XXIII. Neue elektromagnetische Maschine von Charles G. Page, Med. Dr., Professor der Chemie am Columbia-Collegium zu Washington. Aus Silliman's American Journal of Science durch das London Journal of arts. Mit Abbildungen auf Tab. II. Page's elektromagnetische Maschine. Professor Page hat die bekannte Erfahrung, daß ein elektrodynamischer Schraubencylinder ein Eisenstäbchen, das ihm in der Richtung seiner Achse genähert wird, in sich hineinzieht, zur Construction eines Galvanometers und einer elektromagnetischen Maschine benutzt, nachdem er gefunden hatte, daß ein solcher Schraubendraht, in Verbindung mit einer Grove'schen Batterie von 6 Elementen, einen Eisenstab von 2 bis 3 Pfd. in verticaler Lage schwebend erhält. Er machte bei diesem Versuche die Bemerkung, daß wenn der Strom schnell unterbrochen und wiederhergestellt wird, der Stab in eine oscillirende Bewegung geräth, und daß es eine eigene Empfindung sey, wenn man den Stab bei geschlossenem Strome herausziehe, die anziehende Wirkung auf eine Länge von wenigstens 3 Zoll noch wahrzunehmen. In seiner Mittheilung beschreibt derselbe einige Apparate, die sich auf den vorhergehenden Versuch stützen, unter andern eine elektromagnetische Kanone, die aus mehreren Schraubencylindern besteht, und zwar so, daß deren Höhlungen den Lauf der Kanone bilden, und fährt dann fort: „Zu den nützlichsten Ergebnissen dieser Wirkungsart des elektrischen Stromes gehört ein Galvanometer von großem Werth für den Experimentator und die elektromagnetische Maschine. Das Galvanometer gestattet eine wirkliche Messung der Wirkung einer zusammengesetzten Kette durch Gewichte bis zu einer solchen Zahl von Elementen, welche über die sättigende Kraft des Stabes oder des Magneten in dem Schraubendraht geht, d.h. für ein Instrument mit einem Schraubendraht von einer gewissen gegebenen Größe; denn die Größe des Schraubencylinders und des Stabes kann vermehrt werden, um die Kraft von einer beliebigen Anzahl von Elementen zu messen. Der Stab hat in diesem Falle sein unteres Ende in der obern Hälfte des Schraubencylinders, und sein oberes Ende ist an dem Haken einer Federwage befestigt, wie man sie in Läden und sonst gewöhnlich gebraucht, um leichte Waaren zu wiegen. Die große Kraft des Schraubencylinders in diesem Falle muß den Verhältnissen zwischen seiner Länge, seinem Durchmesser und der Länge des Drahtes zu der Stärke und Intensität des Stromes zugeschrieben werden. Der Cylinder ist ungefähr 4 Zoll lang, und besteht aus einem zusammenhängenden Kupferdraht; sein äußerer Durchmesser beträgt 3, sein innerer 3/4 Zoll.“ „Die Construction der Maschine wird durch Fig. 28 leicht verstanden werden. Zwei Schraubencylinder a, a' sind auf der Unterlage gut befestigt und mit ihren Achsen genau in eine gerade Linie gestellt. Die beiden Stäbe b, b', durch einen starken Messingdraht mit einander verbunden, sind an den beweglichen Rahmen f, f befestigt, so daß sie möglichst wenig Reibung erleiden. Die Drähte von den Enden des Schraubencylinders gehen abwärts durch die Unterlage, und ihre gegenseitige Verbindung wird durch den Commutator (cut-off or electrotome) auf der Welle des Schwungrades bewerkstelligt, welches in Fig. 29 besonders dargestellt ist. Die punktirten Linien zeigen den Lauf der Drähte und ihre Verbindungen mit den Hälsen c, c und den Federn e, e, Fig. 28. Die Wirkung des Commutators