Uebersicht über Dynamomaschinen. Von Peter Climentitsch v. Engelmeyer, Ingenieur in Moskau. Mit Abbildungen. Uebersicht über Dynamomaschinen. Heutzutage kommt jeder Techniker in Berührung mit Dynamomaschinen; sei es auch nur in der technischen Literatur. Die Arten derselben sind aber so zahlreich, dass es wohl manchem, der die Elektrotechnik nicht als Specialität getrieben hat, wünschenswerth erscheinen dürfte, solch einen Ueberblick über die gesammten Dynamoconstructionen zu bekommen, dass dabei wenigstens die hauptsächlichsten elektrischen Erscheinungen sich abspiegeln. Ein solcher Ueberblick, der zugleich auch als Classification für sämmtliche bereits bestehende Dynamoconstructionen dient, ist jetzt um so zeitgemässer, als schon bereits drei volle Jahre verflossen sind, ohne dass eine neue Art von Dynamo in die Praxis getreten wäre. Das vorhergehende Decennium war in dieser Hinsicht so fruchtbar, dass der heutige verhältnissmässige Stillstand erklärlich erscheint. Die übergrosse Fülle von Gebilden werden jetzt nach den gewonnenen Anschauungen nachgeprüft, in ein System eingeordnet und gründlicher Ueberarbeitung unterworfen. Die hier darzulegende Einordnung ist eine doppelte, indem sie sich nach den zwei Hauptbestandtheilen der Dynamomaschine richtet: 1) nach den Feldmagneten und 2) nach dem Anker oder der Armatur.Diese Eintheilung habe ich zuerst bei öffentlichen Vorträgen im November 1890 (in Moskau) mit Vortheil benutzt. Eintheilung nach den Feldmagneten. Die Grundformen der Dynamomaschinen. Die Feldmagnete bilden meistens zugleich das Gestell der Dynamo und verleihen ihr somit die äussere Erscheinungsform (den Habitus), was man in der elektrotechnischen Literatur meistens die Type der Dynamo nennt. In den folgenden Zeichnungen bedeutet A die Armatur, von deren Beschaffenheit wir jetzt vorläufig absehen. Von den unzähligen Formen der Elektromagnete sollen hier nur diejenigen in Betracht gezogen werden, welche sich bis in die letzten Tage hin erhalten haben. Von den nur noch historisches Interesse bietenden Typen seien nur die von Gramme (1870), A, Fig. 1, und von Siemens (1872), B, Fig. 2, erwähnt, weil diese den Anfang der praktischen Dynamoconstruction kennzeichnen. Beide Typen erlitten verschiedene Abänderungen. So z.B. hat Weston (1877) u.a. in der Type A die Achse senkrecht zur Papierebene verlegt. Die Type B wurde auch senkrecht aufgestellt. Charakteristisch für beide Typen sind die sogen. Folgepole NN und SS, die natürlich durch entsprechende Stromrichtung in den Wickelungen hervorgebracht waren. Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 1.Type A.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 2.Type B.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 3.Type C.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 4.Type D.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 5.Type E.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 6.Type F.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 7.Type G.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 8.Type H.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 9.Type I.Textabbildung Bd. 292, S. 10Fig. 10.Type K. Ende der 70er und besonders in den 80er Jahren entstanden sehr zahlreiche Formen der Feldmagnete, jedoch nach und nach nahm deren Zahl wieder ab und zwar unter dem Einflüsse der gegen 1884 von Hopkinson und M. Deprez geäusserten und allgemein anerkannten Anschauung, die auch die heutige ist und sich in dem Bestreben kundgibt, den magnetischen Widerstand der Dynamo thunlichst zu vermindern. Diese Richtung führte zu starken und kurzen Magnetformen, welche zugleich den Vortheil gewähren, dass die Herstellung der Maschine leichter und billiger wird. Diese Richtung hat sich besonders klar an der Type Edison (1880) geltend gemacht. Die neuere Ausführung Edison-Hopkinson (1883), C, Fig. 3, unterscheidet sich von der ursprünglichen Edison'schen hauptsächlich dadurch, dass die Magnetkerne a und b kürzer und stärker gehalten werden. Diese Type findet man heutzutage bei kleinen Motoren im Gebrauch. S. Thompson hat die Type C noch gedrängter gemacht, indem er die Schenkel a und b noch verkürzte und die Wickelung auf dem Joche c anbrachte (1887). Er stellte die Maschine auch auf den Schenkel und auf das Joch, wobei ein Uebergang zur nächsten Type entstand. Allerdings ist die Type D (Fig. 4) selbständig entstanden, indem sie gegen 1884 von Siemens und Halske und von G. Kapp eingeführt worden war. Das Streben, die Schenkel zu verkürzen, machte sich auch hier geltend. So