Neuerungen an Elektromotoren (Dynamomaschinen) und Zubehör. (Patentklasse 21. Fortsetzung des Berichtes S. 189 d. Bd.) Mit Abbildungen. Neuerungen an Elektromotoren (Dynamomaschinen) und Zubehör. 8) Der neue Wechselstrommotor von N. Tesla (vgl. 1889 273 * 292) beruht nach dem New Yorker Electrical Engineer (vgl. den Londoner Electrical Engineer 1890 Bd. 6 * S. 160) auf der Thatsache, dass selbst ein aus dünnen Scheiben zusammengestellter, mit Spulen umwickelter magnetischer Kern nicht sofort in seinem ganzen Querschnitte magnetisirt wird, wenn ein elektrischer Strom durch die Spulen geht, weil eine gewisse Zeit verstreicht, bevor die inneren Theile desselben ebenso magnetisirt sind wie die äusseren. Ist der Kern nur klein oder dünn, so wird dieser Zeitunterschied kaum wahrnehmbar sein, aber bei starken Kernen -und selbst bei verhältnissmässig schwachen, falls die Zahl der Stromwechsel sehr gross ist, wird der Zeitunterschied zwischen der Magnetisirung der äusseren und inneren Kern theile ausgeprägter sein, und Tesla hat es für nöthig gefunden, diese Erscheinung beim Bau von Motoren, welche mit Wechselströmen betrieben werden sollen, zu berücksichtigen und ihren Folgen vorzubeugen. Auf der anderen Seite nutzt Tesla diese Erscheinung aus, indem er sie stärker hervortreten lässt, für die Vorgänge in Motoren im Allgemeinen, indem er ein Feld herstellt, bei welchem diejenigen Theile des Kernes, in denen die durch Wechselströme in einer erregenden Rolle hervorgebrachten magnetischen Wirkungen zu verschiedenen Zeiten hervortreten, gegen einen sich drehenden Anker so angeordnet sind, dass sie ihre anziehende Wirkung auf denselben in derselben Ordnung ausüben, wie sie selbst magnetisirt werden. Es wird hierdurch derselbe Erfolg erzielt, wie bei Tesla's älteren Motorformen, bei welchen durch ein oder mehrere Wechselströme eine Drehung oder ein Fortschreiten der magnetischen Pole oder der Punkte stärkster Anziehung des Kraftfeldes hervorgebracht wird. In Fig. 11 bezeichnet X einen grossen aus dünnen Platten von Eisen oder weichem Stahl zusammengestellten Kern, umwickelt mit der Spule Y, die mit einer Quelle E sehr schnell wechselnder Ströme verbunden ist. Nach Tesla's Annahme wird nun, sobald ein Stromstoss in der Spule Y auftritt, die derselben zunächst liegende Partie a des Kernes sofort erregt, während der mittlere Theil b desselben, welcher durch die zwischen ihm und a liegenden Platten gewissermaassen „geschützt“ ist, etwas später magnetisch wird. Mit der Zunahme der Magnetisirung von a wird auch die von b beginnen, ihren grössten Werth aber etwas später erreichen, als dies in a der Fall ist. Bei Abnahme des Stromes wird auch die Magnetisirung von a bereits schwächer werden, wenn sie bei b noch am grössten ist, bis der fortschreitenden Abschwächung bei a auch eine solche von b folgt. Bei einem Wechselstrome wird ein Zeitpunkt eintreten, wo a seine Polarität bereits verändert hat, während b noch die ihm vorher ertheilte besitzt, u.s.w. Wenn nun beispielsweise ein einfacher Scheibenanker F, der sich frei auf einer Achse drehen kann, in die Nähe des Kernes X gebracht wird, so wird ihm das Bestreben sich zu drehen mitgetheilt werden; die Drehungsrichtung ist abhängig von seiner Stellung zum Kern und zwar wird die dem Kerne am nächsten liegende Stelle von a nach b gedreht, wie es in Fig. 11 angedeutet ist. Textabbildung Bd. 283, S. 252Tesla's Motor. Diese Thatsachen hat nun Tesla bei dem in Fig. 12 skizzirten Motor angewendet. In derselben bezeichnet A einen