DE95003C

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Publication number: DE95003C
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KAISERLICHES

PATENTAMT. W

Seit der Erfindung des Funkeninductors im Jahre 1851 durch Ruhmkor ff sind an dem Apparate wesentliche Veränderungen und Verbesserungen , mit Ausnahme einiger Unterbrecher - Constructionen, nicht vorgenommen worden.

Der Zweck des Apparates besteht in der Erzeugung eines möglichst hochgespannten Stromes. Erreicht wird daher dieser Zweck dadurch, dafs ein Gleichstrom abwechselnd geschlossen und unterbrochen wird und dadurch Aenderungen im magnetischen Zustande eines vom Strom umflossenen Eisenstückes erzeugt werden, welche inducirend auf ein das Eisenstück umgebendes Solenoid einwirken. 'An dessen Enden wird beim schnell erfolgenden Abfallen des Inductionsflusses im Eisen eine hohe Spannungsdifferenz erzeugt. Es ist somit die. an den Klemmen der Secundärspule in^ ducirte Potentialdifferenz abhängig erstens von der Gröfse der Aenderung (rf©) des Inductionsflusses im Eisen, zweitens von der Geschwindigkeit, mit welcher diese Aenderung eintritt, und drittens von der Windungszahl und Windungsfläche der secundären Spule. Damit sind die Punkte gegeben, welchen bei der Construction solcher Apparate das Hauptinteresse zuzuwenden ist. Der erste der angeführten Punkte ist nach oben hin begrenzt dadurch, dafs die Susceptibilität und Permeabilität des Eisens nicht constant sind, es somit keinen Zweck hat, die Feldstärke ξ>. über, gewisse Grenzen hinaus zu treiben, eine zweite unbegrenzte Steigerung kann die Induction 23 aber durch Vergröfserung des Querschnittes des Eisens erfahren. Bei der. Untersuchung vorhandener Apparate zeigt sich schon hier eine grofse Willkür. Das Eisen besteht- gewöhnlich aus einer Anzahl gegen einander isolirter Eisendrähte, dessen Querschnitt im Verhältnifs zur Länge und zum Kupferquerschnitt des secundären Drahtes meist viel zu klein ist. Bewickelt ist das Eisen gewöhnlich mit einer Doppellage eines in den weitaus häufigsten Fällen im Querschnitt zu starken Drahtes, woraus eine zu kleine Amperewindungszahl pro Längeneinheit resultirt, so dafs also das vorhandene Eisengewicht noch nicht einmal genügend ausgenutzt wird. Daher zeigen die vorhandenen Apparate eine gute Wirkung bei langsamer Unterbrechung, falls der Widerstand des Schliefsungskreises klein genug, die elektromotorische Kraft hoch genug ist; dagegen geht die Wirkung bei Anwendung eines Schnellunterbrechers, wie z. B. des von Deprez angegebenen, oder eines rotirenden Unterbrechers rapid zurück. Und zwar macht sich dieser Rückgang in der Wirkung umsomehr fühlbar, je gröfser der angewandte Apparat ist. Das Interesse für diese Apparate war allerdings bisher nur gering, die neueste Zeit hat dasselbe aber erheblich erhöht und den Inductoren auch eine gröfsere praktische Anwendbarkeit zugewiesen. Vor allem regte sich das Bedürfnifs nach schneller Unterbrechung. Dazu kommt, dafs für die Spannung des primären Stromes gewisse Schranken gezogen sind, die Unterbrechung eines Stromes von mehr als 30 Volt ist wohl nicht mehr ausführbar, weil der am Unterbrecher auftretende Lichtbogen einen schnellen Abfall der Magnetisirung im Eisen hindert. Aber auch bei geringerer

Spannung tritt am Unterbrecher leicht Lichtbogenbildung ein, und zwar als Folge der hohen Selbstinduction der Primärspule. Diese Störung infolge der Selbstinduction läfst sich bekanntlich dadurch verhindern, dafs mit dem Primärkreise ein Condensator von passender Capacität entweder im Nebenschlufs zu den Primärwindungen oder aber, und vielfach günstiger, im Nebenschlufs über die Funkenstrecke des Unterbrechers weg verbunden wird.

Aufser den Aenderungen, welche sich auf den eigentlichen Inductor beziehen, hat es sich Erfinder angelegen sein lassen, einen Unterbrecher zu construiren (vergl. Patent Nr. 95004), der seinen Antrieb durch den Magnetismus des Inductors erhält, der eine grofse Unterbrechungsgeschwindigkeit bis zu 400 pro Secunde gestattet und aufserdem erlaubt, die Unterbrechung, wie sonst schon bekannt, in Wasserstoffgas vorzunehmen. Dieses letzte Gas erweist sich für den genannten Zweck als vornehmlich geeignet, weil es infolge seiner elektromotorischen Gegenkraft eine Lichtbogenbildung wirksamst zu verhindern im Stande ist.

