Vierter Vortrag

Schon im dritten Vortrag haben wir die grundlegenden Begriffe über Induktionsströme und ihr Entstehen kennen gelernt. In diesem Vortrage nun behandelte Rudi die schwierigeren Induktionserscheinungen, nämlich die Selbstinduktion und die Wirbelströme.

Wir haben gesehen, daß, wenn wir in einer hohlen Drahtspule eine zweite von einem Strome durchflossene bewegen, in der äußeren Ströme induziert werden, deren Richtung wir mit Hilfe der Maxwellschen Regel (Seite 146)bestimmen können, wobei es natürlich einerlei ist, ob die induzierte Spule die äußere und die induzierende die innere ist, oder umgekehrt. Wir wollen nun auch noch sehen, wie sich die elektromotorische Kraft des induzierten (sekundären) Stromes zu der Intensität des induzierenden (primären) Stromes und der außerdem noch mitwirkenden Größen verhält.

Abb. 132. Rudi mit den Vorversuchen für seinen Vortrag: „Wechselströme höherer Frequenz“ beschäftigt.

Regeln zur Bestimmung der elektromotorischenKraft des Induktionsstromes.

1.Je stärker der induzierende Strom (oder Magnet) ist, umso größer ist unter sonst gleichen Verhältnissen die elektromotorische Kraft des induzierten Stromes.

2.Je größer die Anzahl der Windungen des sekundären Stromkreises ist, umso größer ist die elektromotorische Kraft in diesem.

3.Je rascher die Entfernung des primären Stromes (oder Magneten) von der sekundären Spule geändert wird, oder je plötzlicher der primäre Strom geschlossen oder geöffnet wird, umso größer ist die elektromotorische Kraft des Induktionsstromes.

Aus diesen drei Regeln können wir folgendes allgemeine Gesetz ableiten.

Je größer die Zahl der Kraftlinien ist, die während der Zeiteinheit in die mit Drahtwindungen erfüllte Flächeneinheit ein- oder austreten, umso größer ist die elektromotorische Kraft des Induktionsstromes.

Selbstinduktion.

Schon im vorigen Vortrag wurde erwähnt, daß ein- und austretende Kraftlinien in jedem Leiter der Elektrizität, von welcher Beschaffenheit oder Gestalt er auch sei, Induktionsströme hervorrufen. Wird eine Drahtspule von einem Strome durchflossen, den wir abwechselnd öffnen und schließen, so werden in ihr die Kraftlinien, die eine der vielen Windungen aussendet, die benachbarten Windungen treffen und dadurch in diesen Induktionsströme hervorrufen. Es fließt also hier der induzierende und der induzierte Strom in einem und demselben Drahte. Dabei ist die Richtung desinduzierten Stromes, wie wir mit Hilfe der Maxwellschen Regel feststellen können, beim Schließen des primären Stromes diesem entgegengesetzt, beim Öffnen mit ihm gleichgerichtet.

Diese Tatsachen können wir durch ein sehr einfaches Experiment erläutern. Wir verbinden den einen Pol einer Stromquelle mit einer Blechplatte, den anderen mit einem spitzen Nagel, den wir zur bequemeren Handhabung durch das vordere Ende eines Holzstabes geschlagen haben. Wir drücken abwechselnd den Nagel auf das Blech und heben ihn wieder ab. In dem Augenblick, in welchem sich die Spitze von dem Blech entfernt, können wir das Auftreten eines kleinen Fünkchens beobachten. Diese Erscheinung wird etwas verstärkt, wenn wir einen der Verbindungsdrähte, statt ihn ausgestreckt zu lassen, auf einen Bleistift aufwickeln; noch mehr verstärkt wird sie, wenn wir die Drahtspulen z. B. eines Elektromagneten in den Stromkreis einschalten. Der beim Schließen des Stromes entstehende Induktionsstrom ist, wie man auch schon an dem viel kleineren Funken erkennt, schwächer — da er dem Hauptstromentgegenfließt — als der beim Öffnen entstehende. Die beim Schließen und Öffnen auftretenden Funken nennt man Schließungs- und Öffnungsfunken.

Diese Art von Induktion nennt manSelbstinduktion, die dabei auftretenden StrömeExtraströme. Sie entstehen nicht nur beim Öffnen und Schließen des Hauptstromes, sondern bei jeder Veränderung in seiner Stärke oder Richtung.

Wirbelströme.

Wir wollen jetzt sehen, wie sich diese Ströme in Leitern verhalten, die nicht die Gestalt eines Drahtes haben, z. B. in den Eisenankern von Dynamomaschinen. Hier wären massive Eisenmassen der Induktionswirkung derartig stark ausgesetzt, daß die darin auftretenden Induktionsströme, die in diesem speziellen FallWirbelströmegenannt werden, die größten Verluste verursachen würden, weil sich dabei die zur Drehung des Ankers aufgewandte Energie zum großen Teil statt in Elektrizität in Wärme verwandeln würde. Es werden deshalb bei größeren Maschinen die Anker nicht aus einem Stücke hergestellt, sondern quer zu der Richtung der Wirbelströmeunterbrochen, indem sie aus vielen dünnen Eisenblechplättchen, die durch Papierscheiben voneinander isoliert sind, zusammengesetzt werden.

Abb. 133. Apparat zur Demonstration der Wirbelströme (von oben gesehen).

Abb. 134. Derselbe von der Seite gesehen.

