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Elektrostatische Maschine Bei elektrostatischen Maschinen. mit beweglichen,
der Influenz unterliegenden, leitenden Elektrizitätsträgern und mit feststehenden
influenzierenden Erregerpolen sind, wie die z. B. im schweizerischen Patent 266
975 niedergelegten Ergebnisse von Untersuchungen an diesen Maschinen gezeigt
haben, die auf die beweglichen Elektrizitätsträger wirkenden nutzbaren elektrischen
Kräfte proportional der Arbeitsfläche der aktiven Teile dieser beweglichen leitenden
Elektrizitätsträger, der man daher vorteilhafterweise unter Berücksichtigung der
anderen Merkmale der Maschine eine hinreichende Größe gibt.
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Bei den bisher gebauten elektrostatischen Maschinen mit beweglichen
leitenden Elektrizitätsträgern bestehen diese meistens aus flachen Körpern, die
mit den festen Erregerpolen Kondensatoren bilden, die den bekannten ebenflächigen
Kondensatoren ähnlich sind. Daher wird, selbst wenn man bei diesen beweglichen leitenden
Elektrizitätsträgern eine genügend große Arbeitsfläche ihrer aktiven Teile zur bestmöglichen
Ausnutzung der wirksamen elektrischen Kräfte vorsieht, diese Fläche doch im Verhältnis
zur Gesamtfläche eines beweglichen Elektrizitätsträgers im allgemeinen klein bleiben.
Auf diese ebenen Flächen eines flachen beweglichen leitenden Elektrizitätsträgers
wirken nämlich nur nutzlose elektrische Kräfte, da sie senkrecht zu dessen Bewegung
gerichtet sind, während die nützlichen Kräfte nur auf seinen Querschnitt wirken.
Demnach wird die Oberfläche eines solchen beweglichen leitenden Elektrizitätsträgers
in ihrer Gesamtheit schlecht ausgenutzt, weil die elektrischen Kräfte, die auf den
größten Teil
dieser Fläche wirken, bei der Bewegung des beweglichen
Elektrizitätsträgers keine Arbeit liefern und also nicht an dem Vorgang der Energieumwandlung
teilnehmen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische,
als Generator oder Motor verwendbare Maschine mit influenzierenden Erregerpolen
und mit durch diese influenzierten, beweglichen leitenden und voneinander isolierten
Elektrizitätsträgern so zu vervollkommnen, daß der größtmögliche Teil der Oberfläche
der Elektrizitätsträger von nützlichen elektrischen Kräften beeinflußt wird und
somit die Arbeitsfläche dieser Maschinenteile nicht mehr wie bisher viel kleiner
als deren Gesamtoberfläche ist, sondern dieser nahekommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Verwendung von länglichen
leitenden und voneinander isolierten sowie quer zu ihrer Längsachse bewegten Stäben
als Elektrizitätsträgern dadurch gelöst, daß die Stäbe senkrecht zu ihrer Längsachse
je ein ringsum konvexes Querschnittsprofil aufweisen und dabei die Dicke jedes Stabes,
gemessen zwischen zwei ihn berührenden und zu seiner Bewegungsrichtung parallelen
Ebenen, bei beidseitiger Influenzierung der Stäbe gleich oder annähernd gleich dem
doppelten Abstand zwischen einem Stab und dem ihn influenzierenden festen Erregerpol
und gleich diesem Abstand bei nur einseitiger Influenzierung der Stäbe ist.
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Wie sich praktisch gezeigt hat, wird es durch die in dieser Weise
bestimmte Stabdicke in Verbindung mit dem über seinen ganzen Umfang kontinuierlich
konvexen Stabquerschnitt möglich, auf die durch diese Stäbe gebildeten und senkrecht
zu deren Längsachse bewegten leitenden Elektrizitätsträger die größtmöglichen elektrischen
Kräfte zur Einwirkung zu bringen. Der ringsum konvexe Querschnitt der Stäbe kann
dabei über die ganze Stablänge gleichbleibend sein oder sich vom einem zum anderen
Stabende verändern und eine kreisrunde, elliptische oder eiförmige oder sonst eine
durchweg konvex gebogene Umrißlinie aufweisen. Die den Ständer der Maschine bildenden
feststehenden Erregerpole können vorteilhafterweise in einer den stabförmigen Elektrizitätsträgern
des Läufers ähnlichen Formgebung ausgeführt sein.
