DE99173C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

NIKOLA TESLA in NEW-YORK.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 22. September 1896 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an dem Gegenstande des demselben Erfinder ertheilten Patentes Nr. 73080 und bezweckt die Schaffung einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Strömen von hoher Frequenz und Klemmenspannung, wobei der Aufbau vereinfacht und der Apparat gegen früher wirksamer gemacht ist. Es ist an sich bekannt, Ströme von hoher Frequenz durch Condensatorentladungen zu erzielen; so wird beispielsweise nach einer vom Erfinder s. Z. selbst vorgeschlagenen Anordnung zu diesem Zweck ein Stromkreisregler in einen Neben- oder Entladungsstromkreis eingeschaltet und regelt dadurch die Entladungsperioden, dafs er die beiden Spitzen zu bestimmten Zeiten an einander und alsdann wieder aus einander bringt, so dafs dem Ueberspringen eines Funkens vorgebeugt ist. Nach einer anderen, dem Erfinder unter Nr. 93255 patentirten Anordnung, welche insbesondere bezweckt, solche Ströme nutzbar zu machen, wie sie bei gewöhnlichen städtischen elektrischen Vertheilungsanlagen verfügbar sind, wird die Umwandlung von Strömen geringer Wechselzahl in solche von hoher Wechselzahl mittelst Condensatorentladungen durch Anwendung eines Stromkreisreglers in der Weise bewirkt, dafs ein mit den Wellen des zugeführten Stromes synchron laufender Motor die Ladungen des Condensators in solcher Zeitfolge bewirkt, dafs die Zahl der Ladungen ein Vielfaches von der Wechselzahl des Primärstromes ist.

Bei vorliegender Erfindung handelt es sich um den gleichen Zweck, d. h. darum, solche Ströme zu benutzen, wie sie bei gewöhnlichen Leitungsanlagen erhältlich sind, also nicht solche Ströme, die sich mit Leichtigkeit in hochgespannte Ströme verwandeln lassen, sondern beispielsweise die gewöhnlich für Glühlicht verwendeten Gleichströme. Zur Erzielung von Strömen hoher Frequenz aus derartigen Gleichströmen durch Condensatorentladungen wird nach vorliegender Erfindung zum Laden und Entladen des Condensators der Ladestromkreis durch eine im Nebenschlufs zu dem Condensator liegende Vorrichtung mechanisch unterbrochen. Ein Stromkreisregler verbindet den Condensator zwecks Ladens desselben mit der Stromquelle und trennt ihn alsdann wieder von dieser, um ihn sich über einen Localstromkreis entladen zu lassen Es ist, wie Erfinder ermittelt hat, nicht erforderlich, dafs in dem Localstromkreise ein Luftzwischenraum vorhanden ist, vielmehr kann man durch entsprechende Bemessung des Verhältnisses zwischen der Capacität des Condensators und der Selbstinduction des Localstromkreises erzielen, dafs die Entladung, des Condensators sich in Gestalt einer Reihe rasch auf einander folgender Impulse oder Schwingungen vollzieht.

In der die Erfindung veranschaulichenden Zeichnung stellt Fig. 1 in schematischer Weise die Leitungen und Apparate dar, wie solche in Verbindung mit einer Gleichstromquelle verwendet werden. Fig. 2 zeigt eine geänderte

Ausführungsform, während in Fig. 3 bis 6 die Art und Weise der Regelung veranschaulicht ist.