Um zu zeigen, wie stark die Erwärmung von Leitern durch Wirbelströme werden kann, können wir uns einen Apparat herstellen, denAbb. 133von oben,Abb. 134von der Seite zeigt.aist ein starkes Grundbrett; auf diesem ist an dem Gestellbder starke Elektromagnetcbefestigt. Die Form des Elektromagneten, dessen Pole sich einander unmittelbar gegenüberstehen müssen, geht zur Genüge aus der Abbildung hervor. Es sei nur erwähnt, daß der die beiden Schenkel verbindende Bügel, da er ziemlich lang ist, recht stark sein muß. Die Polenden sollen 4 bis höchstens 5mmvoneinander abstehen. Zwischen den Polen soll sich der Rand einer 2mmstarken Kupferscheibedbewegen. Wir können auch ein anderes Metall verwenden als Kupfer, das ziemlich teuer ist; nur Eisen ist ungeeignet, da es von dem Magneten angezogen wird; wirmüßten es ganz genau in der Mitte zwischen den beiden Polen drehen, was aber nur sehr schwer zu erreichen ist, da man selten eine völlig ebene Blechplatte bekommen wird. Die Scheibe wird von einer Achse getragen, die in Lagern auf den beiden Lagerträgern (e) ruht. Die Lager sind wie üblich herzustellen (sieheSeite 22). An dem einen Ende der Achse wird eine kleine Welle (f) angebracht und darunter ein großes Übersetzungsrad (g), das mit einer Kurbel (h) versehen wird und um eine in dem Lagerträger befestigte Achse gedreht werden kann. Über das große und das kleine Triebrad wird eine starke Schnur oder ein runder Riemen gelegt, der sehr straff angespannt sein muß.

Schicken wir nun durch den Elektromagneten einen starken Strom und lassen die Scheibe rotieren, so werden wir zuerst wahrnehmen, daß die Scheibe unserer Kraft einen umso größeren Widerstand entgegensetzt, je rascher wir sie drehen wollen. Erhalten wir die Kupferscheibe längere Zeit in möglichst rascher Rotation, so wird sie sich so stark erhitzen, daß daraufgegossenes Wasser laut zischend verdampft.

Dämpfung.

Ein zweiter Versuch zeigt,daß diejenigen Ströme, die in einem sich in einem magnetischen Felde bewegenden Leiter entstehen, stets so gerichtet sind, daß sie diesen Leiter in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen streben. Dieses Gesetz ist zuerst von Lenz ausgesprochen und nach ihm dasLenzsche Gesetzgenannt worden. Um den Versuch auszuführen, nehmen wir die Schnur von dem Triebrad und der kleinen Welle herunter und versetzen, bevor der Elektromagnet erregt ist, die Scheibe in rasche Rotation, indem wir das freie Achsenende zwischen Daumen und Zeigefinger drehen. Wir werden jetzt längere Zeit warten müssen, bis die Scheibe wieder zur Ruhe kommt; darauf drehen wir sie nochmals an und schließen dann den Strom, der den Elektromagneten erregt; fast sofort wird die Scheibe zur Ruhe kommen.

Diese Tatsache wird dazu benutzt, um die großen Schwingungszeiten der Nadeln von empfindlichen Meßinstrumenten zudämpfen, indem die z. B. auf eine Drahtspule reagierenden Magnete sich zwischen massiven Kupferplattenbewegen müssen, in denen sie bei ihrer Bewegung Ströme induzieren, die sie — die Magnete — in entgegengesetzter Richtung zu bewegen bestrebt sind. Dadurch wird ein zu langes Hin- und Herschwingen verhindert.

Einfache Elektrisiermaschine.

Wir haben gesehen, daß in einer einfachen Drahtspule beim Öffnen und Schließen des Stromes Induktionsströme entstehen, die so hoch gespannt sind, daß sie sogar einen kleinen Luftwiderstand unter Bildung eines Funkens überwinden können. Daß ein solcher Strom, wenn er durch den menschlichen Körper geleitet wird, in diesem deutlich gefühlt werden muß, ist ziemlich klar.

Abb. 135. Schema einer elektrischen Klingel.

Wir wollen nun sehen, wie wir eine einfache elektrische Klingel als Elektrisiermaschine gebrauchen können. Wir verbinden die Klingel unter Einschalten eines Kontaktknopfes wie üblich mit einer Stromquelle. Um unnötiges Geräusch zu vermeiden, stopfen wir die Glockenschale mit Papier aus. Die Stellschraube an der Kontaktfeder stellen wir so, daß der Hammer sich möglichst rasch hin und her bewegt. Betrachten wir das Schema einer elektrischen Klingel in Abb.Abb. 135, so fließt der Strom von der Klemmeadurch die Windungen des Elektromagnetenbnachcund durch die Feder und den Anker zur Kontaktspitzed, von wo er überezur Batterie zurückkehrt. Wird nun der Anker angezogen und dadurch der Strom unterbrochen, so entsteht beidein Öffnungsfunke; in diesemAugenblick muß also die Spannungsdifferenz zwischencunddsehr groß gewesen sein. Schließen wir den Strom, so daß der Hammer ständig hin und her schwingt, und berühren wir mit der einen Handc, mit der anderend, so wird der Öffnungsstrom lieber den geringeren Widerstand unseres Körpers als den großen Luftwiderstand beidüberwinden und deshalb zum größten Teil unseren Körper durchfließen.