ringförmigen Eisenrahmen, welcher mit zwei einander gegenüber nach Innen vorstehenden Kernen B versehen ist. Jeder derselben besteht in der Achsenrichtung aus drei Haupttheilen; um ihren geraden Theil e ist eine erregende Spule D gewickelt, während die gebogenen Theile c mit den nach Innen hervorragenden Polen d versehen sind. Wie erwähnt, besteht jeder Kern aus zwei parallel neben einander stehenden äusseren Theilen B, deren polartige Hervorragungen c nach einer Seite (z.B. nach links) gerichtet sind, und einem in Fig. 12 nicht sichtbaren, zwischen beiden liegenden Theile, dessen gekrümmter Ansatz c nach der entgegengesetzten Seite (rechts) gerichtet ist. Die Spulen D sind in denselben Stromkreis parallel, oder hinter einander geschaltet und mit dem, den Wechselstrom gebenden Stromerzeuger E verbunden. Zwischen den Polen dreht sich der mit den in sich geschlossenen magnetisirenden Spulen G versehene Anker F. Die Vorgänge im Motor sind nun folgende: Wenn ein Stromstoss durch die Spulen D geschickt wird, so werden die äusseren Theile von B, welche sich in unmittelbarer Nähe der Spulen D befinden, augenblicklich erregt. Die Zwischenstücke dagegen sind vor der magnetisirenden Wirkung der Spulen D durch die vor ihnen liegenden Lagen von B geschützt, werden aber, sobald die Erregung von B zunimmt, auch magnetisirt, erreichen jedoch ihr Maximum einige Zeit später, als dies bei B der Fall ist. Wenn nun die Abnahme des Stromes eintritt, wird zunächst auch die magnetische Erregung von B abnehmen, während das Zwischenstück noch seine grösste Stärke besitzt; dann nimmt die Erregung in B weiter ab, ebenso die im Zwischenstück, bis B entgegengesetzt erregt wird, worauf dann auch der Wechsel im Zwischenstück folgt. Letzteres und die Theile B können daher als getrennte Feldmagnete betrachtet werden und vermögen zufolge ihrer Erstreckung an der günstigen Stelle auf den Anker einzuwirken. Der Anker dreht sich in der Richtung, in welcher der Magnetismus fortschreitet. In weiterer Ausbildung dieses Grundgedankens hat Tesla einen Motor gebaut, in welchem zwei oder mehr Folgen von erregenden Magneten verwendet und in ihnen durch besondere Hilfsmittel die Maxima und Minima der magnetischen Wirkung in bestimmten Zeitpunkten nach einander erreicht werden, wie schon in Tesla's Dreileitermotor. Jetzt gibt Tesla dem Motor zwei Folgen von Feldmagneten: die Spulen (D und E in Fig. 13) einer jeden sind mit einer Wechselstromquelle verbunden, sie bilden aber zwei getrennte, abgezweigte Stromkreise (FF und GG in Fig. 13). Textabbildung Bd. 283, S. 252Fig. 13.Tesla's Motor. Die Magnete der einen Folge werden bis zu einem gewissen Grade vor der erregenden Wirkung des Stromes durch einen magnetischen, aus einzelnen Eisenplatten bestehenden Schirm oder Schild (aus ausgeglühtem oder oxydirtem Eisendraht) geschützt, der zwischen Magnet und erregender Spule sich befindet. Dieser einen geschlossenen magnetischen Kreis bildende Schild schützt den Hauptkern so lange vor der Magnetisirung, bis er selbst gesättigt ist; in dieser Folge beginnt also die magnetisirende Wirkung um eine willkürlich festzusetzende Zeit später als in der andern, deren Spulen mit jenen der erstem Folge abwechseln, wie D und E in Fig. 13. Eine der zahlreichen anderen Ausführungen dieses Grundgedankens ist in Fig. 13 schematisch dargestellt. Im Allgemeinen ist die Anordnung dieselbe, wie soeben beschrieben, jedoch ist der um die Spulen E der einen Folge gewickelte, das Schild bildende Eisendraht H mit den Spulen