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Die Zeichnung veranschaulicht die elektrostatische Maschine nach der
Erfindung beispielsweise in mehreren Ausführungsformen. Abb. i gibt schaubildlich
einen käfigartig aus parallelen Stäben zusammengesetzten Läufer für eine elektrostatische
Maschine und Abb.2 dessen Stirnansicht an der Bürstenseite wieder. Abb.3 ist eine
schaubildliche Darstellung eines aus radial gerichteten Stäben gebildeten Läufers
für eine aus Abb.4a und 4b in Stirnansicht und im Achsschnitt ersichtliche elektrostatische
Maschine. Abb. g, 6 und 7 zeigen verschiedene Querschnittsformen für die stabförmige
Ausführung der beweglichen Elektrizitätsträger oder der feststehenden Erregerpole.
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Gemäß Abb. i besteht der Läufer einer elektrostatischen Maschine aus
einer Anzahl von länglichen leitenden Stäben a von über ihre ganze Länge gleichbleibendem
Querschnitt, die gleichmäßig über den Umfang eines Kreiszylinders mit Abständen
verteilt und an zwei auf der Läuferwelle c sitzenden Isolierstoffscheiben b gehalten
sind, so daß das Ganze eine Art von Käfig darstellt, bei dem die Stäbe a unter sich
und zur Läuferwelle c parallel sind. Abb. 3 zeigt einen Läufer für eine elektrostatische
Maschine, der aus leitenden Stäben m von längs ihrer Achse veränderlichem Querschnitt
zusammengesetzt ist, die in einer oder mehreren, z. B. drei Reihen auf einem mit
der Läuferwelle 2 verbundenen isolierenden Zylinderkörper k radial mit Abstand angeordnet
sind. Der zur Stablängsachse senkrechte Querschnitt weist sowohl bei den Stäben
a nach Abb. i als auch bei den Stäben m nach Abb. 3 eine fortlaufend konvexe Umrißlinie
auf.
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Die ,Stäbe;a nach Abb. i'undV'dieTStäbe m nach Abb. 3 bilden die leitenden
beweglichen, der Influenz unterworfenen Elektrizitätsträger einer elektrostatischen
Maschine, deren feststehende, influenzierende Erregerpole in Abb. i und 3 der Übersichtlichkeit
der Darstellung halber nicht veranschaulicht sind. Diese Erregerpole können bei
dem käfigartigen Läufer nach Abb. i nur auf einer Seite der Stäbe a vorgesehen werden
und influenzieren diese daher nur einseitig, während bei dem dreireihigen Läufer
gemäß Abb. 3 zu beiden Seiten einer jeden Stabreihe Erregerpole angeordnet sein
können, so daß eine beidseitige Influenzierung der Stäbe m stattfindet.
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Um die beste Wirkungsweise einer mit einem Läufer nach Abb. i oder
nach Abb. 3 arbeitenden elektrostatischen Maschine zu erzielen, wird erfindungsgemäß
das kontinuierlich konvex verlaufende Querschnittsprofil der zu influenzierenden
Stäbe a bzw. m in ein bestimmtes Verhältnis zu dem diese von den influenzierenden
festen Erregerpolen trennenden Zwischenraum gebracht. Wenn nämlich dieser Zwischenraum
zu groß ist, wird das von der ganzen Maschine eingenommene Volumen schlecht ausgenutzt,
und, ist er zu klein, so verändert sich das von den Erregerpolen erzeugte elektrische
Feld, in welchem die leitenden Läuferstäbe sich bewegen, zu stark vom einen zum
anderen Punkt des Querschnittsprofils eines Stabes, und infolgedessen werden, da
sein Höchstwert durch die Durchschlagsfestigkeit des zwischen den leitenden Elektrizitätsträgern
und den Erregerpolen vorgesehenen, strömungsfähigen Dielektrikums begrenzt ist,
die elektrischen Kräfte und damit die Leistung vermindert.