Wir können uns, um nicht immercunddanfassen zu müssen, aus zwei Messingrohrstücken Handeln machen. An dem einen Ende des Rohres löten wir einen etwa 1mlangen isolierten Kupferdraht fest und treiben auf der gleichen Seite einen Holzzapfen, der als isolierender Griff dienen soll, in die Röhre. Die freien Enden der Drähte werden dann mitcunddverbunden. Wollen wir für weitere Versuche die Stärke des elektrisierenden Stromes verändern, so müssen wir den Hauptstrom entsprechend regeln.

Der Induktionsapparat.

Der einfache Induktionsapparat dient dazu, Ströme niederer Spannung in solche hoher Spannung umzuwandeln. Man kann deshalb auch einen derartigen Apparat als Transformator bezeichnen.

Im wesentlichen kennen wir den Apparat schon aus dem vorigen Vortrag. Er besteht aus einer inneren Drahtspule mit wenig Windungen eines dicken Drahtes und aus einer äußeren mit sehr viel Windungen eines dünnen Drahtes. Da, wie wir gesehen haben, die elektromotorische Kraft des Induktionsstromes mit von der Zahl der Kraftlinien abhängt, die ihn erzeugen, so wickeln wir den inneren, den primären Draht auf einen Eisenkern auf. Damit in diesem keine schädlichen Wirbelströme auftreten können, fertigen wir ihn nicht aus einem massiven Stück, sondern setzen ihn aus einzelnen Drahtstücken zusammen. Wir verwenden geglühten, oxydierten Eisendraht von 0,5 bis 1,5mmStärke. Bevor wir den Draht in einzelne Stücke zerschneiden, müssen wir ihn strecken, da sonst, wenn die Stäbchen verbogen und verbeult sind, in dem Kerne unnütze Hohlräume entstehen. Zu diesem Zwecke befestigen wir in einem langen Zimmer oder im Korridor etwa aneiner Türklinke das eine Drahtende; am anderen Ende des Raumes wickeln wir den Draht einige Male um einen etwa fingerstarken Holzstab und ziehen nun, den Stab mit beiden Händen umfassend, so lange und so stark an dem Draht, bis er an irgend einer Stelle reißt. Man ziehe vorsichtig, daß man beim Riß nicht zu Boden stürze. Den nun völlig geraden Draht läßt man ausgestreckt am Boden liegen und schneidet ihn hier in die einzelnen Stäbchen auseinander. Letztere werden mit dünner Schellacklösung bestrichen, nach dem Trocknen zu einem Bündel zusammengelegt und fest mit Leinenfaden in regelmäßig aneinanderliegenden Windungen umbunden.

Unmittelbar auf den Eisenkern, der auf beiden Seiten höchstens 0,5mmfrei bleiben soll, wird der primäre Draht in zwei bis vier Lagen (genaueres über Drahtmaße sieheSeite 134 u. f.) und in einer Stärke von 0,8 bis 2mmmöglichst regelmäßig aufgewunden. Das Anbringen von Randscheiben ist gänzlich überflüssig und hindert nur nachher beim Wickeln der sekundären Spule.

Nachdem die Enden des primären Drahtes durch Anbinden vor dem Aufrollen bewahrt sind, wird die Spule mit zwei bis drei Lagen eines starken in Schellack getränkten Papiers umgeben. Der Rand der Papierhülle soll auf beiden Seiten genau mit der untersten Drahtlage abschneiden.

Sobald der Schellack getrocknet ist, können wir mit dem Wickeln der sekundären Spule beginnen. Am geeignetsten ist ein möglichst dünner mit Seide umsponnener Kupferdraht. Verwenden wir einen mit Baumwolle isolierten Draht, so muß dieser während der Bewickelung mit Schellacklösung bestrichen werden. Die einzelnen Windungen müssen sauber und genau nebeneinander gelegt und jede Lage muß, bevor die nächste darüber gewickelt wird, mit einem dünnen, in Schellack oder heißes Paraffin getauchten Papier umgeben werden. Alle Lagen sollen gleichviel Windungen haben, damit sie alle gleich lang sind. Die dazwischen gelegten Papiere sollen auf jeder Seite 1mmüber die äußerste Windung hinaussehen. Sollte beim Wickeln der Draht reißen, oder werden von vornehereinmehrere Drähte verwendet, so dürfen die Verbindungsstellen, die zu verlöten sind, nicht mitten in der Lage sein, sondern sind an ihren äußersten Rand zu verlegen. Wir müssen also den Draht, wenn er nicht zufällig aufgeht, da abschneiden, wo er eine Lage beendet hat. Bei kleinen Apparaten, an die wir keine großen Anforderungen stellen, braucht dieser Umstand nicht berücksichtigt zu werden, und man kann den Draht sparen.

Die Spulmaschine.

Das Bewickeln führt man am besten mit der Hand aus. Es ist ein zeitraubendes und mühsames Geschäft, namentlich wenn der Draht sehr dünn ist; wir können es aber, die nötige Geduld vorausgesetzt, mit der Hand pünktlicher machen, als mit einer Spulmaschine, die freilich den großen Vorteil der Zeitersparnis für sich hat.Abb. 136zeigt eine solche Einrichtung. Die Spule, auf die wir aufwickeln, ist mitcbezeichnet und sitzt fest auf einer aus starkem Eisendraht hergestellten Kurbel.bist die Rolle, von der der Draht abgenommen wird; damit er immer straff gespannt bleibt, wirdbdurch die Federagehemmt. Je breiter die Spulec, desto größer muß ihr Abstand vonbsein.

Abb. 136. Spulmaschine.

