XXIV. Elektromagnetische Maschine zur Lichterzeugung; von der Gesellschaft l'Alliance der Londoner Industrie-Ausstellung übergeben. Aus Armengaud's Génie industriel, October 1862, S. 181. Mit Abbildungen auf Tab. II. Elektromagnetische Maschine zur Lichterzeugung. Die von dem Director der Gesellschaft l'Alliance, Hrn. Berlioz, ausgestellte Maschine bezweckt die durch magnetische Induction erzeugte Elektricität zu sammeln und in einen ziemlich continuirlichen Strom zu verwandeln, um sie dann industriell zu verwenden. Diese Maschine, welche sich durch ihre eigenthümliche Construction, sowie auch durch ihre großartigen Dimensionen und ihre Bestimmung für die große Industrie charakterisirt und unerwartet günstige Resultate lieferte, ist die Erfindung des Hrn. Rollet, Professor der Physik an der Militärschule in Brüssel. Sie gieng dann in den Besitz der Gesellschaft l'Alliance über und wurde endlich durch Hrn. van Molderen bis auf ihren gegenwärtigen Standpunkt verbessert. Im Wesentlichen besteht sie aus einem gußeisernen Gestell, dessen zwei nahezu kreisförmige Seitentheile in acht Theile getheilt sind, die eine Art Achteck bilden. Acht horizontale Schienen, welche an der virtuellen Spitze der Achtecke befestigt sind, tragen fünf parallele Reihen von acht magnetischen Bündeln, die von großer Kraft sind und nach der Centralachse des Gestelles convergiren. Die Magnete der beiden äußeren Reihen, zur Rechten und Linken, welche bloß eine einzige Induction bewirken sollen, werden nur durch drei hufeisenförmige und aufeinandergelegte Eisenstäbe gebildet; die Magnete der drei inneren Reihen, welche eine doppelte Induction zu bewirken haben, bestehen aus sechs Stäben. Das Inductionselement der Maschine besteht also im Ganzen aus 40 sehr kräftigen Magneten, die im Durchschnitt 20 Kilogramme wiegen und im Stande sind ihr vierfaches Gewicht oder 80 Kil. zu tragen; sie sind so angeordnet, daß die Pole, welche einander am nächsten sind oder im horizontalen Sinne einander gegenüber liegen, ungleichnamige sind. Diese fünf achteckigen Reihen magnetischer Bündel lassen zwischen sich vier gleiche Zwischenräume, worin vier bronzene Scheiben oder abgeplattete Cylinder angebracht sind. Diese Scheiben sind an der Mittelachse des Gestelles befestigt, welche durch ihr Centrum geht und so die Drehungsachse des Systems bildet; sie tragen an ihrem Umfange 16 Inductionsspiralen, ebensoviele als Pole in jeder verticalen Reihe von magnetischen Bündeln vorhanden sind. Das inducirte oder zu inducirende Element besteht also aus 64 Spiralen, die sich sämmtlich mit der horizontalen Achse des Gestelles drehen und bei jeder Umdrehung unter den Einfluß von 16 abwechselnd ungleichnamigen Polen kommen. Jede Spirale besteht aus einem hohlen Cylinder a von weichem Eisen, von 5-6 Millim. Durchmesser und 96 Millim. Länge (s. Fig. 15 und 16), welcher der Länge nach gespalten ist, damit er den Magnetismus im Vorübergehen vor den Magneten B leichter annehmen kann. Auf diese Röhre sind acht Kupferdrähte von 1 Millim. Durchmesser und 15 Meter Länge aufgewickelt, so daß die Gesammtlänge des Drahtes auf jeder Spirale 128 Meter beträgt, welche 1 1/2 Kilogr. wiegen. Die Drähte sind mit Baumwolle umwickelt und mittelst einer Lösung von Asphalt in Terpenthinöl isolirt. Die Gesammtlänge aller Drähte, welche die Inductionselektricität durchläuft, ist 2038 Meter. Die Drähte haben auf allen Spiralen gleiche Richtung. Die Maschine macht durchschnittlich 300 Umdrehungen in der Minute; diese Geschwindigkeit gibt das Maximum der elektrischen Intensität; jede Spirale erhält bei ihrem Vorübergang vor einem Magnetpole einen doppelten Strom, nämlich einen directen, wenn sie sich ihm nähert und einen umgekehrten, wenn sie sich davon entfernt; es circuliren also in jeder Spirale per Minute 9600 abwechselnde Ströme. In der