In irgend einem Theile der von der Gleichstromquelle A (Fig. 1) ausgehenden Leitung, beispielsweise in dem durch die Leitungstheile A" A" der Hauptleitung A' und die Leiter KK gebildeten Theile, befinden sich die Selbstinductionsspulen B B und eine beliebige Regelungsvorrichtung C. Letztere besteht im vorliegenden Falle aus einer gewöhnlichen Metallscheibe oder Trommel, an welcher Zähne oder von einander gesonderte Segmente D E paarweise einander gegenüber angeordnet und elektrisch derart verbunden sind , dafs bei derjenigen Stellung der Regelungsvorrichtung, bei welcher die beiden Bürsten FF' auf zwei von den Segmenten E liegen, der Stromkreis durch die Selbstinductionsspulen B geschlossen ist. Nach der Zeichnung besitzen die isolirten Segmente D die gleiche Bogenlänge wie die Segmente E, indessen kann dieses Verhältnils nach Belieben geändert werden , um die Ladungs- und Entladungsperioden des Condensators entsprechend einzurichten. Die Regelungsvorrichtung kann durch irgend eine hierzu geeignete Antriebsvorrichtung in Umdrehung versetzt werden, beispielsweise durch eine elektromagnetische Treibmaschine, die entweder von der Hauptstromquelle oder von anderswoher Strom erhält (Fig. 2). Um die Regelungsvorrichtung C herum, oder im Allgemeinen in solcher Anordnung, dafs die Polenden mit der Leitung an einander entgegengesetzten Seiten der Unterbrechungsstelle verbunden sind, befindet sich ein Condensator H oder ein Stromkreis von geeigneter Capacität; in Hintereinanderschaltung mit letzterem ist die Primärwickelung K eines Transformators angeordnet, deren Secundärwickelung L die Quelle der Ströme von hoher Frequenz bildet. L' bezeichnet die Leitung für den von der Seeundären ausgehenden Arbeitsstromkreis.

Wie ersichtlich, wird durch die fortgesetzte Drehbewegung der Regelungsvorrichtung der die Selbstinductionsspule B enthaltende Stromkreis in absetzender Weise unterbrochen, und der dadurch inducirte Strom bewirkt die Ladung des Condensators. Letzterer wird durch die gleiche Regelungsvorrichtung in den Stand gesetzt, sich während derjenigen Perioden, wo der ladende Stromkreis geschlossen ist, durch die Primäre K zu entladen; denn wenn der ladende Stromkreis geschlossen ist, dann ladet er im vorliegenden Falle nicht den Condensator, sondern sammelt Energie, welche dann beim Unterbrechen dieses Stromkreises zum Laden des Condensators abgegeben wird. Während also der ladende Stromkreis — d. h. der von der Stromquelle ausgehende Stromkreis — geschlossen ist, entladet der Condensator in seinen Localstromkreis, und es erfolgt die Entladung mit hoher Frequenz nur in absetzender Weise während derjenigen Zeitzwischenräume, während welcher der ladende Stromkreis Energie sammelt. Zur Aufrechterhaltung einer continuirlichen Entladung werden zwei Condensatoren verwendet, die abwechselnd geladen und entladen werden.

Eine einfachere Anordnung ist in Fig. 2 veranschaulicht. In diesem Falle sind die Feldspulen MAi' der die Regelungsvorrichtung bewegenden Treibmaschine G von der Hauptleitung abgezweigt, während Regelungsvorrichtung C und Condensator H sich in Nebeneinanderschaltung im Feldstromkreise zwischen den beiden Spulen befinden. Hierbei vertreten also die Feldspulen MM' die Stelle der Selbstinductionsspule B. Bei dieser Anordnung oder überhaupt im Allgemeinen empfiehlt es sich, zwei Condensatoren oder einen zweitheiligen Condensator zu verwenden und die Primärspulen des Transformators zwischen denselben anzuordnen. Die Unterbrechungen des Feldstromkreises der Treibmaschine müssen so rasch erfolgen, dafs nur eine theilweise Entmagnetisirung der Kerne eintritt; indessen müssen die letzteren in diesem Falle untertheilt sein. Statt nur die Feldspulen der Treibmaschine im Ladungsstromkreise zu verbinden, um darin die Selbstinduction zu erhöhen, kann die Treibmaschine auch in anderer Weise angeschlossen sein, d. h. man kann auch nur ihren Anker mit dem Stromkreise verbinden, oder man kann ihre Feld - und Ankerspulen hinter einander verbinden und beide an die entsprechenden Stromkreise anschliefsen.