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Nach der Erfindung wird daher die Dicke jedes der im Querschnitt ringsum
konvexen leitenden Stäbe, gemessen zwischen zwei zu seiner Bewegungsrichtung parallelen
Tangentialebenen, bei dem einseitig influenzierten Läufer nach Abb. i praktisch
gleich dem Abstand zwischen einem Stab und dem ihn influenzierenden Erregerpol und
bei dem beidseitig influenzierten Läufer nach Abb. 3 gleich dem Doppelten dieses
Abstandes gewählt. Der Zwischenraum zwischen zwei in der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgenden
. leitenden Stäben hinwiederum wird vorteilhafterweise zwischen diesen zwei Abstandswerten,
d. h. zwischen dem Ein- und dem Zweifachen des einen Stab von dem influenzieren,9en
Erregerpol trennenden Abstandes angenommen.
Vorteilhafte kontinuierlich
konvexe Querschnittsumrißlinien für die als bewegliche Elektrizitätsträger einer
elektrostatischen Maschine wirksamen leitenden Stäbe sind z. B. das Kreisprofil,
das elliptische Profil mit zur Bewegungsrichtung parallel8r kleiner Achse und mit
einem Achsenverhältnis zwischen 2 und i, das ovale Profil mit zur Bewegungsrichtung
paralleler Symmetrieachse -und mit in dieser Richtung hintenliegendem, stark gekrümmten
Scheitel, das elliptische Profil mit zur Bewegungsrichtung paralleler großer Achse
und mit einem Achsenverhältnis zwischen i und 2.
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Wenn das Profil (vgl. Abb.5) in Richtung der Bewegung abgeflacht ist,
d. h. wenn die der Bewegungsrichtung parallele Achse die kleinste ist, ist es im
allgemeinen vorteilhaft, ein der Ellipsenform sehr angenähertes Profil zu verwenden,
dessen kleine Achse parallel zur Bewegungsrichtung liegt. Wenn das Profil (vgl.
Abb.6) in der Bewegungsrichtung länglich ist, d. h. wenn die zur Bewegungsrichtung
senkrechte Achse die kleinste ist, erweist es sich in der Regel als günstig, ein
Ellipsenprofil zu verwenden, dessen große Achse x parallel und dessen kleine Achse
y senkrecht zur Bewegungsrichtung liegt, das sich jedoch von der Ellipse dadurch
unterscheidet, daß der Krümmungsradius nicht wie bei der Ellipse gleich y2/x im
Scheitelpunkt der großen Achse ist, sondern einen größeren Wert, und zwar über
0,75 y, wenn x/y zwischen i und 2 liegt, und über o,65 y bei zwischen 2 und
3 liegendem x/y aufweist und beim Durchlaufen des Profils vom Scheitelpunkt der
großen Achse an zuerst sehr langsam und dann schneller wächst, um schließlich im
Scheitelpunkt der kleinen Achse einen Wert zu erreichen, der größer ist als der
Ausdruck x2/y, der zur Ellipse mit den Achsen x und y gehört.