macht Fein u.a. (1887) die bewickelten Schenkel sehr kurz und nach auswärts gerichtet, so dass das Joch länger und ausgebogen wird. Die Type E (Fig. 5), zuerst von Thomson-Houston (1880) eingeführt, hat jetzt in den verstärkten und vereinfachten Abänderungen von Lahmeyer (1887) u.a. ihre Bedeutung beibehalten. Die Type F (Fig. 6), die Eikemeyer und auch Forbes (gegen 1886) zuzuschreiben ist, unterscheidet sich von allen anderen dadurch, dass die Wickelung nicht auf Eisenkernen, sondern umgekehrt im Inneren der Eisenmasse liegt. Man kann sie aus der Type E ableiten, indem man sich in letzterer die Polstücke N und S immer kürzer, bis schliesslich in die Seitenwände versenkt denkt. Die Manchester-Type G (Fig. 7), die (1886) Hopkinson und auch Brown zugeschrieben wird, ist besonders durch Einfachheit, Knappheit und Symmetrie ausgezeichnet. Da die Berechnung und Herstellung der Maschine nach dieser Type verhältnissmässig leicht ist, so erfreut sich die Manchester-Type heutzutage solch einer Verbreitung, dass man jetzt nur wenige Firmen nennen könnte, welche Dynamos nach dieser Type nicht gebaut haben. Bis jetzt war hier nur von zweipoligen Dynamos die Rede. Die Typen B, F und G sind auch nur als zweipolig verwendet. Dagegen wurden Dynamos der Typen A, C, D und E auch mehrpolig gebaut. So ordnete Gramme (Type A) mehrere Elektromagnete rings um die Armatur an (1878). Die Typen C und D wurden einfach verdoppelt (Elwell-Parker 1887, Kester 1890). Bei der Type E hat man durch eine entsprechende Stromrichtung in der Wickelung die Polzahl so verdoppelt, dass in den Polstücken gleichnamige Pole in den Verbindungsstücken a und b, aber die anderen gleichnamigen, als Folgepole erschienen. Folgende drei, unter einander verwandte Typen sind aber meistens mehrpolig. Die Type H (Fig. 8), von Soren Hjorth (1855) eingeführt, findet auch jetzt Verwendung. Die der Drehachse parallelen Feldmagnete sitzen auf einem doppelten ringförmigen Gestell. Die Type I ist insofern von der Type H verschieden, dass die Feldmagnete auf einem Kranze senkrecht zur Achse sitzen. Als deren Urtype dürfte wohl die Gramme'sche „Octogone“ (1878) angesehen werden. In ihrer endgültigen einfachen Ausführung von Dolivo-Dobrowolsky (1891) u.a. hat sie sich so allgemein beliebt gemacht, dass sie jetzt für mehrpolige Dynamo dieselbe Verbreitung zu finden scheint, wie die Manchester-Type G für die zweipoligen. Von deren Abänderungen sei nur gesagt, dass Thury (1883) u.a. nicht die Polstücke, sondern die Theile a, a... bewickelt. Brown hat diese Type so abgeändert, dass die Polstücke NS entfernt wurden und der Kranz aa inwendig mit parallelen Stäben statt Bewickelung belegt wurde (1891). Die „Innenpol-Type“ K (Fig. 10) ist die Umkehrung der Type I. Hier rotirt entweder die Armatur oder der Magnetstern. Rotirende Armatur mit stehenden Feldmagneten stammt von Jürgensen (etwa 1880), die jetzt ziemlich stark vertreten ist (Siemens und Halske, Fein, Ganz u.a.). Die umgekehrte Combination von rotirenden Elektromagneten bei stehendem Ring hat Gramme (1877) für Wechselstrom eingeführt und findet dieselbe auch in der neuesten Zeit, besonders nach der Mehrphasenstrommaschine von Brown (1891) viele Anhänger. Indem wir zu den verschiedenen Armaturen übergehen, wollen wir deren Verwendung bei verschiedenen Typen erörtern. Zunächst bemerken wir sofort, dass die Typen A, B, C, D, E, F, G, I sehr verschiedene Armaturen zulassen: es können hier und werden überhaupt die Armaturklassen II, III, IV, V verwendet. Die Type H ist offenbar mit der Scheibenarmatur, Klasse VI, verbunden; die Type K mit dem Ring, Klasse IV. Eintheilung nach dem Anker oder der Armatur. Klassen der Dynamomaschinen. Wir betrachten hier nur die Elemente, aus denen die Armaturwickelung zusammengebracht wird, nämlich die einzelnen Drahtschleifen; deren Verbindung mit einander und mit den stromabgebenden Organen (Stromsammler oder Collector, Ringe oder einfach Klemmenborne) bedingt die Wickelungsart oder auch Schaltungsart der Armatur, was gewöhnlich das Hauptmerkmal des Systems einer Dynamo abgibt. Da von unseren Klassen jede eine beträchtliche Anzahl Systeme umfasst, so brauchen wir hier nicht in die Wickelungseinzelheiten einzugehen. Zu der I. Klasse gehören nur Gleichstrommaschinen, zu der letzten (VII) nur Wechselstrommaschinen. Die übrigen fünf umfassen diese wie jene. Das erklärt sich dadurch, dass die Inductionsvorgänge in beiden dieselben sind: während eines Feldwechsels, was man Periode nennt, entstehen in den Elementen der Armatur immer Wechselströme. Diese