Ist auch die sekundäre Spule fertig gewickelt, so werden ihre beiden Drahtenden vorläufig in der Mitte über der Rolle zusammengedreht. Dann können die Randscheiben aus dünnem Holz oder aus schellackierter Pappe angebracht werden. Diese Scheiben sitzen an den freien Enden des Drahtkernes fest auf. Der etwa noch vorhandeneZwischenraum zwischen ihnen und der Spule wird mit Paraffin ausgegossen. Ist dies erkaltet, so umgeben wir die ganze Rolle mit einer Schutzhülle aus Karton, die mit den Randscheiben abschneidet. Die Enden des die Hülle bildenden Kartonstreifens werden zusammengeleimt oder durch Umwickeln mit einer Lage Bindfaden zusammengehalten. Die Drahtenden der sekundären Spule werden durch zwei Löcher in der Kartonhülle herausgeleitet.

In zwei quadratische Brettchen sägen wir je einen runden Ausschnitt, der gerade so groß ist, daß wir die fertige Spule hindurchschieben können. Auf einem Grundbrett von passender Größe werden diese beiden Brettchen so befestigt, daß die durch die beiden Löcher geschobene und hier angeleimte Spule auf beiden Seiten etwa 1cmfrei herausragt. Auf den beiden Brettchen bringen wir zwei Klemmschrauben an, mit denen wir die freien Enden des sekundären Drahtes verbinden.

Abb. 137. Schnitt durch einen einfachen Induktionsapparat.

DieAbb. 137und138veranschaulichen diese Anordnung im Schnitt und im Grundriß.azeigt das Grundbrett,bdie quadratischen Brettchen, in deren runden Löchern die Spule ruht.cist der Eisenkern,ddie primäre,edie sekundäre Wickelung und mitfsind die beiden Klemmen bezeichnet.

Daß wir Induktionsströme erzeugen können, indem wir den primären Strom abwechselnd schließen und öffnen, haben wir bereits gesehen. Wir bringen deshalb an unserem Apparat eine Vorrichtung an, die die Unterbrechung in regelmäßigen, sehr rasch aufeinanderfolgenden Intervallen selbsttätig ausführt. Eine solche Einrichtung kennenwir schon von der elektrischen Klingel her (Seite 113). Die von der Klingelkonstruktion kaum abweichende Form desUnterbrechersan unserem Induktionsapparat ist aus den beiden Figuren zu erkennen:gist ein Eisenanker, der an der Federhangelötet ist; letztere ist an der Messingsäuleiso befestigt, daßggerade vor dem Eisendrahtkern steht, und zwar in einem Abstande von 2 bis 3mm.kist die in einer Messingsäule verschraubbare Stellschraube, die mit einer Kontaktspitze aus Platin versehen ist. Wie die Enden des primären Drahtes mit den Klemmen α und β verbunden werden, ist aus derAbb. 138ersichtlich.

Abb. 138. Einfacher Induktionsapparat von oben gesehen.

Bei diesem Apparat können wir die Stärke des Induktionsstromes nicht unmittelbar regeln. Da es jedoch oft von Vorteil ist, diese je nach Bedarf ändern zu können, so sei weiterhin noch eine andere Form der Elektrisiermaschine beschrieben, die auch für die Ausführung der oben schon beschriebenen Versuche (Seite 137 u. f.) sehr praktisch ist. Der Hauptunterschied gegenüber dem zuvor angeführten Apparat besteht darin, daß die sekundäre Spule beweglich ist. InAbb. 139bezeichnen die gleichen Buchstaben wieder die gleichen Teile wie in den beiden vorhergehenden Abbildungen. Der Eisenkerncist nach rechts 1,5 bis 2cmlänger als die primäre Spuled, mit der er links eben abschneidet. Er ist in dem starken Brettchenbso befestigt, daß er mit seinerBewickelung nach links hinausragt. Die sekundäre Spuleewird auf eine Kartonhülle aufgewickelt, die glatt überdpaßt. Sie wird wie oben mit Randscheiben und einer Schutzhülle aus Karton versehen und auf dem Brettchenlangeleimt, das so dick ist, daß, wenn es aufaaufliegt, die darauf befestigte sekundäre Spule über die primäre geschoben werden kann. Rechts und links von dem Brettchenlsind Leistchen aufaanzunageln, damit es in der dadurch entstandenen Rinne Führung hat und ohne Beschädigung der Spulen hin und her geschoben werden kann. Der Unterbrecher wird hergestellt, wie oben schon beschrieben.

Abb. 139. Induktor mit verschiebbarer sekundärer Rolle.

Es ist klar, daß der Induktionsstrom umso schwächer wird, je weiter wir die sekundäre Spule herausziehen; wir können also durch ihr Hin- und Herschieben die Stärke des sekundären Stromes ohne Abänderung des primären regeln.

Schrauben wir die Stellschraube des Unterbrechers so weit nach vorn, daß der Anker am Eisenkern fest anliegt, so kann keine Unterbrechung des Stromes mehr stattfinden. Bewegen wir jetzt die sekundäre Spule hin und her, so erhalten wir, wie wir schon im dritten Vortrag (Seite 137 u. f.) sahen, ebenfalls Induktionsströme.

Abb. 140. Schaltungsschema des Kondensators.

Der Funkeninduktor.Der Kondensator.

Der Funkeninduktor.