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Wenn die Influenzierung der einzelnen als bewegliche Elektrizitätsträger
wirkenden Stäbe unsymmetrisch, d. h. nur einseitig erfolgt, wie es beispielsweise
bei dem käfigartig aus parallelen Stäben gebildeten Läufer nach Abb. i der Fall
ist, wo nur auf der einen Seite der einzelnen Stäbe die sie influenzierenden feststehenden
Erregerpole angeordnet werden können, wird es von Vorteil sein, Stäbe mit einem
Querschnittsprofil zu verwenden, das zu einer der Bewegungsrichtung parallelen Ebene
nicht symmetrisch ist und, z. B. nach Abb. 7, sich aus einem Halbkreis und einer
länglichen Ellipsenhälfte zusammensetzt. Im allgemeinen hat sich ergeben, daß es
zur bestmöglichen Ausnutzung der Erfindung zweckmäßig ist, Querschnittsprofile für
die leitenden Elektrizitätsträgerstäbe zu verwenden, deren Achsenverhältnis nicht
über drei liegt, wobei unter Achsen je tlie Hälfte des Abstandes zweier zur Bewegungsrichtung
paralleler bzw. zu dieser Richtung senkrechter, in der Ebene des Profils liegender
und dieses als Tangenten berührender Geraden zu verstehen ist.
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Damit Stäbe von bestimmtem Profil als leitende bewegliche Elektrizitätsträger
den größtmöglichen nützlichen elektrischen Kräften unterworfen werden können, empfiehlt
es sich, ihnen eine elektrische Ladung von bestimmtem Wert zu geben und auf sie
ein zur Bewegungsrichtung paralleles elektrisches Feld von geeigneter Stärke wirken
zu lassen. Der Wert der Ladung und die Feldstärke können innerhalb bestimmter Grenzen
um optimale Werte schwanken, die vom jeweils gewählten Profil abhängen. Diese Werte
können in jedem Falle durch Untersuchung des elektrischen Feldes in der Nähe der
Stäbe in üblicher Weise durch mathematische, graphische oder andere bekannte Mittel
festgestellt werden, wobei natürlich zu berücksichtigen ist, daß das elektrische
Feld nicht die Grenze überschreiten darf, die der Festigkeit des strömungsfähigen
Dielektrikums entspricht, in welchem die Maschine arbeitet. Im allgemeinen bestimmt
sich der optimale Wert des mittleren elektrischen Feldes parallel zur Bewegungsrichtung
der Stäbe annähernd nach der Formel 0,5 Ein
, worin Ein das maximal zulässige elektrische Feld in dem die Stäbe umgebenden,
strömungsfähigen dielektrischen Medium, v die zur Bewegungsrichtung senkrechte Profilachse,
z die zur Bewegung parallele Profilachse bezeichnen.
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Die jedem Stab auf i cm seiner Länge zu gebende optimale Ladung liegt
im allgemeinen in der Nähe des durch die Formel A # s - Ein
- z bestimmten Wertes, in welcher e die Dielektrizitätskonstante des die
Stäbe umgebenden strömungsfähigen dielektrischen Mediums und A ein Zahlenfaktor
sind und alle Größen der Formel in mechanischen und elektrostatischen c-g-s-Einheiten
ausgedrückt sind. Der Faktor A beträgt etwa o,25 für die annähernd kreisförmigen
oder in der Bewegungsrichtung abgeflachten, d. h. eine kleine Achse parallel zur
Bewegung aufweisenden Profile, während für die in der Bewegungsrichtung länglichen,
d. h. mit ihrer großen Achse parallel zur Bewegung liegenden Stabprofile der Faktor
A größer ist, und zwar um so mehr, je länglicher das Profil ist, so daß er nahezu
o,3o für v/z = 2 und 0,50 für v/z = 3 wird, Bei Berücksichtigung dieser
Angaben über das für die leitenden Läuferstäbe zu wählende Profil, das zur Bewegungsrichtung
der Stäbe parallele mittlere elektrische Feld und die Ladung dieser Stäbe nimmt
der Formfaktor der Stäbe höhere Werte über 0,50 an und kann o,9o überschreiten.
Beispielsweise beträgt er 0,7o bis o,8o für nahezu kreisförmige Profile und o,95
für ein in der Bewegungsrichtung abgeflachtes elliptisches Profil -mit einem
Achsenverhältnis von etwa i :6.