That kann man jede Inductionsspirale bei einer Geschwindigkeit von 250–300 Umdrehungen als ein Element von mindestens der gleichen Stärke wie diejenige eines Bunsen'schen Elementes betrachten, so daß eine magneto-elektrische Maschine mit vier Scheiben dieselbe Kraft entwickelt wie eine Bunsen'sche Batterie von 64 Elementen mittlerer Größe. Der Nutzeffect der Maschine hängt von der Gruppirung und Combination der Spiralen ebenso ab, wie bei einer galvanischen Batterie von der Verbindung der einzelnen Elemente. Wenn man die Drähte aller Spiralen mit ihren gleichnamigen Enden vereinigt, so muß jeder Strom die beträchtliche Gesammtlänge der Drähte durchlaufen und so eine außerordentliche Spannung erzeugt werden. Wenn man dagegen direct die Ströme aller Spiralen in einem gemeinschaftlichen Leiter sammelt, so erhält man eine um so größere Quantität von Elektricität, je dicker der Draht der Spiralen ist. Handelt es sich darum, einen bestimmten Licht-, Wärme- oder chemischen Effect zu erzielen, so ermittelt man durch Versuche die beste Anordnung der Inductionsspiralen. Man verbindet dann alle positiven Drahtenden mit der Centralachse der Maschine; alle negativen Enden mit einer metallenen, auf der Achse befestigten, aber davon isolirten Hülse; außerdem verbindet man diese Hülse und die Achse durch zwei dicke Drähte mit zwei kurzen dicken Stäben, deren „Polenden“ (bornes), welche auf dem Gestelle angebracht sind und fortwährend die beiden Elektricitäten, wie sie die Maschine liefert, empfangen. Diese Stäbe bilden in der That die beiden Pole der magneto-elektrischen Batterie. Einige Löcher mit Klemmschrauben dienen zum Befestigen der Leitungsdrähte nach den Kohlenspitzen der elektrischen Lampe oder nach dem galvanischen Zersetzungsbad. Um für die Praxis eine Beleuchtung mit dieser Maschine zu erhalten, muß man mindestens drei Scheiben (Rollen) anwenden; die Lichtintensität wächst stets mit deren Anzahl, so daß man ein Licht von 4–500 Carcellampen erzielen kann. Den Hauptkostenpunkt bildet der Gestehungspreis der Magnete. Eine genaue photometrische Messung ergab für das durch eine Maschine mit vier Scheiben erzeugte Licht im Maximum einen Werth von 125 Carcellampen (die Lampe zu 40 Grm. Oelconsumtion in der Stunde); da nun das Licht einer solchen Lampe 8 Kerzen entspricht, so ist das von der Maschine erzeugte gleich 900 Kerzen. Die zu diesem Effect nothwendige Betriebskraft beträgt höchstens 1 1/2 Pferdestärken, deren Gestehungspreis man, einschließlich der Spesen für die Anschaffung der Dampfmaschine, Unterhaltungs- und Arbeitskosten, auf 30 Centimes per Stunde veranschlagen kann. Rechnet man noch ebensoviel hinzu für die Capitalzinsen und Unterhaltung der magnetoelektrischen Maschine, die sich nicht abnützt, weil wenig oder keine Reibung stattfindet und die Magnete während ihrer Function eher stärker als schwächer werden, so stellt sich das Licht von 125 Carcellampen auf höchstens 60 Centimes (5 Sgr.) per Stunde. Ein gleiches Licht kostet mit Leuchtgas, je nach dessen Preis für die Stadt oder für Private, 3 oder 6 Franken, und mit Oel 7 1/2 Franken (2 Thaler), mit einer Bunsen'schen Batterie 10 Franken. Beschreibung der Maschine. Fig. 13 und 14 stellen zwei Aufrisse der Maschine in aufeinander verticalen Ebenen dar; Fig. 15 und 16 geben in vergrößertem Maaßstab den Aufriß und Grundriß eines Theiles einer Scheibe mit ihren Spiralen. Fig. 17–20 stellen verschiedene Details der Maschine dar; in Fig. 21 ist ein Schleifer oder Reiber für die unterbrochenen Ringe zum Gleichrichten der Ströme dargestellt. Nach dem oben Mitgetheilten sind die Figuren 13 und 14 leicht verständlich: jede auf der Achse F sitzende Scheibe C hat an ihrem Umfange 56 Inductionsspiralen A und jede Batterie permanenter Magnete B zwischen jedem Spiralenkreis 8 Magnete, so daß auf jeden Pol eine