Der Hauptantennenstrom läuft über Elektromagnet S (der bei hoher Wechselzahl nicht
hier, sondern in die Erdleitung E., eingeschaltet wird) und kann über die primären
Spulen der Induktionswicklung durch Leitung i4 zur
Anode Il der
Hochvakuurngitterröhre geführt werden. Parallel dem Induktionswiderstanc19 ist eine
geeignet große, regelbare Kapazität, der Kondensator i i, eingeschaltet. In dem
unteren Teil der Vakuumgitterröhre ist der Glühfaden der Kathode K eingeschmolzen,
der durch Batterie B gespeist wird. Von der Batterie B gehen zwei Abzweigungen:
eine zur Erdleitung E, eine über Batterie B, sekundäre Spule io zu der Gitteranode
g im Hochvakuumrohr. Man kann auch durch die punktiert gezeichnete Schaltungsweise
über die von der Hauptstromleitung .abgezweigte Leitung 17, Schalter 16, über einige
kleine, in Reihe geschaltete Kondensatoren (a, b, c, d)
und Leitung 18 eine
gewünschte Spannung an der Gitterelektrode g erzeugen, ohne 'daß die Batterie B1
benötigt wird.
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,Die Wirkungsweise des ganzen Systems ist etwa folgende: Beim Kurzschließen
der Verbindungsleiter dies Antennensammlernetzes -zur Erde wird der Kondensatorpol
i i geladen, und es. entstehen in dem aus dem Kondensator i i und der Selbstinduktionsspule
9 bestehenden kurzgeschlossenen Schwingungskreis schwach gedämpfte Schwingungen.
Infolge der Koppelung durch Spule io finden in denn: Gitterpreis 15 am Gitter Spannungsschwankungen
in demselben Rhythmus statt, die ihrerseits wieder die Stärke des durch das Hochvakuumverstärkerrohr
gehenden Elektronenstromes beeinflussen und so Stromschwankungen von demselben Rhythmus
im, Anodenkreis erzeugen. Infolgedessen findet eine dauernde Energiezufuhr zu den
Schwingungskreisen g und io statt, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt,
in welchem die verbrauchte Schwingungsenergie gleich der aufgenommenen ist. Dadurch
werden nun im Schwingungskreis 9 bis i i beständige, urgedämpfte Schwingungen erzeugt.
Für eine regelmäßige Arbeit solcher Schwingungserzeuger sind Hochvakuumverstärkerröhren
nötig, auch ist es erforderlich, daß die Gitter- und Anodenspannung einen Phasenunterschied
von i80° haben, so daß, wenn das Gitter negativ, die Anode positiv gelä.den ist
und' umgekehrt. Dieser nötige Phasenunterschied kann durch die verschiedensten Schaltungen
erreicht werden, z. B. durch Verlegen des Schwingungskreises in den Gitterkreis
oder auch durch Abtrennung des Schwingungskreises und induktive Koppelung mit den
Anoden und dem Gitterkreis usw.
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Als zweiter wichtiger Faktor bei dieser Art von Umwandlung statischer,
atmosphärischer Elektrizität in ungedämpfte Schwingungen ist zu beachten, daß Gitter-
und Anodenspannung ein .bestimmtes Verhältnis zueinander haben; letzteres kann-
durch Veränderung der Koppelung und passende Wahl der Selbstinduktion im Gitterkreis
oder, wie durch die punktierte Linie 18, 17, 16 angegeben, durch eine 'mehr oder
weniger große Zahl in Reihe ,geschalteter Kondensatoren geeigneter Größe erzielt
werden; hierbei kann die Batterie B1 fortfallen. Bei geeigneter Wahl des Gitterpotentiales
findet zwischen dem Gitter g und der Anode .A eine Glimmentladung statt, dementsprechend
am, Gitter ein Kathodenfall und -clunkelraum entsteht. Die Größe dieses Kathodenfalles
wird' durch -die Ionen beeinfiußt, die im unteren Räum, infolge Stoßionisation von
der Glühkathode K emittiert werden und durch das Gitter in den oberen Rawn hineintreten.