wird durch jeden, der mit den Rotationsmaschinen ohne Polenwechsel vertraut ist, leicht verstanden werden. Der Stab b hat, wie es die Figur darstellt, nahezu die Lage des Gleichgewichts in dem Schraubencylinder a erreicht, und bei seiner Bewegung durch denselben den Stab b', welcher an demselben Rahmen befestigt ist, in eine solche Lage gebracht, daß er von dem Cylinder a' angezogen wird. Wenn b in seiner Gleichgewichtslage angekommen ist, so befindet sich die Kurbel des Schwungrades in einem ihrer Ruhepunkte; der Commutator auf der Welle unterbricht den galvanischen Strom a und schließt den a', welcher dann auf den Stab b' wirkt; auf diese Art entsteht eine doppeltwirkende Maschine, deren ebenbeschriebenes Modell 3 Zoll Bewegung hat.“ „Es ist einleuchtend, daß statt der Stäbe auch die Schraubencylinder beweglich seyn könnten; jedenfalls wird man aber bewegliche Stäbe wählen, da sie leichter sind als jene Cylinder. Die Stäbe können hohl oder massiv seyn – am besten sind massive – und von weichem Eisen oder von Stahl; ersteres ist aber vorzuziehen. Sind die Stäbe von Stahl, so sind sie unmittelbar nach dem Gebrauch der Maschine stark magnetisch; wird dann die Batterie entfernt und die Maschine mechanisch in Bewegung gesetzt, so wird sie eine magneto-elektrische Maschine, die an dem Commutator helle Funken und starke Schläge gibt. Bei diesem Experiment müssen aber die Hälse c, c durch einen kurzen Draht verbunden werden. Mit der Batterie erhält diese Maschine eine der schönsten, einfachsten und zugleich kräftigsten Bewegungen, die noch durch Elektromagnetismus hervorgebracht wurden. Ihre besondern Vorzüge sind folgende: Erstens kann eine fortdauernde Wirkung auf eine sehr große Entfernung unterhalten werden, wie sogleich erklärt werden soll. Zweitens kann die allen andern Arten von elektromagnetischen Maschinen gemeinschaftliche Verzögerung der Bewegung hier nicht vorkommen; denn da die Stäbe nicht dick sind, so werden sie augenblicklich magnetisch, und wenn sie auch noch so viel Magnetismus nach der Unterbrechung des Stromes zurückhalten, so kann dieser die Bewegung nicht hindern, da der Kupferdraht des Schraubencylinders (ohne Strom) und der Eisenstab sich nicht anziehen. Es wird also mit einer gegebenen Batteriefläche das Maximum von Geschwindigkeit und Kraft erhalten. Die Verzögerung, welche von dem beständigen Zurückhalten des Magnetismus herrührt, die Zeit, welche erfordert wird, um einen Magnet zu sättigen, und die Zeit, welche nothwendig ist, um den Magnet vom Magnetismus zu befreien, sind wichtige Hindernisse gegen die Erlangung einer nützlichen Kraft bei den gewöhnlichen elektromagnetischen Maschinen, und die Ursache jener besondern Anomalien, daß die wirkende Kraft solcher Maschinen in demselben Verhältniß abnimmt, wie ihre Umdrehungsgeschwindigkeit wächst. Fügt man zu diesen Schwierigkeiten noch den Einfluß des inducirten Stromes, welcher, wie ich mehrere Jahre vorhergesehen habe, einen Stab von weichem Eisen immer wieder magnetisch macht, nachdem der Strom unterbrochen worden ist, so wird der dritte Vorzug der neuen Maschine geschätzt werden; denn während vorerst der inducirte Strom bei allen andern elektromagnetischen Maschinen gerade dann auftritt, wenn die Magnete dem Punkte ihrer größten Wirkung sehr nahe sind, so entsteht derselbe bei jener Maschine in der größtmöglichen Entfernung von diesem Punkte, und dann äußert derselbe bei seinem Entstehen auf den eingeschlossenen Eisenstab keine wahrnehmbare Wirkung. – Ein längerer Zug kann dadurch erhalten werden, daß man eine größere Zahl von Schraubencylindern in eine gerade Linie hintereinander befestigt und die Stäbe die ganze Länge durchlaufen läßt.