Spirale kommt. Da die entwickelten Ströme je nach der beabsichtigten Anwendung von verschiedener Kraft und Art seyn müssen, so kann man sie durch ihre Drähte in verschiedener Weise mit einander vereinigen. Fig. 15 stellt eine dieser Methoden dar. Die Drahtspiralen A stehen in ununterbrochener Verbindung mit einander für jede Scheibe und für alle Scheiben, ohne Rücksicht auf deren Zahl. Man sieht, daß man auch Gruppen von 4 und 4 (oder auch von 2 und 2) Spiralen bilden kann, deren Pole sich mit den gemeinschaftlichen Leitern c (Fig. 15 und 16) vereinigen, die mit den Sammelringen D in Verbindung stehen, von welchen die Elektroden E (Fig. 13) ausgehen. Die Ringe befinden sich dann an demselben Ende der Achse F und ihre Anzahl ist gleich derjenigen der Scheiben C. Nach dem ersten Systeme bilden sämmtliche Spiralen so zu sagen nur eine einzige, welche unter der Einwirkung sämmtlicher Magnete steht; die beiden Enden des so gebildeten einen langen Drahtes treffen also auf die beiden Ringe, welche man sich in diesem Falle als die beiden entgegengesetzten Enden der Maschine denken kann. Demnach entspricht das erstere System der Erzeugung eines Stromes von größter Spannung, das letztere derjenigen eines starken Stromes. Die an der ursprünglichen Maschine angebrachten Verbesserungen beziehen sich vorzugsweise auf die Construction der unterbrochenen Ringe; sie sind aus der Beobachtung folgender Thatsachen hervorgegangen: 1) Die unterbrochenen Ringe mit wirklich leeren Zwischenräumen geben bei jedem Uebergange der Elektrodenschleifer E von einer vollen Stelle auf die andere Funken, welche in Folge des starken Stromes die Ringe rasch zerstören. 2) Indessen haben die unterbrochenen Ringe die Eigenschaft, die sich fortwärend umkehrenden Ströme wieder in gleiche Richtung zu bringen, während dieselben bei vollen Ringen stets wechselnde seyn würde. 3) Es gibt aber Anwendungen der Maschine, für welche die fortwährende Umkehrung der Ströme keineswegs ein Nachtheil, sondern ein großer Nutzen ist; in anderen Fällen muß dagegen der Strom seine Richtung unverändert beibehalten. Hiernach haben die Erfinder die unterbrochenen Ringe für den Fall gewählt, wenn der Strom stets gleich gerichtet seyn soll, aber keine große Spannung erhält; sie haben dagegen volle Ringe gewählt, wenn der Strom bei sehr großer Spannung umgekehrt werden darf. Fig. 17 und 18 stellen die Construction eines unterbrochenen Ringes im Quer- und Längendurchschnitt dar. Die Achse F der Maschine ist von einer vollkommen isolirenden Hülse G umgeben, auf welche die unterbrochenen Ringe D aufgesetzt sind; in diese Hülse gehen die Leitungsdrähte f, welche jeder Spiralenscheibe, oder wenigstens den metallenen Ringen C entsprechen, auf welchen sich die einzelnen Drähte jeder Spirale A vereinigen. Es muß aber jeder dieser Drähte f mit seinem entsprechenden Ringe D in Verbindung stehen (da jede Scheibe auch ihren eigenen hat), wenn man die unterbrochenen Ringe anwendet und der Strom nach einzelnen Gruppen von Spiralen getheilt ist. Diese Ringe sind folgendermaßen construirt: Jeder Ring D besteht aus zwei ähnlichen Theilen: jeder dieser Theile ist eine ringförmige Scheibe, deren eine Hälfte g oder g' voll, die andere getheilt ist und eine Zahnung h bildet; diese Zähne haben solche Dimensionen, daß immer einer der Theile sich in den anderen einschiebt, ohne daß sie sich jedoch berühren, so daß beide Theile vollständig von einander isolirt sind; die Zähne h entsprechen genau der Anzahl der auf einer Scheibe befindlichen Inductionsspiralen A. Es bilden demnach die beiden vereinigten Theile dieser Ringe einen gleichförmigen cylindrischen Umkreis, auf welchen die Schleifer E (Fig. 13) der Elektroden während der Drehung der Scheiben beständig drücken. Der eine dieser beiden Ringe entspricht der positiven, der andere der negativen