Anderseits ist die Zahl der durch das Gitter hindurchtretenden Ionen von der Spannung
zwischen Gitter und Kathode abhängig. Führt also die Gitterspannung periodische
Schwankungen (wie in vorliegen-(lern Fall) aus, so schwankt die Größe des Kathodenfalles
am Gitter und damit auch entsprechend der innere Widerstand der Röhre, und es sind,
wenn eine Rückkoppelung des Speisestromes mit dem Gitterkreis vorhanden .ist, die
nötigen Bedingungen gegeben, um urgedämpfte Schwingungen zu erzeugen und Strom nach
Bedarf aus dtr Sammelleitung abzunehmen. Die Frequenz der erzeugten urgedämpften
Schwingungen ist bei entsprechend loser Koppelung gleich der Eigenfrequenz der Schwingungskreise
9 und io. Durch passende Wahl der Selbstinduktion der Spule 9 und, Kapazität i i
kann man von Frequenzen, die elektromagnetische Schwingungen von nur einigen Metern
'Wellenlänge erzeugen, bis zu den niedrigsten der technischen Wechselströme gelangen.
Für größere Anlagen kann eine beliebige Anzahl von Frequenzerzeugerröhren, in Form
der bekannten Hochvakuumsenderröhren von o,5 bis a kW Größe, parallel geschaltet
werden, so daß in dieser Hinsicht keine Schwierigkeit vorhanden ist.
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Die Verwendung solcher Röhren zur Erzeugung von urgedämpften Schwingungen,
ebenso die Bau- und Einschaltungsart solcher, Senderröhren in einen Akkumulator-
oder Dynamokreis ist bekannt, auch, daß solche Schwingungserzeugerröhren nur gut
bei Spannungen von iooo bis 40,00 Volt arbeiten, dagegen ihre Verwendung bei niedrigen
Spannungen erheblich erschwert ist. Durch Anwendung hochgespannter statischer Elektrizität
ist diese Art der Erzeugung von urgedämpften Schwingungen gegenüber dr durch Funkenstrecken
als ideale Lösung zu betrachten, besonders für kleinere Anlagen von i bis ioo kW-Stunden
Stärke. Es war nicht bekannt, daß solche Senderröhren zur Umwandlung statischer
oder atmosphärischer
Elektrizität früher verwendet werden konnten
und wie man dieselben einschaltet, da hier kein kurzgeschlossener Stromkreis vorhanden
ist. Gleichfalls «-ar nicht vorauszusehen, wie die außerordentlich großen Spannungen
wirken und wie man diesen Apparat vor Blitzschlägen usw. schützt. Durch Anwendung
von Sicherungsfunkenstrecken mit Einschaltung von Elektromagneten wird nicht nur
der Kurzschluß verhütet, sondern auch die Stromabnahme geregelt.
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In obiger Weise eingeschaltete Schwingungserzeuger bilden ein beständig
wirkendes elektromagnetischesWechselfeld in der Sammlerspule,wodurch, wie schon
oben gesagt, ein erhöhter Sammeleffekt stattfindet. Die Abnahme- oder Arbeitsleitung
wird bei 12 und 13 angeschlossen. Es kann aber auch eine Abnahme durch eine
sekundäre Spule erfolgen, die irgendwo innerhalb der großen Sammlerspule, also in
deren elektromagnetischem Wechselfeld fest oder beweglich aufmontiert ist, sofern
nur ihre Achsenrichtung parallel zu der der Hauptstromsammlerspule verläuft.
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Bei Erzeugung ungedämpfter Schwingungen hoher Wechselzahl (50
000 pro Sekunde und höher) in dem Schwingungskreis 9 und i i müssen, wenn
die hohen Schwingungen nicht in die Sammlerspule dringen sollen, zwischen den Schwingungserzeugern
und der Sammlerspule die Elektromagnete S und S, eingeschaltet werden. In allen
.anderen Fällen «-erden dieselben kurz vor dem Erdschluß eingeschaltet (wie in Abb-.
2 und 3).