Wenn die Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstromes von verhältnifsmäfsig geringer Klemmenspannung in einen solchen von hoher Frequenz verwendet werden soll, so würde man, falls der Condensator unmittelbar durch den von der Quelle ausgehenden Strom geladen werden soll, einen grofsen Condensator benutzen müssen. . Aus diesem Grunde wird, wenn die Klemmenspannung der Stromquelle eine geringe ist, eine Vorrichtung nach Art einer Selbstinductionsspule in den Stromkreis eingeschaltet, um auf diese Weise den Vortheil der mit hoher elektromotorischer Kraft erfolgenden Entladung bei jeder Unterbrechung dieses Stromkreises zum Laden des Condensators auszunutzen.

Wie ersichtlich, läfst sich, da die Selbstinduction des Stromkreises, durch welchen die Entladung des Condensators erfolgt, wie auch die Capacität des Condensators selbst thatsächlich jeden beliebigen Werth erhalten können, die Frequenz des Entladungsstromes nach Belieben regeln.

In einigen Fällen kann man die durch die Anlage abgegebene Energie auf bequeme und sparsame Weise regeln. Bekanntlich kommt

jedem elektrischen Stromkreise, vorausgesetzt, dafs sein Widerstand eine bestimmte Grenze nicht überschreitet, eine bestimmte Schwingungsperiode, ähnlich der Schwingungsperiode einer belasteten Feder, zu. Um nun einen derartigen Stromkreis durch in denselben eingeführte periodische Impulse wechselweise zu laden und auf wirksamste Weise wieder zu entladen, mufs die Frequenz dieser eingeführten Impulse in einem bestimmten Verhältnisse zu der Periodicität der dem Strömkreise selbst eigenthümlichen Schwingungen stehen. Desgleichen mufs aus demselben Grunde die Periodicität der Schwingungen des Entladungsstromkreises in einem ähnlichen Verhältnisse zu den eingeführten Impulsen oder zu der Periodicität des Ladungsstromkreises stehen. Wenn die vorhandenen Bedingungen derart sind, dafs sie dem Gesetze der harmonischen Schwingungen entsprechen, dann sagt man von diesen Stromkreisen, sie befänden sich in Resonanz oder im elektromagnetischen Synchronismus zu einander, und es bietet dieser Zustand einer derartigen Anlage sehr wesentliche Vortheile.

Bei Anwendung der Erfindung hat man für eine derartige Einstellung der elektrischen Constanten Sorge zu tragen, dafs im gewöhnlichen Betriebe der Zustand der Resonanz annähernd obwaltet. Zu diesem Zwecke macht man die Anzahl der in der Zeiteinheit in den Ladungsstromkreis eingeführten Stromimpulse gleich der Periode des Ladungsstromkreises selbst oder bringt sie im Allgemeinen in Einklang mit derselben und erhält gleichzeitig dieselben Beziehungen zwischen demLadungs- und Entladungsstromkreise aufrecht. Jede Abweichung von dieser Bedingung ergiebt eine Verringerung der Leistung; man nutzt deshalb diesen Umstand dadurch aus, dafs man die Leistung durch entsprechende Aenderung der Frequenz der Impulse oder Schwingungen in den verschiedenen Stromkreisen regelt. Da die Periodicität eines bestimmten Stromkreises von dem Verhältnisse seines Widerstandes, seiner Selbstinduction und Capacität abhängig ist, so kann eine Aenderung eines oder mehrerer von diesen Faktoren eine Aenderung der Periode zur Folge haben. Es giebt-demnach verschiedene Wege, um die Frequenz der Schwingungen der verschiedenen Stromkreise einer derartigen Anlage zu ändern. Am vorteilhaftesten und wirksamsten läfst sich dieses Ergebnifs auf folgende Weisen erreichen:

a) durch Aenderung der Geschwindigkeit der eingeführten Impulse oder derjenigen Impulse, welche von der Stromquelle in den Ladungsstromkreis geleitet werden, wie beispielsweise durch Aenderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Stromwenders oder eines anderen, den Strom beherrschenden Regelers; ■b) durch Aenderung der Selbstinduction des Ladungsstromkreises;

c) durch Aenderung der Selbstinduction oder Capacität des Entladungsstromkreises.