Wir wissen, daß die Spannung des Induktionsstromes mit von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher der erregende Strom unterbrochen wird. Ferner wissen wir, daß an der Unterbrechungsstelle jeweils ein Funke auftritt, wenn der Strom geöffnet wird. Das Auftreten des Funkens zeigt uns aber, daß der Strom nicht plötzlich unterbrochen wird, das heißt nicht in der kurzen Zeit von seinem normalen Wert auf 0herabsinkt, in der die tatsächliche Trennung des Leiters erfolgt, sondern daß er infolge der Selbstinduktion den Luftzwischenraum anfangs überwindend, nur allmählich schwächer wird, bis er ganz unterbrochen ist. Wollen wir also die Wirkung eines Induktionsapparates verstärken, so müssen wir danach trachten, den Funken an der Unterbrecherstelle möglichst zu verkleinern. Wir betrachten das SchemaAbb. 140, in welchemKden Eisenkern,Pdie primäre,sdie sekundäre Wickelung,Edie Stromquelle,Aden Eisenanker undabdie Unterbrecherstelle bezeichnet. Wenn wir den zwischenaundbentstehenden Funken verkleinern wollen, so müssen wir die Spannungsdifferenz dieser Punkte verringern, was wir dadurch erreichen, daß wir ihre Kapazität vergrößern, indem wir einen Kondensator (Ko) an sie anschließen, wie das auf derAbb. 140zu ersehen ist. Der Kondensator muß eine große wirksame Fläche haben und wird deshalb aus einzelnen Stanniolblättern hergestellt, die durch Papier voneinander isoliert sind. Er wird in einem Kasten untergebracht, der zugleich die Grundlage für die Induktorrolle bildet, und von der Größe dieser hängen auch die Maße des Kastens ab. Die isolierenden Papierblätter schneiden wir aus nicht zu dünnem Seidenpapier (oder dünnem Paraffinpapier) so groß, daß sie mit etwa 0,5cmSpielraum in dem Kasten Platz finden. Die Stanniolblätter müssen 1 bis 2cmkleiner sein als die Papiere und auf einer Seite einen 4 bis 5cmlangen Fortsatz haben (sieheAbb. 141). Um die Isolierfähigkeitder Seidenpapiere zu erhöhen, werden sie in Schellacklösung gebadet. In ein flaches Gefäß, etwa eine hinreichend große Entwicklungsschale, wie sie in der Photographie gebraucht werden, gießen wir den Schellack. Die zugeschnittenen Seidenpapiere werden dann einzeln durch die Lösung durchgezogen und mit je zwei Stecknadeln an einer ausgespannten Schnur zum Trocknen aufgehängt. Danach werden die Stanniolblätter, durch die schellackierten Papiere voneinander getrennt, so aufeinandergelegt, daß beim ersten der Fortsatz nach rechts, beim zweiten nach links, beim dritten wieder nach rechts u. s. w. herausragt, wie dies inAbb. 141zu sehen ist. Den fertigen Kondensator zeigtAbb. 142A. Um die Fortsätze der Stanniolblätter fest zusammenzuhalten und gut mit einem Draht verbinden zu können, biegen wir uns aus Messingblech eine Klammera(Abb. 142B) und versehen sie mit einem Muttergewinde und einer Schraubeb. Damit sich letztere beim Zusammenklemmen der Fortsätze nicht in das Stanniol einbohrt, wird das Blechstückchencdazwischen gelegt.

Abb. 141. Lage der Stanniolblätter mit ihren Ansätzen.

Abb. 142. Der fertige Kondensator.

Da der Kondensator aber nicht nur die Unterbrecherfunken abzuschwächen, sondern auch oszillatorische Schwingungen zu erzeugen hat, muß die Größe seiner Kapazität in einem bestimmten Verhältnis zu der Größe des ganzen Apparates stehen; die günstigste Bemessung findet man, wenn man zuerst nur wenig Blätter in den Kondensator legt und die damit erzielteFunkenlänge des Induktors mißt. Darauf legt man einige Blätter mehr ein und mißt — natürlich unter sonst gleichen Bedingungen — wieder die Funkenlänge. Ist sie größer geworden, so legt man noch mehr Blätter ein u. s. f., bis die Länge der Funken wieder abnimmt. Als Anhaltspunkt mag folgendes dienen: nehmen wir an, die Länge der Stanniolblätter verhielte sich zur Breite wie3⁄5zu2⁄5und sie seien jeweils so lang wie die Induktorrolle, so mögen für kleine Apparate 30 bis 40 Blätter genügen, für größere wird sich deren Zahl auf 200 bis 250 belaufen. Wie der Kondensator einzuschalten ist, wurde oben schon besprochen.

Solche Induktionsapparate, die mit Kondensatoren versehen sind, nennt man Funkeninduktoren, da man ziemlich starke Funken mit ihnen erzeugen kann; häufig werden sie auch mit dem Namen ihres ersten ErbauersRuhmkorffbezeichnet.