Elektrode. Der Hergang ist nun folgender: Jeder der besonderen Leiter f (Fig. 17 und 18) wird mit einem Ringtheile mittelst der in die aneinander stoßenden Ränder g eingeschnittenen Schrauben i in Contact gebracht. Jeder Ringtheil ist demnach beständig in Verbindung mit seiner Scheibe und wird abwechselnd positiv und negativ elektrisch – je nach dem Vorübergang vor dem einen oder anderen Magnetpol. Andererseits ist die Richtung der, zwei aneinander stoßenden Theilen desselben Ringes entsprechenden Drähte so gewählt, daß die zwei Theile stets gleichzeitig umgekehrt elektrisch werden. Berücksichtigt man aber, daß der Schleifer E (Fig. 17) ebenfalls nach einander von einem Zahn h zu einem folgenden h' übergeht, so leuchtet ein, daß er dieß gerade in dem Moment thut, wo die Umkehrung des Stromes in beiden Theilen stattfindet. Es wird also, wenn der Schleifer sich z.B. auf dem negativen Zahn h befindet, und dann auf den positiven h' übergeht, dieser Zahn in dem Moment negativ, wo der Schleifer darüber geht, und zwar in Folge des Vorübergehens der Spiralen von einem Magnetpol zum andern, daher der Schleifer immer negativ bleibt, obwohl sich der Strom in den Spiralen umkehrt. Hieraus ergibt sich als Endresultat die permanente Gleichrichtung des Stromes in den Elektroden mittelst der unterbrochenen Ringe. Wendet man dagegen die Ringe ohne Unterbrechung an, so muß der Strom in den Leitungsenden fortwährende Umkehrungen erleiden. Beide Wirkungen haben ihren Nutzen. Die Maschine ist nämlich bestimmt, entweder Lichtwirkungen hevorzubringen oder galvanoplastische Fällungen zu bewirken. Zur Lichterzeugung gehört ein Strom von sehr großer Spannung; die Stetigkeit der Richtung desselben ist dagegen nicht nothwendig, sondern eher schädlich, da bekanntlich die Kohlenmolecüle vom positiven Pole zum negativen übergehen, und man daher bei Anwendung der gewöhnlichen Batterie die beiden Kohlenspitzen von Zeit zu Zeit umwechseln muß, wenn das Licht seine Stärke und seinen Standpunkt unverändert behalten soll. Bei der vorliegenden Maschine wählt man also zur Lichterzeugung die Combination der Spiralen ohne Unterbrechung und beläßt dem Strom seine fortwährenden Umkehrungen. Dadurch wird bei der größtmöglichen Spannung des Stromes der Stand der Kohlenspitzen unverändert erhalten. Soll dagegen ein galvanoplastischer Effect erzielt werden, so muß hierzu ein stetiger, immer gleich gerichteter Strom erzeugt werden, welcher nur eine geringe Spannung hat, aber hinsichtlich der Quantität der erzeugten Elektricität für die oft sehr großen zu überziehenden Oberflächen ausreicht. Bei der Anwendung der Maschine hat es sich herausgestellt, daß an derselben noch andere Verbesserungen anzubringen waren, nämlich hinsichtlich der Leichtigkeit des Sammelns nicht gerichteter Ströme, sowie eine besondere Construction des Schleifers für die unterbrochenen Ringe bei gerichteten Strömen. Diese Verbesserungen sind in Fig. 14 und in vergrößertem Maaßstabe in Fig. 19 und 20 dargestellt. Ursprünglich wurde die Vereinigung der in den Inductionsspiralen entwickelten Ströme dadurch bewirkt, daß man ihre respectiven Drähte Drähte mit zwei metallenen, auf der Treibwelle angebrachten isolirten Ringen (Fig. 17 und 18) in Verbindung setzte, auf welche man zwei mit den äußeren Drähten verbundene Schleifer andrücken ließ. Für die gerichteten Ströme sind diese Ringe unterbrochen, für die nicht gerichteten voll. In Folge der in der Wirkung der gerichteten Ströme angebrachten Modificationen können nun diese Ringe weggelassen und die Ströme bloß durch die Welle selbst und das eiserne Gestell der Maschine vereinigt werden. Das eine Ende der Welle F ist nämlich durchbohrt und in dieses Loch die durch Elfenbeinringe b gut isolirte Achse a gesteckt, welche über die Welle F hinausreicht und gegen die Stellschraube