Eine wesentlichere Aenderung des Apparats besteht in der günstigeren Anordnung der Primärwindungen. Bei der üblichen Anordnung über die ganze Eisenlänge hin, oder bei neueren Constructionen über einen Theil desselben, dann aber in der Mitte, nehmen die Primärwindungen entweder dem Eisenradius, welcher infolge des Querschnittes quadratisch eingeht, oder aber, wenn die Dimensionen des Eisens genügende sind, der Secundärspule den besten Antheil fort. Der Widerstand des Secundärdrahtes wächst für verschieden vom Mittelpunkte entfernte Windungslagen proportional ihrem Durchmesser. Die Zahl der Windungen bleibt dagegen für den gleichen Zuwachs der betreffenden Radien constant. Dadurch wird der Durchmesser des ganzen Apparates sowohl, wie auch der Widerstand des Secundärkreises unnöthig vermehrt. Aufserdem besitzt eine lange Windungslage eine hohe Selbstinduction. Diese setzt einer constanten äufseren elektromotorischen Kraft eine Gegenkraft entgegen, so dafs bei nur kurz dauerndem Stromschlufs, also schneller Unterbrechung, eine nur geringe Stromstärke im Primärkreise und damit auch eine geringe Magnetisirung 3 ^zu Stande kommt. Hierin liegt der Grund, warum bei gröfseren Apparaten mit der wachsenden Schnelligkeit der Unterbrechung die secundäre Spannung so rapid absinkt. Die Selbstinduction A ist gleich

47m²· S ' df8 . , ·,,·,,

, also rechnerisch leicht zu er-

L αξ>

rf 23
mitteln, wenn der Werth gleich constant

gesetzt werden kann. Bis zu Werthen von 23 gleich 10000 ist dies fast fehlerfrei möglich.

23
Der Quotient -^- ist dann aus der Magneti-

sir'ungscurve für jede beliebige Eisensorte sowohl wie für jede Form des Eisenkernes bestimmbar. Die Kenntnifs der Gröfse der Selbstinduction, sei dieselbe nun rechnerisch oder experimentell ermittelt, ist durchaus für die weitere Construction nöthig, sofern wenigstens einerseits der vorhandene Primärstrom ökonomisch ausgenutzt werden, andererseits auch ein gegebener Inductor seine Maximalleistung ergeben soll. Denn hiernach hat sich die Unterbrechungsgeschwindigkeit zu bemessen. Da die Selbstinductionen schon recht erhebliche Werthe auch bei kleineren Apparaten erreichen, so erklärt sich hieraus der schon oben erwähnte starke Zurückgang in der Primärintensität sowohl wie in der Secundärenergie mit wachsender Unterbrechungszahl. Die jeweilige Stromstärke 3? welche in einem Kreise mit Selbstinduction nach einer bestimmten Schliefsungszeit erreicht wird, ist gegeben

E ( W
durch die Gleichung 3 = -^v I 1 — e — · t

(H. v. Helmholtz, Pogg. Ann. 83, S. 511), wächst also nach einer logarithmischen Curve an. Ist die Unterbrechung zu langsam, so

wird die Klammer 1 —· e — -— · t = 1, also

W'

von dem Moment an, wo dieser

Werth,'d. h. also der Stationärstrom, erreicht ist, wird primäre Energie hutzlos vergeudet. Ist dagegen t zu klein, die anderen Gröfsen der rechten Seite der Gleichung als gegeben \^rorausgesetzt, so bleibt 3 auch zu klein, der Apparat ist für seine Leistung mithin unnöthig grofs und kostspielig. Denn nach dem eingangs der Beschreibung Gesagten ist eine Aenderung von E nur in engen Grenzen gestattet, bis höchstens 30 Volt aufwärts. Um nun auch für gröfsere Apparate eine hohe Unterbrechungszahl anwenden zu können, mufs die Selbstinduction auf ein Minimum beschränkt werden, damit 3 noch immer genügend grofs sein kann. Dies ist dadurch erreichbar, dafs das Eisen so wenig Windungen wie möglich erhält, wobei der geringe magnetische Widerstand des Eisens hülfreich eingreift. Deshalb läfst Erfinder den gesammten Mitteltheil des Eisens windungsfrei, auf demselben wird, nur getrennt durch die nothwendige Isolation, die Secundärspule angebracht, die Primärwindungen dagegen auf den über die Secundärspule herausragenden freien Enden des Eisens. Dies hat aufserdem den Vortheil, dafs die Kraftlinien gehindert werden, das Eisen zu früh, d. h. zu weit von den Enden entfernt, zu verlassen, so dafs der gesammte verfügbare Inductionsfiufs 23 weniger

durch die rückläußg durch die Windungsfläche der Secundärspule durchtretenden Kraftlinien geschwächt wird. Die sich entgegenstellende Schwierigkeit, die Primärwindungen genügend gegen die Secundärspule zu isoliren, wurde dadurch überwunden, dafs die Secundärspule auf einem an einem Ende kropfartig erweiterten Isolationsrohr angebracht-ist, welches die Primärspule an einem Ende schützend überragt, in dieses passend, wird concentrisch ein zweites Isolationsrohr eingeschoben, dessen Erweiterung die Primärspule des anderen Endes schützend überdeckt. Die Wandstärken der Rohre müssen natürlich passende Abmessungen haben.