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In Abb. 2 ist eine zweite Ausführungsart der Verbindungsleitung der
Ballonantennen in Spulenform dargestellt. Der Hauptunterschied besteht darin, daß
außer der Ver'l)indungsleitung I noch eine weitere Ringleitung I1 auf den Hochspannungsmasten
isoliert in der Luft (oder als Kabel in die Erde gebettet) parallel zu der ersteren,
beide aber in Spulenform vorgesehen sind. Die Verbindungsleitung der Ballonantennen
wird als primäre Leitung oder auch als Stromerzeugernetz bezeichnet; die andere
ist das Verbrauchernetz und ist nicht oder nur in unipolarer Schaltung mit dem Stromerzeugernetz
verbunden. In Abb. a ist das Stromerzeugernetz I mit drei Ballonsammlern r, a, 3
und Antennenleitern d., 5, C dargestellt; es ist durch den Kondensator i9 über den
Induktionswiderstand 9 kurzgeschlossen. Der schwingungsbildende Kreis besteht bei
diesem Schema aus der Funkenstrecke f, dem Induktionswiderstand io und dem Kondensator
i i ; die Erdleitung wird durch F1 über den Elektromagneten S, hergestellt. F ist
eine Sicherungsfunkenstrecke, die gleichfalls über einen zweiten Elektromagneten
S bei E zur Erde abgeleitet wird. Bei Einschaltung des Kondensatorkreises r i ladet
sich dieser über die Funkenstrecke f, wodurch eine oszillatoris.che Entladung gebildet
wird. Dieser Entladungsstrom wirkt durch die Induktionsspule io auf die induktiv
gekuppelte zweite Induktionsspule 9, wodurch in dem, Erzeugernetz eine Veränderung
des Potentials des Kondensators i9 hervorgerufen wird. Dies hat zur Folge, daß in
dem spulenförmigen Erzeugernetz Schwingungen auftreten. Diese Schwingungen induzieren
im. ' sekundären Kreis II, der eine geringere Windungszahl und einen geringeren
Widerstand besitzt, einen Induktionsstrom, dessen Spannung -je nach dem Verhältnis
der Zahl der Windungen und des Ohmschen Widerstandes - erheblich niedriger .ist,
während die Stromstärke größer ist.
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Um die so erhaltenen Ströme in solche ungedämpfter Natur umzuwandeln
und ihre Wellenlänge abzustimmen, wird zwischen den Enden 12 und 13 der sekundären
LeitungII eine genügend große regelbare Kapazität 2o eingeschaltet. Es kann hier
auch ohne Erdleitung Strom entnommen werden, doch ist es ratsam, eine Sicherungsfurnkenstrecke
F,. einzuschalten und diese über den Elektromagneten S, mit der Erde zu verbinden.
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Das Erzeugernetz I kann mit dem Arbeitsnetz II über den induktionslosen
Kondensator 2i oder über den Induktionskondensator 2:2-23 verbunden werden. In diesem
Falle ist die sekundäre Leitung -unipolar mit der Energieleitung verbunden.
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In Aibb. 3 ist die Verbindungsleitung zwischen den einzelnen Sammlerballons
nachdem Autotransfornnatorprinzip ausgeführt. Die Sammlerspule verbindet vier Antennenballons
i, 2, 3, ,a., die Windungen sind nicht nebeneinander, sondern übereinander ausgeführt.
In Abb. 3 ist die Sammelspule I mit dünnem Strich, die metallisch verbundene Verlängerungsspule
II mit dickem Strich gezeichnet. Zwischen den Enden I' und II' des Energienetzes
I ist eine regelbare Kapazität 19 eingeschaltet. Die Leitung I' ist mit der
Arbeitsentnabmeleitung und mit der Funkenstrecke F verbunden.
