LXXXIV. Ueber eine elektromagnetische Maschine mit oscillirenden Ankern; von C. A. Grüel, Mechaniker zu Berlin. Aus Poggendorff's Annalen der Physik und Chemie, 1853, Nr. 5. Grüel, über eine elektromagnetische Maschine mit oscillirenden Ankern. Daß die Kraft, mit welcher die Elektromagnete ihren Anker anziehen, mit der Entfernung von den Polen sehr rasch abnimmt, ist längst bekannt, und erst neuerdings auch für verschiedene Formen der Magnete und Anker, so wie auch unter wechselnden Stromstärken mit vieler Genauigkeit bestimmt worden. Es ergibt sich daraus für die technische Anwendung des Elektomagnetismus, bei welcher die Bewegung des Ankers zu einer mechanischen Arbeit benutzt wird, die Nothwendigkeit, diese Bewegung zu beschränken, damit der Anker in der Wirkungssphäre der magnetischen Kraft verbleibe. Die Einrichtung unserer bewährtesten telegraphischen Apparate bezüglich jener ersten wesentlichsten Theile entspricht dieser Bedingung vollkommen. Bei den elektromagnetischen Maschinen, welche eine Triebkraft erzeugen sollen, und ebenfalls aus einem festen und einem beweglichen System bestehen, muß es ganz besonders darauf ankommen, den größtmöglichen Nutzeffect aus der magnetischen Anziehung zu gewinnen. Da aber die Wirkungsgröße einer Kraft auch nach dem Raum bemessen werden muß, in welchem sie sich thätig zeigt, und nach dem oben Gesagten für die elektromagnetischen Maschinen darin ein ungünstiges Verhältniß besteht, so hat man durch verschiedenartige Mittel dahin gestrebt, den Raum, in welchem die Anziehung gleichmäßig wirken soll, zu vergrößern oder anders gesagt, die Hubhöhe zu vermehren. Das Nähere über die Versuche und Constructionen, welche seit einer Reihe von Jahren zur Vervollkommnung dieser Maschinen gemacht wurden, ist aus den physikalischen und technischen Schriften bekannt; man hat es mit rotorischen und Wechselbewegungen, mit Elektromagneten und Spiralen in verschiedener Form und Größe versucht, hat sie gleichzeitig oder alternirend wirken lassen. Auch hat man die Pole durch Ansätze verbreitert, statt der Anker Stäbe benutzt, und letzteren ihre Bewegung innerhalb der Höhlung einer Reihe voll Spiralen angewiesen. Alle diese Vorarbeiten lassen es dennoch unentschieden, ob mit den zu Gebot stehenden Hülfsmitteln, auch in dem bisher günstigsten Fall, der größte Nutzeffect wirklich erreicht worden sey. Um den Werth einer bestimmten Construction beurtheilen zu können, muß man wissen, wie viel Material dazu verwendet, welche Stromstärke benutzt und welcher Nutzeffect erzielt worden ist. Was die von Hrn. Page getroffene Einrichtung betrifft, bei welcher die Magnete durch bloße Spiralen ersetzt sind, die einen Eisenkern in ihre Höhlung hineinziehen, so habe ich die Ueberzeugung noch nicht gewinnen können, daß dieses Princip mehr leiste, als die Anwendung vollständiger Elektromagnete. Die von Hrn. Page über seine Maschine gegebene Auskunft führt nur zu dem Schlüsse, daß derselbe mit einer monströsen Stromeskraft operirt haben müsse, indem gesagt worden ist, daß der bei der Bewegung und Wechselung des Commutators an letzterem auftretende Inductionsfunken jedesmal den Knall eines Pistolenschusses erzeugt habe. Eine andere Bemerkung in seinem Bericht schildert den ganz eigenthümlichen Umstand, daß die Page'sche Maschine fast die doppelte Kraft entwickelt habe, sobald er dieselbe habe rückwärts laufen lassen. Man könnte hierbei wohl zu der Frage berechtigt seyn, weßhalb Hr. Page unter diesen Verhältnissen seine Maschine nicht immer und viel lieber habe rückwärts laufen lassen. Ferner dürfte die Richtigkeit der in jenem Bericht enthaltenen Zahlenangaben aus guten Gründen noch in Frage zu stellen seyn. Im Jahre 1837 construirte ich zuerst ein elektromagnetisches Modell, und habe seitdem häufig Gelegenheit gehabt, elektromagnetische Maschinen und Apparate in den verschiedensten Formen zu fertigen und zu vergleichen. Hierbei lernt man leicht erkennen, welchen Einfluß oft eine geringfügig scheinende Modification auf den Erfolg hat. Vor längerer Zeit verfertigte ich ein Modell