werden entweder als solche auch hinausgeleitet oder mittels eines mit der Armatur sich drehenden Stromwenders (Commutators oder Collectors) erst alle gleichgerichtet gemacht. Wir betrachten ferner die Armatur nur in einem einfachen magnetischen Felde, eventuell eine zweipolige Dynamo. Es erhellt von selbst, dass die Erscheinungen in einer mehrpoligen Dynamo nur insofern verschieden sein werden, als eine Umdrehung der Armatur sich in so viel Perioden eintheilt, als Felder NS vorhanden sind. Wir betrachten aber nur eine Inductionsperiode. Klasse I. Faraday-Dynamo.Diese werden manchmal nach Siemens „unipolare“ oder nach Forbes „nonpolare“ genannt. Dass beide Bezeichnungen sehr untreffend sind, darauf wurde schon öfters hingewiesen. Denn ebensowenig kann man sich ein, nur einen Pol habendes Magnetfeld, als eine Strominduction im Inneren einer nicht unterbrochenen (pollosen) Eisenmasse denken. Ganz sachgemäss werden diese Dynamo bezeichnet als „Gleichstrommaschinen ohne Commutator“, allein diese Bezeichnung ist zu lang. Darum dürfte man, glaube ich, mit Vortheil den Namen Faraday-Dynamo annehmen, weil ja wirklich die erste Dynamo die von Faraday ist und weil dabei der Name jenes bahnbrechenden Genius genannt wird, dem die Elektrotechnik wie speciell der heutige Progress der Dynamomaschine so vieles zu verdanken kat. (Man denke nur an die mehrmals angefochtene, jetzt aber als Grundaxiom stehende Idee vom „Magnetischen Strome“, welche, wie schon gesagt, den Umschwung in der Dynamoconstruction herbeiführte, sobald sie allgemein anerkannt worden war. Der erste mechanische Stromerzeuger war die in physikalischen Lehrbüchern beschriebene Faraday'sche Scheibe (1831). Die Fig. 11 gibt das Schema aller, nach diesem Princip gebauten Dynamos. Denkt man sich den Leiter ab mit äusserer Kraft in der Richtung des Pfeiles gedreht, so entsteht in ihm (wenn die Enden a und b mit einem stehenden Leiter verbunden werden) ein constanter Strom von der in der Figur angedeuteten Richtung. Umgekehrt, lässt man einen äusseren Strom den Leiter in der bezeichneten Richtung durchfliessen, so dreht sich der Leiter in entgegengesetzter Richtung. Dieses Princip gilt allgemein und heisst „die Umkehrbarkeit der Dynamomaschine“. Textabbildung Bd. 292, S. 12Fig. 11.Klasse I als Generator. Zu dieser Klasse gehören: Faraday's Scheibe (1831) und Barlow's Rad, Siemens (1881), Floyd (1883), Ferraris (1883), Munro (1884), Forbes (1885), Uppenborn (1885), Smith (etwa 1885), Hummel (1885), Lahmeyer (1886), Poleschko (1889, 1891 279 * 104), Wadsworth (1891 283 * 253), Thury (1892 286 * 59). Bis jetzt ist es noch nicht gelungen, bei der Induction im constanten magnetischen Feld (bei der Faraday-Induction) eine höhere Spannung als 5 bis 7 Volt zu erzielen, weil man noch nicht eine praktische Reihenschaltung der Armaturelemente gefunden hat. Da aber für die praktische Verwendung der Strom heutzutage mindestens 60 Volt Spannung haben soll, so sind bis jetzt die Abarten der Faraday'schen Scheibe entweder nur Patentschriften und physikalische Apparate geblieben oder höchstens haben sie eine spärliche Verwendung in der Elektrochemie gefunden. Das breite Feld der Praxis gehört den übrigen sechs Klassen der Dynamos, die alle das Gemeinschaftliche haben, dass die Armaturelemente ein sich periodisch änderndes magnetisches Feld schneiden. Klasse II. Spulen-(Solenoid-) Armaturen. Denken wir uns im magnetischen Felde NS (Fig. 12) eine Spule (Solenoid) um eine Senkrechte zum magnetischen Meridian, Achse CC drehbar. Ist die Spule durch einen Strom von angedeuteter Richtung durchflössen, so entsteht in Folge der Polabstossung bezieh. Polanziehung eine durch den Pfeil bezeichnete Drehung. Diese Drehung besteht für die halbe Umdrehung 1–2–3. Sobald aber das Ende a der Spule in 3 angelangt, wird das Drehmoment gleich Null. Erfolgt aber gerade in diesem Augenblicke eine Stromumkehrung in der Spule, so besteht (nachdem die Spule in Folge der erworbenen Geschwindigkeit den todten Punkt überschreitet) die Drehung während der zweiten Hälfte der vollen Umdrehung, wobei wir uns in der Zeichnung nur a in b und umgekehrt zu denken haben. Die erörterte Wirkungsweise dieser Dynamoklasse als Motoren ist also durch das Vorhandensein der todten Punkte gekennzeichnet. Wie bei eincylindrigen Dampfmaschinen treten diese ein, wenn die Zug- und Druckcomponente durch die Drehachse gerichtet ist. Bei Dynamo ist der todte Punkt da, wo die Schleife die Magnetlinien senkrecht schneidet. Um die Wirkungsweise dieser Klasse (und, wie wir später sehen werden, aller anderen Klassen) als Stromerzeuger (Generator) aufzufassen, brauchen wir nur das Gesetz von Lenz (1834) ins Gedächtniss zu rufen, welches lautet: „Wird ein Leiter in einem magnetischen Felde bewegt, so inducirt sich im Leiter ein Strom von solcher Richtung, bei welcher die elektromagnetische Anziehung bezieh. Abstossung die Bewegung zu verhindern suchen.