D der andern Folge hinter einander geschaltet. Die Eisendrahtspulen sind so verbunden und gewickelt, dass sie nur geringe oder gar keine Selbstinduction haben, und da sie dem Widerstände des Stromkreises FF zugefügt sind, so wird die Wirkung des Stromes in diesem Kreis beschleunigt, während sie im Stromkreise GG verzögert wird. Eine andere Art der Anordnung ist noch in Fig. 14 und 15 dargestellt. Es ist hier ein Feldmagnet angewendet, welcher zwei Reihen nach Innen vorspringender Pole oder Kerne besitzt, die aber (vgl. Fig. 15) so neben einander gestellt sind, dass thatsächlich zwei Kraftfelder erhalten werden und mit einander abwechseln, d.h. dass die Pole der einen Reihe in den Zwischenräumen der anderen Reihe stehen. Textabbildung Bd. 283, S. 253Tesla's Motor. Die freien Polenden der einen Reihe sind durch aus einzelnen Lagen oder Platten zusammengesetzte Kuppelungsstücke verbunden, deren Querschnitt erheblich geringer ist, als der der Kerne, die nur einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden. Der Rahmen A der Maschine besteht aus Platten von Eisenblech, welche gegen einander isolirt und durch Bolzen zusammengehalten sind. Textabbildung Bd. 283, S. 253Fig. 16.Tesla's Motor. Der vollständige Rahmen bildet einen Feldmagnet mit nach Innen vorstehenden Polstücken B und C, die aber nicht in einer, sondern abwechselnd in zwei parallelen Reihen liegen, so dass also B die eine und C die andere Reihe bilden (Fig. 15). Die Pole C sind nun durch die Kuppelungsstücke E verbunden. Die Spulen F und G beider Reihen sind hinter einander geschaltet und liegen in zwei Stromzweigen einer Wechselstrommaschine. Die Wickelung der Spulen G ist so gewählt, dass dieser Stromkreis eine höhere Selbstinduction besitzt, als der andere von den Spulen F gebildete Zweig. Obgleich der Stromstoss gleichzeitig in beide Stromkreise eintritt, wird doch der durch C gehende in Folge der hohen Selbstinduction bei dem geschlossenen magnetischen Kreise etwas verzögert werden, während der Strom durch die andere Spulenreihe, wo ein derartiges Hinderniss nicht besteht, frei hindurchgehen und die betreffenden Pole sofort entwickeln kann. Sind jedoch die Kuppelungsstücke durch einen Strom von bestimmter Stärke gesättigt, und sind sie nun nicht mehr im Stande, noch mehr Kraftlinien aufzunehmen, als ein solcher Strom erzeugt, so werden sie die Entwickelung von Magnetpolen an den Kernenden von C durch den stärkeren Strom nicht mehr hindern. 9) Die in Fig. 16 nach dem Londoner Electrical Engineer, 1890 Bd. 6 * S. 260, im Querschnitt dargestellte Dynamo von Laurence, Scots und Co. in Norwich (Modell D 7) hat Magnete nach der Bauart von G. Kapp aus besonders weichem Gusseisen angefertigt. Der Anker ist trommelförmig; sein Kern besteht aus dünnen, gegen einander isolirten Eisenblechplatten, welche auf die sechskantige Welle aufgepresst und gegen sie durch Streifen von vulkanisirter Fiber isolirt sind. Die Wickelung besteht in 70 einfachen Windungen, welche in tiefen, in den Kern eingefrästen Nuthen liegen. Dem entsprechend hat auch der Stromsammler 70 Abtheilungen. Die Maschine gibt bei 1160 Umdrehungen in der Minute 110 Volt und 140 Amp. Der Anker ist 0,19 m lang und 0,184 m im Durchmesser; er hat 0,024 Ohm Widerstand. 