Aus dem früher Angeführten geht hervor, dafs ein solcher Apparat, soll er einen günstigen Nutzeffect haben, eines Unterbrechers bedarf, dessen Geschwindigkeit stets constant und im richtigen Verhältnifs zu den übrigen Constanten des Apparates steht, wofern die zum Betriebe gebrauchte Stromquelle den hierfür angegebenen Werth der elektromotorischen Kraft aufweist. Ein solcher Unterbrecher ist in Verbindung mit dem Inductor ebenfalls dargestellt.

Der Unterbrecher besteht aus einer starken Metallbüchse U, welche auf einem Metallschlitten Z mit Feststellschraube h dem Primärkern beliebig genähert oder von demselben entfernt und festgestellt werden kann. An der einen Seite ist die eigentliche unterbrechende Membran c in der Mitte mit einer Eisenfassung e und darin befestigtem Platiniridiumdraht armirt, durch einen vorgeschraubten Metallkranz r mit Schrauben s befestigt. Auf der anderen Seite befindet sich ebenso befestigt die Secundär-, d. h. durch den Stofs der ersteren mitschwingende Gegenmembran d, dieselbe trägt in der Mitte isolirt eine Metallfassung m, in der ein zweiter Platiniridiumdraht durch eine Scheibe f der ersten Membran beliebig genähert, oder entfernt und durch die Gegenmutter g geklemmt werden kann. Zwischen den beiden Platiniridiumstücken findet die Unterbrechung statt. Ueber die Unterbrechungsstelle weg ist ein Condensator von passender Capacität (ungefähr 2,5 Mikrofarad) geschaltet. Des Weiteren bedeutet in der Zeichnung F den Eisen-(Lamellen-)kern. Auf den Enden desselben sind die Primärwindungen pp angeordnet. Gegen die Secundärspule S mit Klemmen k k ist das Eisen mit den Primärwindungen durch die gekröpften Isolationsrohre α und b geschützt. Die beiden Primärwindungen sind (hinter einander geschaltet) einerseits mit dem Metallschlitten / des Unterbrechers durch die Schraube i verbunden. Von hier geht der Strom in die vordere Membran c, passirt die Unterbrechungsstelle und geht von 0 aus zur Batterie, das andere Ende q der Primärwindungen ist direct mit dem anderen Pol der Batterie verbunden. Die metallene Unterbrecherbüchse U ist mit zwei auf der Zeichnung nicht sichtbaren Gaszuleitungsrohren versehen, welche von beiden Seiten her in U einmünden. Der gezeichnete Apparat giebt bei einem Betriebsstrom von 16 Volt 6 Ampere, einer secundären Drahtstärke von 0,1 mm Durchmesser, einer Unterbrechungszahl von 200 pro Secunde eine Länge der Secundärentladung von 8 bis 9 cm. Die Entladung ist vollständig von der eines gewöhnlichen Inductors verschieden. Einzelne getrennte Funken treten nur bei Anwendung eines Gebläses auf. Anderenfalls geht ein dicker continuirlicher Lichtstrom über, ähnlich einem Voltabogen. Derselbe gestattet einen Platindraht bei Verkürzung der Entladungslänge von 1 mm Stärke bis zum Schmelzen zu erhitzen. Ein Glasstab von 5 mm Durchmesser wird so erweicht, dafs er ausgezogen werden kann. Daraus ist zu ersehen, dafs eine erhebliche Steigerung des Effectes gegenüber den bisherigen Apparaten erzielt ist.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Ein Inductionsapparat, gekennzeichnet durch die Anordnung der Primärwickelung auf dem Eisenkerne aufserhalb des Hohlraumes der Secundärspule, zum Zwecke, die Selbstinduction der Primärwindungen zu vermindern und die Induction des Eisenkernes auf die Secundärspule günstiger zu gestalten.

2. Eine Ausführungsform des Inductoriums nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei die primären Theile gegen die secundären abgrenzende, an je einem Ende kropfartig erweiterte Isolationsrohre, auf deren weiterem die Secundärspule aufgebaut ist, während das engere die Primärarmatur aufnimmt und mit dieser in das weitere geschoben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.