“ In der Fig. 13 wird die vorher stromlose Spule in der Richtung des Pfeiles mit äusserer Kraft gedreht. Sofort entsteht, nach dem Lenz'schen Gesetz, ein Inductionsstrom von angedeuteter Richtung. Eine Vergleichung mit der Fig. 12 zeigt, dass nur die Ströme in der Armatur umgekehrt sind. Textabbildung Bd. 292, S. 12Fig. 12.Klasse II als Motor.Textabbildung Bd. 292, S. 12Fig. 13.Klasse II als Generator. Ferner erhellt von selbst: 1) dass der inducirte Strom seine Richtung während einer halben Umdrehung der Armatur beibehält; 2) dass er in der nächsten halben Umdrehung umgekehrt gerichtet ist; 3) dass der Stromwechsel in allen Schleifen der Spule gleichzeitig jedesmal eintritt, wenn die Schleifen senkrecht die magnetischen Linien schneiden. Die erste Dynamomaschine, die praktische Verwendung als Stromerzeuger oder Generator und als Motor fand, gehört zu dieser Klasse. Es ist die von W. Siemens (1857). Später wurde sie von Wilde (1866) abgeändert. Nachher und bis jetzt ist diese Klasse mehr für ganz kleine Motoren verwendet worden. Zu diesen gehören die Dynamo von Deprez (1879), Ayrton und Perry (1882), Griscom (etwa 1883), Trouvé (etwa 1884), Fein u.a. Aus dieser Klasse lassen sich die übrigen ableiten, indem man statt der Spule einzelne Schleifen nimmt. Klasse III. Trommel-Armaturen. Nehmen wir statt der Spule nur die mittlere Schleife (Fig. 14), so ist deren Wirkung als Motor wie Generator natürlich vollständig übereinstimmend mit der Klasse II. Wir können aber eine ganze Reihe solcher Schleifen rings um die Achse CC anordnen. Die Inductionsvorgänge in jeder einzelnen Schleife bleiben wieder die früher erörterten, jedoch die Wirkung der ganzen Armatur wird eine andere. Denken wir uns die Trommel (Fig. 15) durch einen langen Draht so hergestellt, dass dieser, ohne jede Schleife abzuschliessen, zu einer anderen übergeht und so in einer gewissen Reihenfolge die ganze Trommel bildet, indem der Anfang und das Ende des Drahtes mit einander verlöthet sind. Auch in diesem Falle können die Stromrichtungen in den einzelnen Schleifen keine anderen, als die uns schon bekannten, in der Fig. 15 angedeuteten, sein. Alle diese Einzelströme summiren sich jetzt in solcher Weise, dass die rechte und linke Hälfte der Trommel parallel geschaltet erscheinen, und diese zwei parallelen Ströme fliessen als constanter Strom in die Bürsten A und B, die, unbeweglich befestigt, jene Schleife (die jetzt nicht mehr einen metallischen Ring bildet) berühren, welche den magnetischen Aequator passirt. Der Draht kann in sehr verschiedener Weise von einer Schleife zur anderen hinübergeführt werden, und daraus entstehen die verschiedenen Wickelungsarten der Trommeln. Denken wir umgekehrt durch die Bürsten A und B einen äusseren constanten Strom in die Armatur (Fig. 15) hineingeführt, so vertheilt er sich parallel in der rechten und linken Hälfte der Armatur und es entsteht eine Drehung in der Richtung des Pfeiles, wenn die Ströme in den Armaturelementen die entgegengesetzten Richtungen zu der Fig. 15 haben. Da die einzelnen Schleifen zu verschiedenen Zeiten die Lage des todten Punktes passiren, so fallen für die ganze Armatur die todten Punkte weg, wie in einer mehrcylindrigen Dampfmaschine. Textabbildung Bd. 292, S. 13Klasse III als Generator. Hierher gehören die Armaturen: Hefner-Alteneck (1872), Weston (1877), Goolden, Elphinston-Vincent, Wenström, Edison (etwa 1880), Naglo (1880), Thomson-Houston (1880), Thury (1883), Allioth (1884), Oerlikon (1884), Helios (1885), Lohmeyer (1885), Ganz (1887), Westinghouse (1887), Statter (1888), Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Krizik, Eikemeyer (1890), Züricher Telephongesellschaft (1891), Hawkins (1892 283 * 190), Laurence, Scots und Co. (1892 283 * 253), Wadley (1893 288 * 90), Crompton (1893 288 * 210), Brown und Boveri (1893 290 * 54), Holmes (1894 291 109), Joel (1894 291 * 109). Klasse IV. Ringarmaturen. Theilen wir die Schleife (Fig. 14) in zwei Hälften, indem zwei Schleifen in einer Ebene entstehen (Fig. 16), so ist qualitativ nichts verändert, da in den beiden Theilen a und b die Ströme entgegen gerichtet sind. Es gelten auch für diesen Fall die Bemerkungen, die sich