mit 2 alternirend wirkenden Elektromagneten, deren hufeisenförmige Eisenkerne wenige Zoll lang und kaum 3/4 Zoll dick waren. Die vier aufrechtstehenden Pole bildeten ein Quadrat, in dessen Mittelpunkt sich die Unterstützung des schwingenden Theils, der an seinen Endpunkten die Anker trug, befand. Die Entfernung, aus welcher die Anker angezogen wurden, war sehr gering, und mittelst eines stabförmigen Hebels wurde die Bewegung etwa 6 mal vergrößert auf die Treibstange übertragen, welche durch den Krummzapfen auf ein Schwungrad von 11 Zoll Durchmesser wirkte. Die ungemein rapide Bewegung dieser Vorrichtung erregte deßhalb Interesse, weil die hierbei angewandte galvanische Kette die allerkleinsten Dimensionen hatte; sie bestand aus einem 2 Zoll langen Platindraht von der Dicke eines Pferdehaars, wovon auch nur die Hälfte in die Salpetersäure tauchte. Die Säure befand sich in einer minutiösen Thonbüchse von 1/2 Loth Inhalt, mit einem Zinkreif umgeben. Die kräftige Einwirkung auf die in geringer Entfernung schwingenden Anker war der Grund, daß das Rad sogar eine kleine Hemmung gern ertrug, was früher, sogar bei größeren Modellen, nicht der Fall war. Vor Kurzem überzeugte ich mich an einer neuen ähnlichen Maschine, bei welcher ich etwas größere Magnete und ein eisernes Rad von 15 Zoll Durchmesser verwenden wollte, daß eine Abänderung in der Oscillationsbewegung des Ankers, welche ich glaube empfehlen zu dürfen, den Kraftgewinn nicht unerheblich steigert. Ich verzichtete nämlich auf die Trennung des Ankers vom Magneten gänzlich, und benutzte nur diejenige Kraft, mit welcher der Magnet einen schief auf seine Pole aufgesetzten Anker gerade zu richten strebt, so daß die anfängliche Kantenberührung am Ende in den vollständigen Contact der plangeschliffenen Ankerfläche mit dem Magnetpol übergeht, wobei nun jeder Querschnitt des Ankers gleichzeitig eine Winkelbewegung vollführt, die eine gute Hubhöhe mit viel größerer Gleichmäßigkeit der Kraft zuläßt, als wenn der Anker getrennt und aus der Entfernung angezogen worden wäre. Daß die hierbei geäußerte Kraft nicht gering ist, wird man bei irgend einem elektromagnetischen Experiment mit guten Magneten wohl wahrgenommen haben. Die Maschine wirkte mit zwei Magneten, jeder Schenkel 4 1/2 Zoll lang und 1 Zoll dick. Der Kupferdraht auf den vier Rollen befindlich, 1 1/2 Millim. stark, wog insgesammt 4 5/8 Pfd. Die Magnete wirkten alternirend, die Anker waren aber so mit einander verbunden, daß die Bewegung des einen gleichzeitig die des anderen bewirkte. Zu diesem Ende sind in der Mitte der untern Fläche Eisenstäbe eingeschraubt worden, die demnach in den Zwischenraum der Schenkel der Magnete hinabreichen, und dort an ihren Enden durch einen Querstab mit einander, aber durch Scharniere verbunden sind. Der eine Anker trug auch oberhalb einen Stab, an dessen Endpunkt, wie bei dem vorher beschriebenen Modell, die Treibstange befestigt war. Die Länge des vorher erwähnten Querstabs mußte nun so seyn, daß wenn der eine der Anker vertical stand, der andere dagegen seine schiefste Stellung einnahm. Die galvanische Kette bestand aus zwei Elementen von kleiner Form, aus Zink und Eisen gebildet, welche seit einigen Jahren wegen ihrer Brauchbarkeit und Billigkeit den Platinketten fast immer vorgezogen wird. Die Eisenstücke sind ohne ihre zu den Contactschrauben bestimmten Ansätze 3 Zoll hoch, und zeigen auf ihrem Querschnitt die Form eines vierzackigen Sterns ohne scharfe Ecken. Die wirkende Oberfläche beträgt etwa 14 Quadratzoll. Die vorläufig bei der geringen Stromkraft taxirte Kraftleistung dieses kleinen Apparates = 0,03 einer Pferdekraft, erscheint mir als nicht ungünstig, weßhalb ich den Versuch bei vermehrter Stromstärke wiederholen will. Ich glaubte anfänglich, es möchte die Kraftleistung der Maschine dadurch etwas geschwächt werden, daß der bis zur vollkommenen Flächenberührung gelangte und nach Unterbrechung des galvanischen Stroms vielleicht noch durch den remanenten Magnetismus des Eisens festgehaltene Anker, sich von dem Pol lostrennen soll, und das