Zur Regelung der Leistung eines einfachen Stromkreises, der keine eigene Schwingung besitzt', durch blofses Aendern seiner Periode, würde es für eine Regelung innerhalb weiterer Grenzen einer sehr grofsen Aenderung der Periode bedürfen; dagegen läfst sich bei einer Anlage der beschriebenen Art eine Regelung der Leistung innerhalb sehr weiter Grenzen durch eine nur geringe Aenderung der Frequenz eines der Stromkreise erzielen, wenn die oben angegebenen Regeln beobachtet werden.

In Fig. 3 bis 6 sind einige von den geeignetsten Mitteln zur Erzielung der Regelung bei einer Anlage angegeben, die ihre Energie von einer Gleichstromquelle aus erhält. A" A" sind die von der Stromquelle ausgehender! Leiter, G bezeichnet einen an dieselben in bekannter Weise angeschlossenen Motor, der einen Stromregeier C treibt. Letzterer dient dazu, um wechselweise den Stromkreis durch den Motor oder durch eine Selbstinductionsspule zu schliefsen und den Motorstromkreis mit einem Condensator H zu verbinden, dessen Stromkreis eine Primärspule K enthält, in deren Nähe eine Secundärspule L als Quelle für den Arbeitsstromkreis, d. h. für denjenigen Stromkreis dient, an welchen die Vorrichtungen PR angeschlossen sind.

Zur Sicherung einer möglichsten Wirksamkeit einer derartigen Anlage ist es, wie bereits bemerkt, wesentlich, dafs diejenigen Stromkreise, welche bisher der Einfachheit halber als der Ladungs- und Entladungsstromkreis bezeichnet worden sind, sich annähernd in Resonanz oder in elektromagnetischem Synchronismus zu einander befinden. Ferner ist es für die Erzielung einer möglichst ergiebigen Leistung zu empfehlen, die Frequenz so grofs wie möglich zu machen. Nachdem die elektrischen Bedingungen , welche nunmehr bekannt sind, durch entsprechende Einstellung so geregelt worden sind, dafs die oben bemerkten Ergebnisse, soweit möglich, erreicht werden, wird die Regelung des Systems dadurch bewirkt, dafs seine Elemente so eingestellt werden, dafs von obigen Bedingungen in gröfserem oder geringerem Mafse abgewichen und eine entsprechende Aenderung der Leistung dadurch erreicht wird. So kann man beispielsweise, wie in Fig. 3 angedeutet, die Bewegungsgeschwindigkeit des Motors und damit auch diejenige der Regelungsvorrichtung auf geeignete Weise durch einen in einen Nebenschlufs des Motors eingeschalteten Rheostaten R' oder durch Aenderung der Bürstenstellung am Hauptstromwender des Motors oder auf andere gleichwerthige Weise ändern. Eine nur sehr

geringe Aenderung dieser Art bewirkt durch Störung der Beziehungen zwischen der Geschwindigkeit der eingeführten Impulse und den Schwingungen des eine hohe Selbstinduction besitzenden Stromkreises, in welchen die Impulse eingeführt sind, eine erhebliche Abweichung von dem Zustande der Resonanz und eine entsprechende Verringerung der durch die erwähnten Impulse dem Apparate mitgetheilten Energie. Eine ähnliche Wirkung läfst sich durch Aenderung irgend einer der Constanten der localen Stromkreise in oben beschriebener Weise erzielen. So ist beispielsweise nach Fig. 4 die Drosselungsspule B mit einem verschiebbaren Kerne N' ausgestattet, mittelst dessen man, indem man ihn in die Spule hinein- oder aus derselben herausbewegt, die Selbstinduction und mithin auch die Periodicität des diese Spule enthaltenden Stromkreises ändern kann.