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Um die atmosphärische Elektrizität umzuformen, bedient man sich zweckmäßig
eines Transformatorensystems, bei dem umlaufende Kondensatorenpaare Verwendung finden,
in welchen die eine Statorfläche B mit dem Hauptstrom, die andere A mit -dem Erdpol
verbunden wird. Zwischen diesen werden kurzgeschlossene Kondensatorenpaare zum Umlaufen
gebracht, von welchen unter Zuhilfenahme zweier Kollektorringe und Bürsten der umgewandelte
Strom entnommen werden kann in Form eines Wechselstromes,
dessen
Frequenz von der Zahl der Pole und der Umdrehungszahl des Rotors abhängig ist. Da
der in dem Rotor gebildete Wechselstrom bei dieser neuen, in der Erfindung beschriebenen
Einschal@tungsweise durch Spule io auf die Induktionsspule 9 einwirken kann, so
wird je nach der Stromrichtung durch Rückinduktion eine Erhöhung oder eine Verminderung
des Speisestromes in I erzielt. Dadurch entstehen Stromschwankungen von gleichmäßigem
Rhythmus in den spulenföranigen Windungen des Erzeugernetzes. Da die Enden dieser
Leitung durch den regelbaren Kondensator i9 kurzgeschlossen sind, so erzeugen diese
Rhythmen in der Energieleitung kurzgeschlossene, ungedämpfte Schwingungen, deren
Periodenzahl und Wellenlänge durch Veränderung der Kapazität i9 je nach Wunsch auf
eine bestimmte Wellenlänge und damit auch auf eine bestimmte Schwingungszahl eingestellt
werden kann: Diese Ströme können durch Leitung Il' und III in dieser Form unmittelbar
als Arbeitsstrom verbraucht werden. Durch Einschaltung des Kondensators 2o kann
aber auch eine Verbindung zwischen diesen Leitungen hergestellt werden, wodurch
harmonische Schwingungen gewünschter Wellenlänge gebildet werden. Hierdurch werden
ganz neue Effekte bezüglich der Stromverteilung erzielt. Die` Abnahme von Strom
kann sogar ohne unmittelbare Drahtverbindungen erfolgen, wenn auf einem beliebigen
Punkt im Innern des Erzeugernetzes (ganz gleich ob dies einen Durchmesser von i
oder ino 'km hat) eine auf diese Wellenlänge abgestimmte Spule gewünschter Kapazität
so in der Luftleitung fest oder beweglich aufmontiert wird, daß ihre Achsenrichtung
parallel zu der der Sanmmelspule ist. In diesem Fall wird in dem Erzeugernetz ein
Strom induziert, dessen Größe von der Gesamtkapazität und Widerstand: sowie von
der verwendeten Periodenzahl abhängig sein wird. Damit ist aber in Zukunft eine
Möglichkeit gegeben, drahtlos dem Erzeugernetz Energie zu entnehmen. Da dabei gleichzeitig
neben der atmosphärischen Elektrizität .auch die erdmagnetischen Ströme sowie die
Energie aus höheren Atmosphären (wenigstens teilweise) gewonnen werden können, so
wird dieses fetzte System für die Sammlung der atmosphärischen Energie von besonderer
Bedeutung für die Zukunft sein.
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Selbstverständlich können überall statt der Funkenstrecken geeignet
einsgeschaltete Gittervakuumröhren als Erzeuger für enge= dämpfte Schwingungen verwendet
werden. Die einzelnen Spulen des Erzeugernetzes mit großem Durchmesser können durch
besondere Leitungen alle parallel, aber auch in Reihe oder gruppeweise in Reihe
zueinander parallel geschaltet werden. Durch Regelung der Schwingungszahl sowie
der Spannungsgröße können mehr oder weniger große Sammlerspulen dieser Art verwendet
werden. Die Spulen ,können auch spiralförmig über den ganzen Querschnitt verteilt
werden. Die Ausführung der Spulen kann in Ringform oder auch in Form eines Drei-,
Vier-, Sechs- oder Achtecks erfolgen.
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Es können selbstverständlich ,auch von einer beliebigen Stelle zur
Mitte oder auch nach seitwärts Leitungen geführt werden, die den Stromwellen als
Richtschnur dienen. Dies ist dann erforderlich, wenn Ströme über Berge und Täler
geleitet werden sollen usw. In allen diesen Fällen muß der Strom in einen solchen
mit hierfür passender Periodenzahl umgeformt werden.