c' stößt, die ihrerseits von dem Maschinengestell durch das Elfenbeinfutter d isolirt ist und ihre Wirkung nur mit Hülfe der auf Elfenbeinscheibchen angebrachten Mutter und Gegenmutter e und e' ausübt. Die Berührung zwischen der Achse a und der Schraube wird durch einen kupfernen Knopf f' vermittelt, in welchen sie bis zu einem gewissen Punkt versenkt ist, und worin sie gegen eine Stahlspitze stößt. Da dieser Knopf fest mit der Schraube verbunden ist, so sind die Achse a und die Schraube in vollkommener elektrischer Verbindung untereinander, aber von der Treibwelle und dem Gestelle der Maschine sicher isolirt. Hiernach wird das Drahtende x (Fig. 20) der Inductionsspiralen mit der Schraube g² verbunden, welche in einer isolirenden Scheide durch die Welle hindurchgeht (Fig. 19) und mit der Achse a verbunden ist; andererseits verbindet man den Draht x' mit der Schraube c' und verlängert diesen Draht bis zu dem Punkte wo die Elektricität ihre Wirkung ausüben soll. Hieraus folgt, daß dieser Pol des Stromes von der Maschine ohne die Beihülfe der Reibungsringe erhalten wird, durch die bloße Verbindung der innern Achse e und der Stellschraube c', welche Verbindung durch die Drehung der Maschine nicht unterbrochen werden kann, weil dieselbe zwischen der Achse a und dem Knopf f' bewerkstelligt wird, welcher die stete Verbindung Zwischen der Achse und der Schraube c' herstellt. Der entgegengesetzte Pol ist mittelst des Drahtes y (Fig. 14) noch leichter von der Maschine zu erhalten; man braucht diesen Draht nur mit einer Schraube und einer Klemme i an die Drehungswelle F zu befestigen, welche alsdann die elektrische Verbindung mit ihren Lagern und folglich mit dem ganzen Gestelle herstellt; der zweite Leiter kann daher von irgend einem Punkte des Gestelles ausgehen. Man sieht also, daß bei dieser Methode die Stellschraube und das Maschinengestell die beiden Polenden des Apparates liefern. Die Erfinder haben auch ein Verfahren erdacht, um einen Strom an den unterbrochenen Ringen aufzufangen, und dabei die nachtheiligen Funken zu vermeiden. Es ist oben angegeben worden, daß ein unterbrochener Ring aus zwei nebeneinanderliegenden Scheiben besteht, deren Segmente so in einander greifen, daß der Umfang Theile darbietet, die abwechselnd den beiden Scheiben angehören, welche verschiedenen Polen entsprechen und von einander isolirt sind. Anstatt nun die einzelnen Segmente durch einen wirklichen hohlen Raum zu unterbrechen, hat man sie nur durch Kupferstreifen j getrennt (Fig. 21), in deren Fugen Pergamentblätter eingesetzt sind. Hiedurch wird einerseits die Reibung ganz continuirlich gemacht und andererseits die unregelmäßige Abnutzung vermieden, da nun die Zwischenräume durch Stücke aus dem gleichen Metall wie die Scheiben ausgefüllt sind. Der Schleifer besteht hierbei aus einem metallenen Röllchen k, welches auf einer isolirten Achse in einer an die Maschine angeschraubten Stütze läuft. Die Feder n drückt dieses Röllchen ununterbrochen an und veranlaßt so den directen Contact mit den Scheiben, auf denen das Röllchen vermöge deren Drehung läuft; es findet also hier nicht die Abnutzung wie bei einer schleifenden Feder statt. Der Schleifer kann daher ohne Nachtheil auf dem Röllchen selbst angebracht werden, welches zu diesem Zweck eine Hohlkehle hat, und für diese kann man nun auch ein Schmiermittel anwenden, was auf den Scheiben selbst unthunlich wäre. Nach den Erfindern ist diese Maschine, wie sie in Folge zahlreicher Versuche nunmehr wesentlich vervollkommnet vorliegt, zu allen größeren Elektricitätswirkungen anwendbar. Hierher gehören namentlich: die Erzeugung des elektrischen Lichtes für alle Anwendungen desselben (zur gewöhnlichen Beleuchtung, wie derjenigen der Bergwerke, Leuchtthürme, für unterseeische Arbeiten, Eisenbahnen, Signale etc.), ferner die Galvanoplastik etc.