Zur Aenderung des Entladungsstromkreises, d. h. desjenigen Stromkreises, in welchem die Entladungen des Condensators stattfinden, dient nach der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform eine mit dem Condensator in denselben Stromkreis eingeschaltete verstellbare Selbstinductionsspule R", durch deren Verschiebung die Schwingungsperiode dieses Stromkreises geändert werden kann. Dasselbe Ergebnifs würde man durch Aenderung der Capacität des Condensators erreichen können; wenn aber der Condensator eine verhältnifsmäfsig hohe Capacität besitzt, so kann dies unter Umständen unvortheilhaft sein; es empfiehlt sich deshalb, statt dessen in dem secundä'ren oder Arbeitsstromkreise einen regelbaren Condensator zu verwenden, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Da die Klemmenspannung in diesem Stromkreise eine sehr hohe ist, so kann man einen Condensator von sehr geringer Capacität verwenden, und wenn die beiden Stromkreise, der primäre und der secundäre, sehr eng an einander angeschlossen sind, dann bedingt die Aenderung der Capacität in dem secundären Stromkreise ähnliche Wirkungen, wie die Aenderung der Capacität des Condensators im primären Stromkreise. Als ein geeignetes Mittel für diesen Zweck sind in der Zeichnung zwei auf einander zu und von einander weg verstellbare Metallplatten S' S' angegeben, welche die beiden Anker des Condensators darstellen.

Die Beschreibung der Regelungsmittel ist in Obigem auf den Fall beschränkt, dafs die Stromquelle eine solche für Gleichstrom ist; es liegt aber auf der Hand, dafs die Regelung des Systems in der gleichen Weise wie beschrieben überall da Anwendung finden kann, wo von irgend einer beliebigen Quelle aus periodische Impulse mit der gleichen Wirkung zugeführt werden.

Die Erfindung ist nicht genau auf die beschriebenen und gezeichneten Ausführungsformen beschränkt. So bedarf es, wenn beispielsweise die Stromquelle einen Strom von hoher Selbstinduction liefert, besonderer Selbstinductionsspulen oder dergleichen nicht; ebenso kann auch der Condensator als besonderer Apparat in Fortfall kommen, wenn die Capacität seines Stromkreises für den beabsichtigten Zweck ausreichend ist. Der Stromkreisregeier kann, wie bereits bemerkt, hinsichtlich seiner Ausführung und Wirkungsweise auf mancherlei Art geändert werden, ohne dafs dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

In der Zeichnung ist bezüglich des Stromkreisregelers angenommen, dafs die Contacte und Isolirzwischenräume zum Laden und Entladen nur eines einzigen Condensators eingerichtet sind; es liegt indessen auf der Hand, dafs man auch nur einen einzigen Motor und Stromkreisregeier zur Bethätigung mehrerer Condensatoren in der Weise verwenden kann, dafs beim Entladen des einen der andere geladen wird.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Erzielung von Strömen hoher Frequenz aus Gleichströmen, dadurch gekennzeichnet, dafs ein Condensator mit der Primärspule eines Inductionsapparates (Transformators) hinter einander geschaltet ist und die freien Enden dieser Leitung an die Pole einer mechanisch betriebenen Unterbrechungsvorrichtung gelegt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher in dem mechanisch unterbrochenen Stromkreise eine hohe Selbstinduction durch die Feldmagnete derjenigen Maschine geliefert oder erhöht wird, welche die Unterbrechungsvorrichtung betreibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.