Schwungrad also die Kraft hergeben müßte, um diesen Widerstand zu überwinden. Deßhalb wollte ich die Magnete noch mit einer zweiten aus wenigen Windungen bestehenden Spirale versehen, und durch diese permanent einen schwachen Strom in solcher Richtung leiten, daß dadurch eine geringe aber entgegengesetzte Magnetisirung entstände. Letztere würde sich in dem Augenblick geltend machen, wo der Commutator den Hauptstrom unterbricht; der remanente Magnetismus würde verhindert, ohne daß von dem schwachen permanenten Strom Nachtheil entstände. Diese Vorsicht war indessen unnöthig, es sind ohnehin durch die Construction des Apparats Bedingungen erfüllt, die jenes Residuum magnetischer Kraft von selbst schwächen. Was die hin und hergehende Bewegung an sich betrifft, die aus mechanischen Gründen einer rottenden nachsteht, so wird sie in vorliegendem Fall um so weniger nachtheilig, weil das mechanische Moment der Anker, als Product zweier hier sehr kleinen Factoren, unbedeutend ist, die Last der Anker bei dieser Construction ohnehin unterstützt, also nur das Beharrungsvermögen seines obern oscillirenden Theils übrig bleibt. Die Ankerbewegung ist ferner in dem Moment der Trennung verlangsamt, da sie genau im Verhältniß der Sinus der Winkel geschieht, welche der Krummzapfen während seiner Drehung mit der Treibstange bildet. Wie die Pol- und Ankerflächen beschaffen seyn müssen, um den besten Erfolg zu liefern, dieß muß durch Versuche ermittelt werden; übrigens glaube ich, daß die Vervollkommnung der elektro-magnetischen Maschinen eine Aufgabe ist, zu deren Lösung die Mechanik nur dann wesentlich beitragen wird, wenn ihre Principien mit steter Berücksichtigung der Wirkungsweise der elektromagnetischen Kraft angewandt werden. Noch ist das Aequivalent der Stromstärke, wenn man den Magnetismus des Schließungsdrahtes als ein solches betrachtet, noch nicht bestimmt worden. Wird der Widerstand dieses Drahts in dem Maaße verringert, als man seine Länge vergrößert, so wird jeder Theil desselben eine eben so starke magnetische Erregung als zuvor erfahren. Ich erinnere mich, daß Hr. Poggendorff, gestützt auf die Zuverlässigkeit der Ohm'schen Theorie, schon vor Jahren auf diesen Satz verwieß, und es den Erbauern elektromagnetischer Maschinen vorwarf, in ihrer Praxis bisher darauf nicht genug Rücksicht genommen zu haben. Abgesehen hiervon dürften, von physikalischer Seite, auch noch andere Fragen in Bezug auf diesen Gegenstand zu entscheiden seyn. Die günstigen Bedingungen in dem von mir beschriebenen Modell scheinen mir darin zu liegen, daß die Kraft gleichmäßiger, und ihr mittlerer Werth innerhalb einer Hubhöhe größer ist; sie wirkt auf den Krummzapfen zu einer Zeit, wo derselbe sich in einer vortheilhafteren Winkelstellung befindet. Die Magnete, deren Kraft bekanntlich durch eine zwischen Pole und Anker gebrachte Trennung von einem einzigen Blatt Papier über die Hälfte verringert wird, wirken besser. Ein früherer Versuch des Hrn. Magnus zeigte bereits, wie die Reaction des die Pole eines Elektromagneten schließenden Ankers die Kraft der vorher ungeschlossenen Pole steigert. Die Inductionsströme sind nicht störend, da dieß nur bei sehr raschen Bewegungen solcher Maschinen der Fall seyn kann; ferner dürfte die Einfachheit der Construction, die ich in größerem Maaßstabe zu machen, und deren Erfolg nebst anderen Mittheilungen über einige sonstige elektromagnetische Vorrichtungen zu veröffentlichen gedenke, eine Empfehlung für dieselbe seyn. Zusatz. Nachdem dieser Aufsatz bereits zur Veröffentlichung übergeben war, gelangte ich zur Kenntniß einer Untersuchung des Hrn. Poggendorff, deren Resultate derselbe unter der Ueberschrift „Ueber die Erscheinungen bei geschlossenen Elektromagneten“ im 1sten Stück 1852 Bd. LXXXV seiner Annalen der Physik bekannt gemacht hat. Der Inhalt dieser Mittheilung darf allen denen als ein Leitfaden dienen, welche eine erweiterte praktische Anwendung des Elektromagnetismus erstreben, und es war mir erfreulich, daß hierdurch zugleich mein Versuch seine volle Rechtfertigung findet.