10) F. L. O. Wadsworth bespricht in Electrical World (vgl. Londoner Electrical Engineer 1890, Bd. 6 * S. 293) eine Reihe neuer, zum Theil von ihm selbst aufgestellter Anordnungen, von denen nur die in Fig. 17 skizzirte Scheibenmaschine hier aufgeführt werden möge. Die selbe ist eine sogen. einpolige Maschine, die sich im Allgemeinen sowohl durch Einfachheit der elektrischen und mechanischen Anordnung, als auch durch Beständigkeit und Gleichmässigkeit des Stromes und die grosse Leistung auf 1 k Metall auszeichnet, jedoch den Nachtheil besitzt, dass die für geschäftliche Zwecke nothwendige hohe Volt zahl nicht leicht erreicht werden kann. Um sie zu erhalten, muss man entweder die Maschine mit überaus hoher Umdrehungszahl laufen lassen, oder eine Anzahl von Maschinen hinter einander schalten. Textabbildung Bd. 283, S. 253Fig. 17.Wadsworth's Scheibenmaschine. Wenn jedoch das Feld gleichmässig und symmetrisch um die Drehungsachse liegt, d.h. wenn seine Grenzen zur Drehungsachse concentrische Kreise sind und Mittelpunkt und Umfang der Scheibe durch Leiter von genügendem Leitungsvermögen verbunden werden, so wird nachweislich die Drehung der Scheibe in einem solchen Felde eine Strömung erzeugen, deren Linien von gleichem Potential concentrische Kreise und deren Stromlinien daher Halbmesser sind. Auch wird in einem solchen Feld beinahe das ganze Kupfer der Scheibe als Stromleiter nutzbar gemacht werden können. Die gestellten Bedingungen können nicht vollkommen, wohl aber so angenähert erfüllt werden, dass die Scheibe nicht radial geschlitzt zu werden braucht. Textabbildung Bd. 283, S. 254Fig. 18.Wadsworth's Scheibenmaschine. Eine derartige Anordnung des Feldes ist in Fig. 17 im Schnitt skizzirt. A, A bezeichnen die zwei auf derselben stehenden Welle befestigten Ankerscheiben, um welche der vollständig geschlossene magnetische Kreis so angeordnet ist, dass der Strom vom Mittelpunkte der einen Scheibe nach deren Umfang, bei der zweiten Scheibe aber in entgegengesetzter Richtung fliesst. Jede Scheibe besteht entweder aus einer Anzahl dünner, gegen einander isolirter Kupferplatten, oder aus einer Anzahl starker, ebenfalls gegen einander isolirter Kreisausschnitte. Die sich entsprechenden Theile beider Scheiben sind in der Mitte mit einander durch eine Anzahl von isolirten runden Röhren oder Stäben verbunden; am ganzen äusseren Umfange wird an jedem einzelnen Theile ebenfalls Contact gemacht, indem an ihn zu diesem Zweck ein Kupferband umgelegt und angelöthet ist, welches über die Fläche der Scheibe hervorragend in einem concentrisch ausgedrehten, mit Quecksilber gefüllten Troge sich bewegt. Grundplatte und die Abtheilungsringe sind aus Kautschuk und in jedem Troge ist mit dem oberen Rande nach unten gebogenes gut amalgamirtes Kupferband befestigt, das den Strom ableitet und zugleich das Ueberfliessen des Quecksilbers bei der Drehung der Scheibe verhütet. Auf diese Weise wird angeblich weniger Reibung erzielt, als bei Anwendung von Bürsten, auch ist der elektrische Widerstand geringer als bei diesen. Die einzelnen Theile jeder Scheibe sind hinter einander geschaltet mit möglichster Vermeidung wirkungsloser Drahtlängen bei der Verbindung der aufeinanderfolgenden Tröge. Die grösste Leistung wird erzielt, wenn die Scheiben, wie Fig. 18 zeigt, aus einzelnen vollen Kreisausschnitten bestehen; in diesem Falle tauchen in jeden einzelnen Trog die umgebogenen Ränder zweier einander diametral gegenüberstehender Ausschnitte. Die Quecksilberrinnen sind durch Drähte mit einander verbunden. 