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Man kann in begrenztem Maße von den angeführten Optimalwerten abweichen
und z. B. die Ladung der Stäbe erhöhen, wenn gleichzeitig das zur Bewegungsrichtung
parallele, mittlere elektrische Feld verkleinert wird, und umgekehrt kann man bei
Verstärkung dieses Feldes eine Änderung der Optimalwerte im entgegengesetzten Sinn
vornehmen.
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Die Stärke des zur Bewegungsrichtung parallelen mittleren Feldes stellt,
wie aus diesen Darlegungen hervorgeht, bei den erfindungsgemäß ausgebildeten elektrostatischen
Maschinen einen beträchtlichen Bruchteil des maximalen Feldes Ein dar, der z. B.
ein Viertel für die annähernd kreisförmigen Querschnittsprofile der leitenden Elektrizitätsträgerstäbe
beträgt. Infolgedessen kann in diesen Maschinen der
Potentialunterschied
zwischen den Polen außerordentlich hoch sein, besonders wenn die Maschine in einem
strömungsfähigen dielektrischen Medium von bedeutender Durchschlagsfestigkeit arbeitet.
Wenn E". = Zoo kV je i cm Stablänge, d. h. ein leicht erzielbarer Wert ist, kann
das zur Bewegungsrichtung der Läuferstäbe parallele mittlere Feld in der Nähe von
5o kV pro Zentimeter liegen. Das Potential eines Stabes schwankt also annähernd
um 5o kV, wenn er sich um i cm bewegt, d. h. es kann, wenn der Stab 2o cm zurücklegen
muß, um von einem zum anderen Pol der Maschine zu gelangen, der Potentialunterschied
zwischen diesen Polen iooo kV betragen. Erfindungsgemäß lassen sich daher elektrostatische
Maschinen mit besonders hohen Spannungen, z. B. von ioooo kV, bei einem Raumbedarf
bauen, der viel geringer als bei den bisher bekannten elektrostatischen Maschinen
ist, die in einem Medium von gleicher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit arbeiten.
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Um die Ladung der Stäbe herbeizuführen und das zu ihrer Bewegungsrichtung
parallele elektrische Feld hervorzurufen, kann man in bekannter Weise z. B. die
Stäbe an einem Punkt ihres Weges der Influenz einer auf ein Potential - V gebrachten,
festen, leitenden, als Erregerpol wirksamen Elektrode unterwerfen, während sie mit
Hilfe von Bürsten geerdet sind. Jeder Stab nimmt dann eine Ladung an, die praktisch
gleich dem Wert C # V ist, in welchem C die Kapazität des Stabes- mit der influenzierenden
Elektrode ist, wenn die Kapazitäten mit den Teilen der Maschine, deren Potential
von F sehr verschieden ist, ziemlich klein sind. Man kann die Stäbe auch an einen
Hilfsgenerator anschließen, der das Potential V liefert, während die influenzierende
feste Elektrode geerdet ist.
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Damit alle Stäbe soweit wie möglich nützlichen elektrischen Kräften
unterworfen werden, ist es, wie bekannt, zweckmäßig, daß sie sich niemals leer zwischen
den Polen der Maschine bewegen, sondern dauernd eine Ladung mit dem einen oder anderen
Vorzeichen mit sich führen. Man kann zu diesem Zweck in bekannter Weise, wenn z.