Je größer wir die Funkeninduktoren bauen, desto mehr Sorgfalt ist auf die Isolierung der einzelnen Windungen und besonders der einzelnen Lagen zu verwenden. Denken wir uns einen Leiter, der gewissermaßen selbst elektromotorisch tätig ist, wie z. B. ein Element, so ist die Spannungsdifferenz zweier seiner Punkte um so größer, je weiter die Punkte von der Mitte entfernt sind (sieheSeite 106 u. f.). Ein solcher Leiter ist z. B. der sekundäre Draht eines Induktionsapparates. Ein Punkt des Drahtes in einer Lage ist von dem direkt über ihm liegenden Punkt des Drahtes in der nächsten Lage nur um einen Bruchteil eines Millimeters durch das jede Lage bedeckende Papier getrennt; da sich zwischen zwei solchen Punkten eine große Anzahl wirksamer Windungen befindet, so kann je nach der Größe des Apparates eine recht beträchtliche Potentialdifferenz zwischen diesen Punkten auftreten, die unter Umständen stark genug ist, die Isolierung zu durchschlagen und damit den Apparat sehr zu schädigen. Wir müssen deshalb bei Induktoren, deren Spulenmaße 10 bis 12cmin der Länge und 5cmim Durchmesser übersteigen, schon stärkeres Papier, das tüchtig mit Schellack oder heißem Paraffin zu bestreichen ist, zur Isolierung der einzelnen Lagen anwenden. Bei größeren Apparaten soll zur Isolierung ausschließlichreinesParaffin, das insauberenGefäßen flüssig zu machen ist, angewendet werden.

Sollen die Funkeninduktoren für eine Funkenlänge von zehn oder noch mehr Zentimeter gebaut werden, so genügt diese einfache Art der Isolierung auch nicht mehr. In diesem Falle müssen wir die Spule in zwei Teilen herstellen, die durch einen mehrere Zentimeter breiten Zwischenraum voneinander getrennt sind.Abb. 143zeigt den Schnitt durch die Rolle eines solchen Apparates. Die Drahtenden der beiden Spulene₁unde₂sind natürlich so miteinander zu verbinden, daß ein die Windungen durchfließender Strom den Kern stets in gleicher Richtung umkreist.

Abb. 143. Schnitt durch die Rolle eines Funkeninduktors.

Ferner dürfen wir bei diesen größeren Induktoren die Befestigung der Spule nicht mehr in der oben beschriebenen Weise mit den Holzrähmchen (b) bewerkstelligen, sondern wir müssen, wie ausAbb. 143hervorgeht, unter entsprechender Verlängerung des Eisenkerns die RandscheibenRaus Holz herstellen. Sie müssen fest auf dem Kern aufsitzen und mindestens 5mmvon der Spule abstehen. Ihr Durchmesser sei um 2cmgrößer als der der Spule.

Es müssen jetzt noch die Zwischenräume, die inAbb. 143mitPbezeichnet sind, mit Paraffin ausgegossen werden. Wir legen um die Spule herum einen Kartonstreifen, der so groß ist, daß er beiderseits fest an den RandscheibenRanliegt, aber die Spule nicht ganz umschließt, sondern oben einen 1cmbreiten Spalt freiläßt, durch welchen das Paraffin in die HohlräumeP₁,P₂undP₃eingegossen wird. Nach Erkalten des Gusses wird der Karton wieder entfernt, da bei diesen größeren Apparaten die Schutzhülle aus einem besser isolierenden Material hergestellt werden muß. Amgeeignetsten ist ein Überzug aus gutem Seidenstoff oder aus einer dünnen Hartgummiplatte, die in kochendem Wasser weich gemacht und dann solange als sie noch heiß und biegsam ist, um die Spule herumgelegt wird. Entlang der zusammenstoßenden Ränder der Ebonitplatte werden schon vor ihrem Erhitzen mit einem glühenden Nagel Löcher eingebrannt, durch die jetzt ein Seidenband genestelt wird, damit es die Hülle zusammenhält.

Abb. 144. Befestigung der Induktorrolle.

Wie schon erwähnt, bildet der Kasten, in dem der Kondensator untergebracht wird, zugleich die Grundlage für die Induktorrolle. Um dieser einen sicheren Halt zu geben, werden die hölzernen Randscheiben (R) auf der Unterseite etwas abgeflacht und von der Innenseite des Kastens angeschraubt. Für sehr große und schwere Apparate dürfte sich die inAbb. 144dargestellte Befestigungsart am meisten empfehlen. Die Randscheiben erhalten auf ihrem Umfange eine Furche, wie auch aufAbb. 143ersichtlich, durch die eine starke Saite läuft (SinAbb. 144); diese geht durch entsprechende Löcher in dem Deckel (a) des Kastens hindurch und wird innen verknotet.

Isoliermethode bei grösseren Induktoren.

Für Apparate, die Funken von 15cmLänge und mehr liefern sollen, genügt es nicht, die sekundäre Wickelung in zwei oder vielleicht auch drei Spulen zu trennen, sondern wir müssen uns etwa 20 bis 30 einzelne ganz flache Spulen herstellen, die die Form von Scheiben mit einer Dicke von 0,5 bis 1cmund einen Durchmesser von 8 bis 16cmhaben. Zum Wickeln der Scheiben müssen wir uns eine besondere Einrichtung herstellen. Zuerst fertigen wir auf der Drehbank eine Holzwalze, deren Durchmesser gleich dem der mit starkem Papier umwickelten primären Spule ist. Zwei Holzscheiben, die je auf einer Seite völlig eben sein müssen — man stellt sie am besten auf der Drehbank her — sind in der Mitte durchbohrt, sodaß sie knapp passend auf die Holzwalze aufgeschoben werden können. Jetzt schneiden wir uns einen Kartonstreifen, der 5mmbreit und so lang ist, daß seine Enden, wenn er um die Holzwalze herumgelegt wird, gerade zusammenstoßen. Mit einem Papierstreifen leimen wir die Enden des Kartons zusammen und achten darauf, daß dieser selbst nicht an der Walze kleben bleibt. Nun werden die beiden Scheiben von rechts und links auf die Walze geschoben, so daß der Kartonring zwischen sie zu liegen kommt; die Scheiben werden fest an ihn angepreßt und mit ein paar in die Walze geschlagenen Nägeln oder mit Klammern festgehalten. Vorher mußten wir jedoch noch in jede Scheibe möglichst nahe des mittleren großen Loches ein kleines von 1 bis 2mmWeite bohren. Bevor wir nun die zweite Scheibe auf die Holzwalze schieben, führen wir das Ende des aufzuwindenden Drahtes durch dieses kleine Loch, so daß ein Stück von etwa 10cmLänge herausragt und mit einem Reißnagel an der Holzwalze befestigt werden kann. Die Spulmaschine ist ähnlich herzustellen wie die aufSeite 165abgebildete; die abgeänderte Einrichtung ist ausAbb. 145zu erkennen, wo mitadas Grundbrett, mitbdas Lagerbrett, das oben mit einem Einschnitt für die Holzwalze versehen ist, mitcder Träger der Spuled, von der der Draht abgenommen wird, mitedie Holzscheibe, und mitfdie andschleifende Bremsfeder bezeichnet ist. Eine Kurbel ist überflüssig, da wir die dicke Holzwalze bequem selbst anfassen und drehen können.