“ Der Erfinder stellt sodann die Meinung auf, daß aus Gründen, die er später mittheilen werde, bei seiner Art von elektromagnetischen Maschinen die Rotationsbewegung (der Stäbe, statt der hin- und hergehenden) vorzuziehen sey; ohne sich aber auf etwas Näheres einzulassen, kommt er wieder auf die beschriebene Maschine, und bemerkt, daß er später der Kraft des Schraubencylinders noch die Anziehung zwischen dem in demselben befindlichen magnetischen Stab und einem andern von weichem Eisen, der vor dem Cylinder befestigt war, beigefügt habe; daß aber diese kräftige Wirkung in einem sehr ungünstigen Momente eintrete, wenn nämlich der magnetische Stab am Ende des Zuges und die Kurbel sehr nahe an ihrem todten Punkt sey; dessenungeachtet habe er einen nützlichen Gebrauch davon gemacht bei einer Einrichtung, die er später beschreiben werde. Er schließt mit den Worten: „bei der Rotationsbewegung ist keine mechanische Schwierigkeit dieser Art zu besiegen.“ In einem folgenden Aufsatze beginnt der Verfasser wieder mit dem Galvanometer und hebt seine Vorzüge gegen die bisher gebräuchlichen hervor, bei welchen eine große, nicht hinreichend berücksichtigte Fehlerquelle in der häufigen Störung der magnetischen Kraft der Nadel durch die magnetisirende Kraft des Stroms in der Drahtwindung liege; denn diese werde die magnetische Kraft der Nadel um so mehr verstärken, je mehr sich dieselbe der Lage nähere, welche sie vermöge der Wirkung des Stromes einnehmen soll, während diese Kraft vermindert, und zuletzt selbst ihre Polarität umgekehrt werde, wenn die Nadel aus irgend einer Ursache eine entgegengesetzte Lage einnehme, vorausgesetzt daß der Strom kräftig und von längerer Dauer sey. Bei dem neuen Instrumente dagegen sey kein bleibender Magnet, sondern ein weicher Eisenstab nothwendig, und wenn dieser auch etwas Magnetismus behalte, so sey dieses bei einem nicht sehr dicken und harten Stab sehr wenig, und könne als eine constante Größe betrachtet werden. Er fährt dann fort: „Die Construction des Instrumentes möchte ich nicht in der durch die Fig. 30 dargestellten Weise empfehlen, da dieser Entwurf von dem Instrumente in seiner ersten Gestalt genommen wurde. Es werden sich ebensowohl mancherlei Abänderungen in der Constructionsart des Instrumentes als verschiedene Mittel darbieten, um die Kräfte zu messen. – Der Uförmige Stab 2, 2, Fig. 30, ist von weichem, sorgfältig ausgeglühtem Eisen, gut polirt und auf einem seiner Schenkel in 1/6 Zoll eingetheilt; der Durchmesser des Stabes ist ungefähr 1/8 Zoll kleiner als der innere Durchmesser der Schraubencylinder, damit seine Schenkel hinreichenden Spielraum haben, wenn die Cylinder gehoben und gesenkt, oder wenn jene in diese hineingezogen werden. Der Stab ist mittelst eines dünnen Messingdrahtes, der durch das obere Querstück des Gestelles geht, an dem kurzen Arm einer Kniehebelwage aufgehängt und befestigt; die Cylinder werden von dem Brett 5 getragen, und dieses mittelst der Schraube 6 gehoben, herabgelassen und befestigt. Die Enden p, n der Schraubencylinder