B. ein Pol der Maschine auf dem positiven Potential U liegt, die Stäbe, während
sie mit diesem Pol z. B. durch Bürsten in Verbindung stehen, der Influenz einer
festen, einen Erregerpol darstellenden Elektrode unterwerfen, die durch ein geeignetes
Mittel auf ein über dem Wert U liegendes Potential U -1- V gebracht wurde, das durch
Tnfluenz in den Stäben eine negative Ladung hervorruft, die sie bei ihrer weiteren
Bewegung mit sich führen und einem anderen Pol zuführen. Man kann statt dessen bekanntlich
auch mit einer festen Elektrode, die als Erregerpol die Stäbe möglichst weitgehend
umgibt, eine Bürste verbinden, auf welche die Stäbe die von ihnen mitgeführte positive
Ladung mit dem Potential U übertragen, während der so gelieferte. Strom I, ehe er
an den Empfänger gelangt, einen Widerstand durchfließt, der einen Spannungsabfall
V hervorruft und dessen Austrittsende sich auf dem Potential U-V befindet und an
eine zweite Bürste angeschlossen ist. Wenn die Stäbe mit dieser Bürste in Kontakt
kommen, sind sie noch unter der Influenzwirkung der festen Elektrode mit dem Potential
U und empfangen durch diesen Erregerpol eine negative Ladung. Diese Anordnung gestattet
den Verzicht auf einen Erregergenerator, der sonst unerläßlich ist, um den durch
die feste Elektrode gebildeten Erregerpol auf ein Potential U + V zu bringen, das
höher ist als das Potential U des Pols, aber sie bedingt eine Verlustleistung V
# I, während die Leistung, die notwendig ist, um die feste Elektrode, d. h. den
Erregerpol auf das Potential U + TI zu bringen, durch eine gute Isolierung vernachlässigbar
klein gehalten werden kann.
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Um das zur Bewegungsrichtung der Stäbe parallele mittlere elektrische
Feld hervorzurufen, kann man bekanntlich als Erregerpole feste Leiter vorsehen,
die auf zweckmäßig abgestufte Potentiale gebracht sind, deren Influenz die Stäbe
im Laufe ihrer Bewegung unterworfen werden und deren Abstufung durch Verwendung
von Potentiometern, Hilfsgeneratoren oder Hilfsbürsten erreicht werden kann. Im
allgemeinen erweist es sich als vorteilhaft, für diese festen Leiter Stäbe zu verwenden,
die den beweglichen .Stäben ähnlich oder sogar gleich sind.
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Man kann ferner als feste Elektroden oder influenzierendeErregerpole
mehr oder weniger dicke Schichten aus Stoffen von sehr geringer Leitfähigkeit vorsehen,
deren Oberfläche bei Stromdurchgang ein regelmäßig veränderliches Potential nach
der Art eines Potentiometers annimmt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, diesen
Schichten, besonders wenn die Maschine in einem Medium von hoher dielektrischer
Durchschlagsfestigkeit arbeiten soll, keine glatte, ebene oder zylindrische Oberfläche
zu geben, wie es bisher üblich war, sondern sie erfindungsgemäß mit Nuten oder regelmäßig
ausgehöhlten Auskehlungen zu versehen, deren Richtung annähernd senkrecht zur Bewegungsrichtung
der beweglichen, als. leitende Elektrizitätsträger wirksamen Stäbe liegt. Diese
Nuten oder Auskehlungen müssen ein zweckmäßig abgerundetes Profil mit einer Tiefe
aufweisen, deren Größe der Länge der zur Bewegungsrichtung senkrechten Achse des
Querschnittsprofils der Stäbe gleichkommt. Auf diese Weise wird es möglich, das
Abgleiten der von den schwach leitfähigen Schichten getragenen Ladungen unter der
Wirkung der auf die Schichten ausgeübten Kräfte zu verhindern, die bedeutend sind,
da sie den auf die beweglichen Stäbe wirkenden Kräften infolge der Gleichheit von
Wirkung und Gegenwirkung gleich sind. Wenn diese Vorsichtsmaßregel nicht beachtet
wird, können sich auf den Schichten durch Abgleiten der auf ihnen vorhandenen statischen
Ladungen leicht kriechende Entladungen ergeben. Beispiel i Ein gemäß Abb. i aus
leitenden kreiszylindrischen Stäben a und zwei isolierenden Stirnscheiben
b käfigartig um die Welle c aufgebauter, zu induzierender Läufer wird in
der in Abb.2 schematisch wiedergegebenen Anordnung mit einem influenzierenden Ständer
zu einer elektrostatischen, als Generator oder Motor verwendbaren Maschine vereinigt.