auf die Fig. 12, 13 und 14 bezogen. Indem wir die Schleifen, wie in der vorigen Klasse, vervielfältigen, entsteht die Ringarmatur (Fig. 17). Alles, was über die Trommelarmatur (Klasse III) gesagt worden ist, gilt auch hier. Der ursprünglich von Pacinotti (1860) erfundene und von Gramme (1870) eingeführte Ring hatte die Form eines trommelartigen Cylinders. Andere Constructeure haben einige Jahre hindurch den sogen. Flachring gebaut, d.h. den Gramme'schen Ring von kleiner cylindrischer Breite, jedoch von grösserem Durchmesser. Da aber der Flachring sich in der Praxis nicht bewährt hat, so ist in der letzten Zeit auch dessen Hauptvertheidiger, Schuckert, wieder zur ursprünglichen Gramme'schen Form (Cylinderring) zurückgekehrt. Dasselbe darf man auch von mehreren früheren Gegnern des Gramme'schen Ringes sagen (so z.B. von Siemens), besonders wenn es sich darum handelt, ganz grosse Maschinen zu bauen. Schliesslich wäre wohl heute kaum eine Firma zu nennen, die den Ring bei ihren Dynamos nicht verwendet oder nicht verwendet hätte. Auch an Abarten ist diese Klasse die reichste, jedoch haben sie nur noch historisches Interesse. Textabbildung Bd. 292, S. 13Klasse IV als Generator. Hierher gehören: Pacinotti (1860), Gramme (für Gleichstrom 1870, für Wechselstrom 1877), Schuckert (1876), Wilde (1878), Bürgin (1878), de Meritens (1879), Brusch (1880), Jürgensen (1881), Paterson und Cooper, Mac Tighe, Hochhausen, Maxim-Cabella, Maquaire (1882), M. Deprez (1883), Gülcher (1883), Crompton (1884), Oerlikon (1884), Helios (1886), Siemens (1887), Naglo (1887), Fein (1887), Elwell-Parker (1887), Kennedy (1888), Heisler (1889), Kummer (1889, doch seit 1880), Berliner Maschinenbau-Actiengesellschaft vorm. Schwarzkopff, Mordey (1891 279 * 101, auch 1888 270 * 52), Kapp (seit 1885, 1891 279 * 102), Steinlen (1891 279 * 131), Duncan (1891 279 * 181), Scott (1891 281 * 2), Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (1891 281 * 4), Joel (1892 285 * 89), Short Electrical Railway Co. (1893 287 * 87), Parcelle (1893 288 * 91), Cail (1893 288 * 135). Klasse V. Sternarmaturen.Diese werden oft „Polarmatur“ genannt, was ganz unzutreffend ist: 1) weil man mit Polarmatur ganz mit gleichem Rechte auch die meisten Scheibenarmaturen bezeichnen darf; 2) weil dieses Wort die Form nicht angibt, wogegen alle anderen – Trommel-, Ring-, Scheibenarmatur – gerade die Form bezeichnen. In diese Reihe stellt sich das Wort „Sternarmatur “ ganz von selbst. Dabei kann es auf keine andere Klasse bezogen werden. Für die Ableitung dieser Klasse aus der zweiten haben wir statt der Spule nur deren Endschleifen a und b zu nehmen (Fig. 18). Die Wirkungsweise ist natürlich identisch mit den Anordnungen Fig. 12, 13, 14 und 16. Bei ihrer Vervielfältigung entsteht die Sternarmatur (Fig. 19). Diese Armaturart ist von Lontin (1878) eingeführt. Sie wird meistens mit der Elektromagnettype J (Fig. 9) verbunden, wobei man sich die Armatur A etwa in der Art des Feldmagnetes der Type K (Fig. 10) zu denken hat. Es entstehen somit zwei Kränze von radial gegen einander gerichteten Elektromagneten, von denen der innere sich dreht, aber entweder der innere oder der äussere als Armatur dient. Diese Klasse ist heute meistens für Wechselstrom im Gebrauch. Zu denselben gehören: Lontin (1878), Jablochkoff (1878), Siemens (1878), Schuckert (1879), Ganz (1883), Gerard (1883), Mather und Platt (1891 279 * 137), Stanley (1891 279 * 177), E. Thomson (1892 285 * 97), Kingdon (1892 285 * 97), Emmat (1893 288 * 134), Hall (1893 288 * 137), Sohlmann (1893 288 * 213), Fricker (1893 289 * 158), Patin (1894 291 * 112), Gülcher (1894 291 * 136). Textabbildung Bd. 292, S. 14Klasse V als Generator. Eine besondere Abart bilden die Anordnungen, wo beide Kränze von Spulen unbeweglich sind, dazwischen aber zahnförmig gebildete Eisentheile sich drehen und die Verstärkung bezieh. Schwächung des magnetischen Feldes und somit die Strominduction hervorrufen. Hierher gehören mehrere Anordnungen von Kingdon (1891 und 1892), ferner: Pyke und Harris (1893 288 * 212), Hartnell (1893 289 * 156). Klasse VI. Scheibenarmaturen. Drehen wir in der vorigen Klasse sämmtliche Armaturschleifen um 90°, ebenso die Feldmagnete, so erhalten wir die Scheibenarmatur (Fig. 20). Alle Inductionserscheinungen sind uns schon aus dem Vorigen bekannt. So z.B. entsteht der Stromwechsel in jeder Schleife in dem Momente, wann diese am Pole vorüberstreicht, d.h. die Magnetlinien senkrecht schneidet. Die Feldmagnete sind fast ausschliesslich von der Type H (Fig. 8). Die alten (seit 