Abb. 145. Spulmaschine für den Funkeninduktor.

Wenn wir mit dem Bewickeln beginnen wollen, sostellen wir auf einen Spiritusbrenner ein Gefäß mit siedendem Paraffin hart neben die Spulmaschine und richten uns einen Pinsel her, der so schmal und lang ist, daß man mit ihm zwischen den beiden Holzscheiben bis auf die Holzwalze reichen kann. Mit diesem Pinsel tragen wir Paraffin auf den zwischen den Scheiben liegenden Ring auf, doch nicht zu viel, damit die Unterlage für die erste Wickelung nicht uneben wird. Jetzt beginnen wir mit dem Aufspulen des Drahtes. Jede Lage, die aus 20 bis 30 Windungen bestehen wird, soll mit einer dünnen Schicht von heißem Paraffin überstrichen werden. Nach jeweils fünf oder sechs Lagen, so lange die Windungen dem Kern noch nahe und somit klein sind, bei den mittleren Windungen nach je drei, bei den äußersten nach je einer Lage, schalten wir einen Streifen dünnen, paraffinierten Papiers ein.

Wie ausAbb. 150zu ersehen ist, soll der Durchmesser der nach den Spulenenden zu liegenden Scheiben kleiner sein, als der der in der Mitte liegenden. Ist eine Spule fertig gewickelt, so wird zuletzt noch soviel Paraffin aufgestrichen, daß die oberste Drahtlage noch 1mmhoch überdeckt ist.

Sollten sich während des Bewickelns durch das Bestreichen mit Paraffin Unebenheiten einstellen und die einzelnen Windungen nicht mehr genau nebeneinander legen lassen, so braucht uns das weiter keine Sorge zu machen; wir wickeln dann regellos unter reichlicher Zugabe von Paraffin einige Lagen auf, winden einen paraffinierten Papierstreifen mehrmals darüber, wickeln wieder einige Lagen, schalten wieder Papier ein und so fort. Das sorgfältige, regelmäßige Wickeln hat nur den Vorteil einer geringen Raumersparnis, den wir mit einem recht beträchtlichen Zeitverlust ziemlich teuer bezahlen müssen. Bei schlecht isolierten Drähten, z. B. solchen, die nur einmal mit Baumwolle umsponnen sind, ist es freilich doch sehr zu empfehlen, die Bewickelung möglichst regelmäßig auszuführen, da sich sonst einige Kurzschlußstellen bilden und bei größerer Zahl dem Apparat recht schädlich werden könnten.

Nach Erkalten des letzten Paraffingusses werden die Holzscheiben entfernt. Sollte dies mit Schwierigkeiten verbundensein, so kann man durch Beklopfen mit dem Hammer etwas nachhelfen. Dem Übelstande des Haftenbleibens können wir auch dadurch vorbeugen, daß wir die Innenseiten der Holzscheiben mit passenden, in Schellacklösung getränkten und gut getrockneten Papierscheiben belegen. An der Spule bleibt dann das Papier haften, während sich das Holz leicht löst; aber auch das Papier muß dann wieder sorgfältig, eventuell durch Befeuchten mit reinem Alkohol entfernt werden.

In dieser Weise werden alle Spulen hergestellt. Dabei ist aber auf eines besonders zu achten. Bei der einen Hälfte aller Drahtscheiben beginnen wir mit der ersten Windung auf derrechtenSeite, lassen also das Drahtende zu dem kleinen Loch derrechtenScheibe heraussehen und hören mit der letzten Windung auf derlinkenSeite auf; diese Spulen werden im folgenden mit I bezeichnet. Bei den Spulen der anderen Hälfte, die mit II bezeichnet sind, beginnen wirlinksund hörenrechtsauf.

Abb. 146.Abb. 147Verbindung der einzelnen Spulen.