Der Ständer besteht aus einem isolierenden Ring d, der
auf seiner
Innenfläche Nuten trägt, in denen feste leitende Rundstäbe e verlegt sind. Um die
Ladung und Entladung der beweglichen Stäbe a zu bewirken, enthält der Ständer an
einander gegenüberliegenden Stellen außerdem mindestens zwei breitere leitende Teile
f und g, die als Haupterregerpole wirken. Zwischen die aufeinanderfolgenden festen
Stäbe e sind Widerstände k eingeschaltet, die mit den Stäben e zwei von den breiteren
Teilen f und g ausgehende leitende Ketten bilden, so daß das Potential sich an den
als Hilfserregerpole wirksamen Stäben e fortschreitend entlang der Innenfläche des
Isolierstoffringes d verändert. Die Dicke der beweglichen Stäbe
a,
gemessen zwischen zwei zur Bewegungsrichtung parallelen Tangentialebenen,
d. h. der Durchmesser dieser Rundstäbe a, ist annähernd gleich dem Abstand zwischen
einem Stab a und dem ihn influenzierenden Stab e, und den gleichen Durchmesser können
auch die festen Rundstäbe e aufweisen. Der Abstand der festen und der beweglichen
Stäbe untereinander kann demnach ungefähr gleich ihrem Durchmesser sein.
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Der breitere leitende Teil f wird z. B. durch einen Hilfsgenerator
oder sonstwie auf ein z. B. negatives Potential -V gebracht. Wenn die beweglichen
Stäbe a an dem Teil f vorüberstreichen, werden sie mittels einer auf ihnen schleifenden
Bürste i geerdet und nehmen eine positive Ladung Q an. Diese 'Ladung führen sie
bei ihrer weiteren Bewegung mit sich, während infolge der Influenzwirkung der festen
Stäbe e ihr Potential sich fortschreitend erhöht. Wenn sie vor dem breiteren leitenden
Teil g ankommen, werden sie durch eine Bürste j mit dem Verbrauchsstromkreis in
Verbindung gesetzt. Da der Teil g z. B. durch einen Hilfsgenerator auf ein Potential
gebracht ist, das um den Wert V das Potential der Bürste j übersteigt, werden die
Stäbe a nach ihrer Berührung mit der Bürste j eine Ladung mit sich führen, die annähernd
gleich - Q ist, und das Potential dieser Ladung wird sich; während sich die Stäbe
von dem Teil g entfernen und dem Teil f nähern, fortschreitend vermindern, bis die
Ladung schließlich an die Bürste i abgegeben wird.
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Mit einem Läufer von io cm Durchmesser mit 3o Stäben a von io cm Länge
und 5 mm Durchmesser kann man in Luft bei atmosphärischem Druck einen Potentialunterschied
von ioo kV zwischen den Bürsten i und j erzielen, während der gelieferte
Strom bei einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen in der Minute 30 Mikroampere
beträgt, was einer Leistung von 3 Watt entspricht. In Druckluft von 6 at erreicht
die Spannung 500 kV und die Stromstärke 0,15 Milliampere bei gleicher
Geschwindigkeit, so daß sich eine Leistung von 75 Watt ergibt. Beispiel 2 Ein nach
Abb. 3 aus drei parallelen Reihen radial gerichteter leitender, zu influenzierender
Stäbe m auf einem isolierenden zylindrischen Tragkörper k mit der Welle l gebildeter
Läufer ist nach Abb. 4a und 4b zu einer elektrostatischen Maschine durch einen influenzierenden
Ständer vervollständigt, der aus vier unter sich verstrebten und zueinander mit
Abstand parallelen Ringscheiben P besteht, die zur Läuferwelle l senkrecht und konzentrisch
sind und in deren Zwischenräumen je eine der drei parallelen Reihen radialer Stäbe
m frei umläuft. Die leitenden Stäbe m,
die in Abb. 4a zur Vereinfachung