1832) Inductionsstromerzeuger für ärztliche Zwecke von Pixii, Saxton, Clark, Stöhrer gehören hierher. Dann kamen noch: Soren-Hjorth (1855), Holmes (1856), Wilde (1867), Niaudet (1872), Wallace-Farmer (1876), Siemens (Hefner-Alteneck) (1878, siehe auch 1894 291 * 138), Nollet (1880), Gordon (1881), Klimenko (1883), Mordey (seit 1888), Brush (1889). Textabbildung Bd. 292, S. 14Fig. 20.Klasse VI als Generator. Zu dieser Klasse gehört noch eine ganze Reihe Dynamo, deren Scheibenarmaturen zwar unter einander verschieden sind, die aber das Gemeinschaftliche haben, dass statt jeder Schleife (Fig. 20) nur sozusagen deren radialer, gerade gezogener, Theil geblieben ist; diese Theile sind aber sehr mannigfaltig und zuweilen complicirt mit einander verbunden. Zu diesen Maschinen gehören: Hopkinson-Muirhead (1880), Edison (1881), Ferraris (seit 1883), Bollmann (1885), Jehl und Rupp (1887), Matthews, Desroziers (1890 276 * 441, auch 1894 291 * 134), Fritzsche und Pischon (1891 281 * 5), Reigner (1892 283 * 190, auch 1893 290 * 26), Bary (1893 288 * 134), Callendar (1893 288 * 214), Henrion (1893 290 * 27). Klasse VII. Mehrphasenstromdynamo. Diese sind Wechselstromdynamos, die sich aber von den übrigen dadurch unterscheiden, dass in ihnen nicht ein, sondern zwei und mehr Wechselströme zugleich arbeiten, deren Phasen aber unter einander verschoben sind. Wir wollen sie näher betrachten, und zwar erstens als Generatoren, zweitens als Motoren. Die Möglichkeit, von einer Dynamo mehrere Wechselströme von verschiedener Phase abzunehmen, erhellt von selbst nach dem, was über die Klassen III, IV, V und VI gesagt worden ist, weil wir in den Armaturen Fig. 15, 17, 19 und 20 zu jeder Zeit mehrere Ströme verschiedener Phase vorfinden. So sehen wir z.B. in der Fig. 15 (angenommen ist ein gleichmässiges magnetisches Feld), dass die Phase des Stromes in der Schleife aa1 um \frac{\pi}{4} nach-, in der Schleife bb1 aber um ebenso viel vorgeht im Vergleich zu der Phase in der Schleife 2–4. Da die in den einzelnen Schleifen inducirten Ströme zugleich auch schon Wechselströme sind, so hat man sie nur einfach von den betreffenden Schleifen abzuleiten. Jetzt wenden wir uns zu der Wirkungsweise der Mehrphasenstromdynamo als Motoren. Diese werden Drehfeldmotoren (früher Drehstrommotoren) genannt. Man soll nicht vergessen, dass überhaupt sämmtliche Elektromotoren in drei Arten zerfallen, je nachdem sie arbeiten mit A) Gleichstrom, B) Wechselstrom (einfach) oder C) Mehrphasenstrom, d.h. mehreren Wechselströmen verschiedener Phase zugleich. Die Wirkungsweise und deren Eigenthümlichkeiten wollen wir hier durch die Vergleichung mit den Dampf- und hydraulischen Motoren erklären. Zunächst ist es klar, dass wir von dem elektrischen Strome nur dessen mechanische Kraftäusserung in Betracht ziehen. Ebenso vom Dampf und vom Wasser (nur deren Druck). Ein Elektromagnet, der mit constantem Strom gespeist wird, wirkt wie ein permanenter Magnet nur in einem Sinne und ist somit einfach mit druckausübendem Dampf oder Wasser zu vergleichen. Wird dagegen ein Elektromagnet mit Wechselstrom gespeist, so wirkt er periodisch bald anziehend, bald abstossend, gerade wie Dampf und Wasser in einem Cylinder mit Steuerung. Die Analogie ist beim Druckwasser eine vollkommenere, da bei Elektricität, wie beim Wasser, von einer Expansion keine Rede sein kann, sondern beide arbeiten nur während der Zuleitung. Der Cylinder übt seinen Zug und Druck mittels Kolben- und Pleuelstange. Diese sind beim Elektromagnet durch die ideelle Componentenlinien ersetzt zu denken. Dabei geht aber die Analogie so weit, dass auch das Gesetz, nach welchem der Zug und Druck beim Cylinder bezieh. Anziehung und Abstossung beim Elektromagnet während einer Periode sich ändert, um so mehr sich dem Sinusgesetze nähert, je weiter der Cylinder bezieh. Elektromagnet entfernt sind, und in der Praxis wird auch hier wie dort das Sinusgesetz angewandt. Jetzt betrachten wir die Elektromotoren. Der einfachste ist der in Fig. 13 abgebildete. Er gibt uns das Vorbild aller Wechselstrommotoren, denn wird er von aussen auch durch Gleichstrom gespeist, so muss dennoch eine Strom wen düng in der Armatur für jede halbe Umdrehung vorgesehen werden. Und wirklich kann er (Fig. 13) ebenso gut von aussen mit Wechselstrom getrieben werden. Nur soll dabei eine Bedingung erfüllt werden, dass nämlich der Stromwechsel immer gerade in den todten Punkten treffe. Ist dies nicht der Fall, so bleibt der Motor stehen. Letzteres ist für die Praxis der elektrischen Kraftübertragung sehr wesentlich: der einfache Wechselstrommotor soll also mit dem entfernten Stromerzeuger genau synchron laufen. Wird dieser Synchronismus auch nur einen Augenblick zerstört, etwa durch Ueberlastung des Motors, so bleibt dieser stehen. Dazu kommt noch, dass bei dem Anlassen der Motor entlastet und erst so schnell gedreht werden soll, bis der Synchronismus eintritt. Gleichstrom- und Drehfeldmotoren sind von diesen beiden Nachtheilen frei, weil sie eben mit todten Punkten nicht behaftet sind. Was zunächst die Gleichstrommotoren betrifft, so sind sie wie die betreffenden Generatoren durch die Fig. 15, 17, 19 und 20 schematisirt. (Die Klasse I ist ausgeschlossen, weil sie bis jetzt nur physikalisches Spielzeug geliefert hat.) Wird durch die Bürsten A und B (Fig. 15 und 17) von aussen Gleichstrom zugeführt, so entsteht sofort ein Drehmoment, welches nicht nachlässt, weil (wie früher erklärt) die Armaturelemente immer mit verschiedener Phase zugleich arbeiten. Aus diesem Grunde laufen die Gleichstrommotoren auch unter Belastung an und laufen asynchron, d. i. ihre Geschwindigkeit ist von der des Stromerzeugers unabhängig. Hier greifen wir abermals zu der so oft benutzten Analogie. Im Gleichstrommotor sind die Wechselwirkungen zwischen Armaturelementen und Feldmagneten sozusagen stationär. Ohne näher darauf einzugehen, weisen wir nur darauf hin, dass der Gleichstrommotor mit einer Turbine (Rotationsmaschine u. dgl.) verglichen werden kann. Der Wechselstrommotor, dessen einfachstes Vorbild die Fig. 13 gibt, kann am besten mit der eincylindrigen Dampf- oder Wassersäulenmaschine (Fig. 21) verglichen werden. In beiden ist das Drehmoment ein sehr ungleichmässiges und sind die todten Punkte vorhanden; und bringt man noch einen Cylinder (gestrichelt gezeichnet) an, oder setzen wir auf eine Achse mehrere solche Mechanismen: die todten Punkte bestehen, solange die Phasen aller dieser periodischen Kräfte gleichzeitig eintreten. Ebenso ist in der Wirkungsweise des Wechselstrommotors nichts verändert, wenn wir statt der Spule (Fig. 13) eine Stern- (Fig. 19) oder eine Scheibenarmatur (Fig. 20) nehmen, wenn dabei die todten Punkte überall gleichzeitig eintreten. Textabbildung Bd. 292, S. 15Fig. 21.Textabbildung Bd. 292, S. 15Fig. 22. Die todten Punkte werden bei mechanischen Cylindermotoren bekanntlich durch die Anordnungen Fig. 22 beseitigt. Diese Zeichnung braucht keine Erläuterung, nur wollen wir in Erinnerung bringen, dass das Kraftmoment und die Winkelgeschwindigkeit um so gleichmässiger werden, je mehr Cylinder an einer Kurbel wirken. Denken wir uns jetzt in der Fig. 22 die Cylinder durch Elektromagnete ersetzt, statt der Kurbel einen permanenten Magnet oder einfach eine massive eiserne Trommel, so erhalten wir einen Zweiphasenmotor (nach A) oder einen Dreiphasenmotor (nach B). Ebenso sind auch bei dem Dreiphasenmotor das Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit gleichmässiger als bei dem Zweiphasenmotor. Dass die Drehfeldmotoren mit vollem Recht so genannt werden, sehen wir daraus, dass ja wirklich die periodischen Felder sich zu einem drehenden Feld zusammensetzen, wie es auch bei mehrcylindrigen Motoren (Fig. 22) geschieht. Erfolgen diese Aenderungen nach dem Sinusgesetze (was man auch annimmt), so hat dieses drehende Feld eine constante Stärke und Winkelgeschwindigkeit und die Armatur wird gleichmässig hingezogen. Die. Armatur kann aber, wie gesagt, entweder als constanter Magnet, oder als runde Eisenmasse beschaffen sein. Die erste Art macht es nothwendig, dass die Armatur genau synchron mit dem Felde sich drehe. Solche synchronen Drehfeldmotoren bieten also im Vergleich mit einfachen Wechselstrommotoren keinen wesentlichen Vortheil. Bei asynchronen Drehfeldmotoren ist die Armatur als cylindrische Eisenmasse beschaffen. Durch das Drehfeld wird sie auch hingezogen, jedoch die Magnetpole, die in ihr inducirt werden, können auch, unter gewisser „Reibung“, in der Eisenmasse der Armatur sich bewegen. Das trifft auch in der Regel zu, und je kleiner verhältnissmässig die Winkelgeschwindigkeit der Armatur ist, desto kräftiger ist das Drehmoment, so dass er beim Anlassen des Motors sein Maximum erreicht, was in der Praxis besonders werthvoll ist. Man sieht also, dass die Winkelgeschwindigkeit des asynchronen Drehfeldmotors eine andere als die des Stromerzeugers sein kann, nur ist sie immer etwas kleiner. Kurz: Einfache Wechselstrommotoren haben den Nachtheil, dass sie mit todten Punkten behaftet und überhaupt nur synchron mit dem Stromerzeuger arbeiten. Die Gleichstrom- und die