Es handelt sich nun darum, alle die einzelnen Spulen auf die primäre Rolle aufzuschieben und ihre Drahtenden in gute leitende Verbindung zu bringen. Wir legen je eine Spule I und eine Spule II so aufeinander (sieheAbb. 146), daß die inneren Drahtendena₁unda₂, dievorher vollständig von ihrer Isolierung befreit wurden, aufeinander zu liegen kommen; die Enden selbst führen wir, wieAbb. 147zeigt, nach rechts zu dem Loche der Spule hinaus und drehen sie so weitfestzusammen, daß wir die Drahtscheiben nachher noch 3 bis 5mmvoneinander entfernen können. Darauf wird der überschüssige Draht abgeschnitten, so daß die zusammengedrehten Enden, die noch verlötet werden müssen, nur ein kleines Stümpfchen bilden. Letzteres wird mit einem kleinen Tropfen Lötwasser, das völlig säurefrei sein muß — man setze zur Vorsicht noch etwas Salmiaksalz zu — versehen; ein kleines Stückchen Lötzinn, das wir papierdünn gehämmert haben, wird auf die Drahtenden gelegt und mit einem 3 bis 4mmdicken glühenden, auf Salmiak von der Oxydschicht gereinigten Kupferdraht berührt, worauf es zwischen den Drähten verfließt. Das verlötete Ende wird zwischen den Spulen so nach außen gerichtet, wie das ausAbb. 148ersehen ist. In gleicher Weise werden sämtliche Spulen I und II miteinander verbunden, und dann die einzelnen Paare auf die primäre Rolle aufgeschoben, alle freien Drahtenden nach oben gerichtet. Jede der Spulen soll von der nächsten einen 3 bis 5mmbreiten Abstand haben, und die dadurch entstehenden Hohlräume müssen mit Paraffin ausgegossen werden, nachdem die hölzernen Randscheiben in der oben beschriebenen Weise befestigt wurden (Seite 172).

Abb. 148. Verbindung zweier Spulen.Abb. 149. Kartonkamm zum Einrichten der Spulen.

Abb. 148. Verbindung zweier Spulen.

Abb. 149. Kartonkamm zum Einrichten der Spulen.

Um diese Arbeit genau ausführen zu können, fertigen wir uns ein kammartiges Gebilde aus starkem Karton oder Pappendeckel (Abb. 149), dessen Zähne eine Breite von 5mmund eine Länge haben, die gleich dem Durchmesserder Drahtscheiben ist; die Zwischenräume zwischen den Zähnen sind gleich der Dicke der Drahtscheiben. Ferner richten wir uns einen Karton, der so groß ist, daß er, um die Rollen herumgelegt, an den hölzernen Randscheiben fest anliegt, aber oben nicht schließt, sondern einen zum Eingießen des Paraffins genügend breiten Spalt frei läßt. Bevor wir jedoch diesen Kartonmantel befestigen, legen wir die Zähne unseres Kammes zwischen die Drahtrollen, so daß alle genau in gleichem Abstande und parallel nebeneinander liegen. Dann erst wird der Karton herumgelegt und mit einer Schnur mehrfach fest umwickelt. Die Drahtenden müssen alle zu dem freigelassenen Spalt heraussehen. Jetzt kann der Kamm herausgenommen und das Paraffin eingegossen werden. Nach dem Erkalten des Gusses wird der Kartonmantel abgenommen, die freien Drahtenden werden verlötet und im übrigen wird verfahren, wie oben (Seite 172) schon beschrieben wurde.

Für größere Induktoren seien außer dem Gesagten noch einige besondere Winke gegeben. 1. Da das Verhältnis der sekundären Rollenlänge zur Länge des Eisenkernes mit der primären Wickelung nicht einerlei ist, so ist es ratsam, sich die im Verhältnis zur übrigen Arbeit kleine Mühe zu machen, etwa 3 bis 5 verschieden lange Primärrollen herzustellen. Die Sekundärspule wird dann am besten auf ein Hartgummi-, eventuell auch Glasrohr aufmontiert, in das die Primärspulen gerade hineinpassen. Die beste Wirkung wird ausprobiert. Ist dann die größte oder die kleinste Spule die beste, so machen wir uns noch eine größere resp. kleinere. Als Ausgang für die Bemessungen dienen die inAbb. 150dargestellten Verhältnisse. (InAbb. 150sind die einzelnen Scheiben der Deutlichkeit wegen dicker und daher in etwas geringerer Anzahl gezeichnet.) Als Ergänzung für die allgemeine Tabelle aufSeite 182dienen die folgenden Angaben speziell für die oben beschriebene Wickelungsart. Endlich muß bei solchen Apparaten die Isolation noch sorgfältiger hergestellt werden. Als isolierende Masse genügt auch hier reines Paraffin; besser ist es, wenn man 4 Teile Kolophonium schmilzt und darin 4 Teile Bienenwachs und 2 Teile Guttapercha löst. An Stelle des oben beschriebenenKartonmantels wird jetzt ein ganz geschlossener Blechmantel gelegt; die Längsnaht wird verlötet und gegen die Randscheibe mit Glaserkitt oder einer Mischung aus Asbest und Wasserglas abgedichtet. In dem Blechmantel müssen zwei Löcher vorgesehen sein; durch das eine wird die Isoliermasse eingegossen, wobei die Luft durch das andere Austritt findet. Ist der Raum, der inAbb. 150schwarz angelegt ist, ganz ausgefüllt, so wird das eine Loch in dem Mantel mit einem Kork verschlossen; in das andere wird mit einem durchbohrten Kork ein Glasrohr angesetzt, das man mit einer Wasserstrahlsaugpumpe verbindet. Während man den Blechmantel möglichstgleichmäßig(durch eine größere Anzahl kleinerer Flämmchen) auf 115 bis 120° erhitzt, saugt man mit der Strahlpumpe die Luft ab. Das Verfahren soll 24 Stunden ununterbrochen fortdauern; es hat den Zweck, diesehr schädlichenLuftreste aus der Isoliermasse zu entfernen.

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