der Darstellung nur durch ihre Längsachsen angedeutet sind und deren Länge annähernd
dem Radius des Isolierstoffzylinders k gleich ist, haben ein über die Länge veränderliches
Querschnittsprofil, das an dem in dem Zylinderkörper k befestigten Stabende eine
in Bewegungsrichtung abgeflachte Ellipse ist, bei der die kürzere Achse zur Bewegungsrichtung
parallel verläuft und das Achsenverhältnis 1 :2, ist. Bewegt man sich auf dem Stab
m zum freien Ende hin, so ändert sich die zur Bewegungsrichtung senkrechte Achse
dieses Ellipsenprofils nicht; während die andere fortschreitend zunimmt, so daß
sich das Profil abrundet und nach und nach kreisförmig wird und schließlich, gegen
Ende des Stabes hin, sich in Richtung der Bewegung verlängert. Am freien Ende des
Stabes m ist das Profil schließlich eine Ellipse, bei der die große Achse parallel
zur Bewegungsrichtung und das Achsenverhältnis gleich 2 ist. Die axial hintereinanderstehenden
Stäbe in den drei radialen Reihen sind durch leitende Stangen n verbunden, welche
den Isolierstoffzylinderkörper k durchqueren und in Koritakiköpfen o an der einen
Stirnseite des Zylinderkörpers k enden.
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Die Ringscheiben, P sind aus schwach leitfähigem Werkstoff gefertigt
und von in der Zeichnung nicht dargestellten radialen Auskehlungen oder Nuten durchzogen.
Außerdem tragen sie je mindestens zwei flache Metallsegmente y und s, die dazu dienen,
als Haupterregerpole durch Influenz die Ladung und Entladung der beweglichen leitenden
Stäbe m hervorzurufen. Die Segmente y werden z. B. durch einen Hilfsgenerator auf
ein z. B. negatives Potential - V gebracht, während die beweglichen Stäbe m durch
eine Bürste t geerdet werden, wenn sie zwischen den Segmenten r durchlaufen, so
daß sie. eine positive Ladung Q annehmen. Sie führen diese Ladung in ihrer Bewegung
mit sich, und ihr Potential erhöht sich fortschreitend durch die Influenz der als
Hilfserregerpole wirksamen, schwach leitfähigen festen Ringscheiben P. Wenn sie
zwischen den Segmenten s durchgehen, werden sie durch eine Bürste u mit dem zu speisenden
Verbraucherstromkreis in Verbindung gesetzt. Da die Segmente s auf ein Potential
gebracht sind, welches das Potential der Bürste u um den Betrag V übersteigt, erhalten
die Stäbe m eine Ladung, die annähernd gleich - Q ist, die sie mit sich führen und
schließlich an die Bürste t abgeben. Die Dicke der beweglichen radialen Stäbe m,
gemessen zwischen zwei zur Bewegungsrichtung parallelen Tangentialebenen, ist (vgl.
Abb.4b) gleich dem doppelten Abstand eines Stabes von dem ihn influenzierenden Erregerpol;
es findet hier eine beiderseitige Influenzierung der einzelnen Stäbe durch je ein
Paar Ringscheiben p mit Metallsegmenten r, s als Erregerpolen statt.
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Mit einem Läufer von 40 cm Durchmesser, der 9o Stäbe von io cm Länge
trägt, deren zur Bewegungsrichtung senkrechte Querschnittsachse 6 mm lang ist, während
die andere Achse sich ' von 5 bis 12 mm
ändert, erzielt man in Luft
unter atmosphärischem Druck einen Potentialunterschied von Zoo kV zwischen den Bürsten
t und u, und der gelieferte Strom beträgt bei einer Drehzahl von 2ooo Umdrehungen
in der Minute i2o Mikroampere, was etwa einer Leistung von 24 Watt entspricht. In
verdichteter Luft von io at Druck ergibt sich ein Potentialunterschied von izoo
kV zwischen den Bürsten t und u mit einem Strom von o,8 Miniampere,
d. h. eine Leistung von 840 Watt.