Drehfeldmotoren sind von diesen zwei Uebelständen frei. Eingeführt wurden diese Motoren durch: Tesla (1888), Bradley (1888), Dolivo-Dobrowolsky (1889), Haselwander (1890), Wenström, Hutin und Leblanc (1891), Siemens (1891), Westinghouse Co. (1891 279 * 105), Brown (Oerlikon) (1892 286 * 16). Gegenwärtig dürften wohl sämmtliche bedeutenden Firmen hier genannt werden. Schlussbemerkungen. Die Verwandtschaft sämmtlicher Klassen von Dynamos ist der Uebersichtlichkeit wegen in der Tabelle Fig. 23 als Stammbaum versinnlicht. Sie gibt nicht die Zeit der Entstehung der Klassen wieder, sondern lediglich deren inneren Zusammenhang, und nach allem, was schon gesagt, benöthigt sie keines Commentars. Wir wollen aber mit dem heute so oft, aber nicht stets unparteiisch beleuchteten Vergleich zwischen Gleichstrom und Wechselstrom schliessen. Was zuerst die zwei Hauptverwendungen der Dynamos betrifft, so ist es klar, dass sie als Stromerzeuger (Generatoren) bedeutend grössere Verbreitung finden als Arbeitserzeuger (Motoren), weil ja der Strom als solcher zu verschiedenen anderen Zwecken gebraucht wird. In erster Linie steht hier die elektrische Beleuchtung, wozu Gleichstrom, wie Wechselstrom verwendet werden. Neben der Kraftübertragung, die auch mittels beider Arten Ströme verrichtet wird, ist die Elektrochemie zu nennen, wo allerdings nur Gleichstrom verwandt wird. Textabbildung Bd. 292, S. 16Fig. 23.Elektromagnetische Induction. Die erste praktische Beleuchtung durch elektrische Theillichter gab in den 70er Jahren die Jablochkoff-Kerze. Sie gebrauchte Wechselstrom. Dann trat in die Praxis die Differentiallampe, die in den 60er Jahren von Tschikoleff, später von Siemens erfunden war. Bald reihte sich ihr die Edison'sche Glühlampe an. Beide gebrauchten Gleichstrom und riefen alle die unzähligen Dynamoconstructionen für Gleichstrom hervor. Der Wechselstrom wurde in der Praxis als „überwundener Standpunkt“ betrachtet, daher wurde auch alles aufgewendet, um die Kraftübertragung mittels Gleichstrom zu erzielen. Besonders hat sich in den 80er Jahren darin M. Deprez bemüht. Jedoch entsprachen die Ergebnisse nicht den auf die Versuche verwendeten Mitteln, weil die Gleichstromdynamo wegen der Funkenbildung in den unumgänglichen Collectoren (oder Commutatoren) keine höhere Spannung als etwa 2000 Volt (auch das höchst selten und nur bei sehr sorgfältiger theurer Arbeit) zulässt, diese Spannung aber auch schon bei einer Entfernung von 15 km sehr theuere Leitungen fordert. Da es nur Wechselstrommaschinen sind, die ohne Collector (und Commutator) arbeiten und somit hohe Spannung zulassen, so musste Wechselstrom in die Kraftübertragung eintreten. Entscheidend für diesen war die Lauffen-Frankfurter Kraftübertragung (1891), wo auf die grosse Entfernung von 175 km eine bedeutende Leistung (etwa 300 ) mit überzeugendem Erfolge übertragen war, wobei zuerst 10000 Volt in den praktischen Gebrauch traten. Das war zugleich auch noch ein Dreiphasenstrom. Sofort hat sich alles auf Wechselstrom geworfen, der zur Mode wurde, als etwas Hochmodernes in der Elektrotechnik. Man darf aber nicht vergessen, dass der Gleichstrom dem Wechselstrom gegenüber zwei bedeutende Vortheile gewährt: die Anwendbarkeit in der Chemie und die Möglichkeit, Accumulatoren zu gebrauchen, welche die Anlage- und Betriebskosten dadurch wesentlich herabsetzen, dass auch unterbrochener Betrieb rentabel wird. Allerdings hat Leblanc in allerneuester Zeit eine Vorrichtung vorgeschlagen, die Wechselstrom in Gleichstrom umformt; allein über die Verwendbarkeit dieser Vorrichtung soll noch die Praxis entscheiden. Noch unlängst rühmte man dem Wechselstrome als besonderen Vortheil zu die Möglichkeit der Vertheilung mittels Transformatoren. Allein jetzt besitzen wir ja auch Gleichstromtransformatoren. Für die Kraftübertragung ist der Wechselstrom nur als Mehrphasenstrom dem Gleichstrome ebenbürtig. Heutzutage bleibt also dem Wechselstrome nur der Vorzug eigen, dass die Wechselstromdynamo bedeutend höhere Spannungen zulassen als die Gleichstromdynamos. Handelt es sich nun um kurze Strecken, um Privatanlagen, oder auch um Theilstationen eines Stadtnetzes, so wird hier entschieden dem Gleichstrome der Vorzug gegeben. Je länger aber die Leitung, desto mehr wird der Wechselstrom dem Gleichstrome ökonomisch überlegen. Für Beleuchtungszwecke wird einfacher Wechselstrom gebraucht. Hat man aber auch Arbeitsabnehmer in Aussicht, so gebraucht man Mehrphasenstrom. Aus diesem Grunde ist auch bei dem colossalen Niagara-Unternehmen der Zweiphasenstrom angenommen.