11) Gisbert Kapp's neue Dynamo für Centralstationen, ausgeführt von Johnson und Phillips, ist, wie Fig. 19 erkennen lässt, eine mehrpolige Maschine. Die Anordnung von mehr als zwei Polen ist besonders für grosse Maschinen vortheilhaft, welche mit einer verhältnissmässig geringen Geschwindigkeit laufen, weil namentlich die Gegenwirkung des Ankers verringert wird. Die einfache Vergrösserung der Abmessungen einer gewöhnlichen zweipoligen Maschine behufs Vergrösserung der Leistung findet sehr bald ihre Grenzen, indem die magnetische Wirkung des Ankers selbst bedenklich wird, nicht bloss weil bei ihr eine gewisse Verminderung der Klemmenspannung eintritt, sondern auch, und dies ist besonders wichtig, weil eine Aenderung der Bürstenstellung nothwendig wird, um bei sich änderndem Strom die Funkenbildung am Stromsammler zu verhüten. Die mehrpolige Maschine hat gegenüber der zweipoligen noch den Vortheil höherer Leistungsfähigkeit bei geringerem Gewicht und demgemäss geringeren Herstellungskosten. Die abgebildete Maschine ist nach dem Engineer, 1890 Bd. 70 * S. 352, für 450 Umdrehungen in der Minute berechnet, wobei sie 1000 Amp. und 50 Volt Klemmenspannung geben soll, jedoch kann durch eine geringe Aenderung in den Endverbindungen mit derselben Ankerwickelung eine Leistung von 330 Amp. bei 150 Volt Klemmenspannung erreicht werden. Der Ankerkern besteht aus Scheiben von weichem Eisenblech und hat 612 mm äusseren Durchmesser bei 306 mm Länge; er ist mit Mitnehmern versehen und gut gelüftet, wie dies bei Kapp's zweipoligen Maschinen der Fall ist, doch wird die Lüftung in Folge des grossen inneren Durchmessers besonders wirksam, so dass die Temperaturzunahme geringer ausfällt, als dies bei zweipoligen Maschinen gewöhnlich der Fall ist. Das magnetische Feld besteht aus sechs radial nach Innen vorstehenden cylindrischen Kernen, die aussen durch ein zwölfseitiges Joch verbunden, an den inneren Enden aber mit Polstücken versehen sind. Auf die radialen Theile der Kerne sind die Spulen aufgeschoben, welche einen Nebenschluss bilden. Das ganze Feld ist in Gusseisen aus zwei Hälften hergestellt, welche im wagerechten Durchmesser verschraubt sind, so dass der Anker nach Abnahme des oberen Theiles leicht eingesetzt werden kann. Textabbildung Bd. 283, S. 254Fig. 19.Kapp's Dynamo. Der Anker hat 224 Kupferstangen, deren Enden nach Art der vielpoligen parallelen Trommelwickelung verbunden sind. Die Verbindungsstücke sind flache kupferne Kreisausschnitte von 60° Ausdehnung, welche an dem Ende mit rechtwinklig zu ihrer Ebene vorstehenden Stiften versehen und spiralförmig um eine gusseiserne Randscheibe angeordnet sind, wobei für Isolirung dieser Ausschnitte unter einander gesorgt ist. Diese Randscheibe ist an den Ankerkern, oder besser an die gusseisernen Ringe, zwischen welchen der Ankerkern gehalten ist, geschraubt. Es ist hiernach auf jeder Seite des Ankers ein solcher Verbinder vorhanden, dessen einzelne Platten durch die vorher erwähnten, in kreisförmigen Reihen vorstehenden Stifte mit den Enden der Ankerstäbe durch Nietung und Löthung verbunden sind. Bei Parallelwickelung ist die Verbindung auf einer Seite des Ankers vorwärts, auf der anderen Seite rückwärts gemacht, während bei Hintereinanderschaltung die Verbindung auf beiden Seiten vorwärts gemacht ist. In diesem letzteren Falle theilt sich der Strom, indem er durch den Anker geht, bloss in zwei Zweige, so dass auch nur zwei diametral gegenüberstehende Sätze von Bürsten nothwendig sind. Bei Parallelschaltung, wie sie die abgebildete Maschine besitzt, sind sechs um je 60° versetzte Bürstenreihen nothwendig. Der Widerstand des Ankers ist 0,0015 Ohm und veranlasst bei voller Leistung einen Spannungsverlust von 1,5 Volt. Das Gesammtgewicht beträgt 76 Centner.