sind in einer passenden Weise mit den Polen einer Batterie verbunden. An den beiden Polen des Magnets (2, 2) können Leitstäbe befestigt werden, welche durch Löcher in einer Metallplatte gehen, die in das untere Querstück des Gestelles eingelassen, oder etwas höher angebracht ist, um Spielraum für die ganze Länge des Schenkels zu gewinnen. Diese letztere Vorrichtung ist indessen kaum nothwendig; denn wenn sich der Stab an die Schraubencylinder anlegen und dadurch Reibung entstehen sollte, so reicht es hin, den Apparat ein wenig anzustoßen, um jenen wieder frei zu machen. Statt der Zeigerwage habe ich bisweilen die Federwage gebraucht, und wenn auch diese letztere weniger empfindlich ist als die erstere, so besitzt sie doch einige Vorzüge. Bei der Zeigerwage muß der Aufhängepunkt des Drahtes 3 einen Kreisbogen beschreiben, während derselbe bei der Federwage in einer geraden Linie bleibt und weniger Gelegenheit zur Reibung gibt.“ „Wird nun eine starke Batterie, aus zwei oder irgend einer Anzahl Grove'scher Elemente bestehend, mit den Drähten n, p der Schraubencylinder in Verbindung gesetzt, so wird der Stab 2, 2 mit einer Kraft, die durch die Scale der Wage angezeigt wird, herabgezogen. Diese Kraft wird sich ändern mit dem Grade der Einsenkung; reichen seine Schenkel nur wenig in die Cylinder hinein, so ist die Wirkung nur gering; so wie sie dann weiter hinabkommen, wächst die Anziehung bis zu einem Punkt, ungefähr bei 2/3 der Cylinderlänge, wo dieselbe ihr Maximum erreicht. Durch Heben und Herablassen des Brettes 5 kann die Wirkung zweckmäßig verändert werden, und wenn der Stab so weit eingetaucht ist, daß sich das Maximum der Wirkung ergibt, so muß er in dieser Lage gelassen werden, wenn man den höchsten Grad von Empfindlichkeit verlangt. Man wird finden, daß von da an, wo die Schenkel des Stabes in die Cylinder eintreten, bis zu ihrer gänzlichen Einsenkung der Stab beständig abwärts gezogen wird; bei den mit einem 10 Zoll langen Stabe angestellten Versuchen war die Kraft einer Grove'schen Batterie von 5 Elementen gleich 2 Pfund. Wie der Punkt der größten Anziehung weder in der Mitte noch an den Enden der Schraubencylinder ist, sondern irgendwo zwischen ihnen, so finde ich auch, daß sich die Lage dieses Punktes mit der Länge des angewendeten Stabes und den Dimensionsverhältnissen der Cylinder verändert.“ Der Erfinder gibt übrigens dieses Instrument nicht als empfindliches Galvanoskop, sondern es sey darauf berechnet, die Kraft von Strömen eines großen Elementes oder einer zusammengesetzten Kette zu messen, und werde dadurch ein schätzbares Instrument, um die Eigenschaften der Schraubencylinder von verschiedener Größe und der Magnete, so wie alle jene Beziehungen und Verhältnisse zwischen Batteriefläche, Größe der Eisenkerne, Zahl der Drahtumwindungen, Dicke des Drahtes etc. zu bestimmen, ohne deren Kenntniß die nutzbare Anwendung der magnetischen Kraft nicht ermittelt werden könne. Das ebenbeschriebene Instrument führte den Verfasser dazu, auch seine elektromagnetische Maschine in ähnlicher Weise abzuändern, indem er meinte, die Kraft der Schraubencylinder werde viel besser benützt, wenn man auch hier Uförmige Stäbe statt der geraden, wie bei der ersten Maschine anwende. „Da der gerade Stab seine Gleichgewichtslage in dem Cylinder erreicht, wenn seine vorstehenden Theile von gleicher Länge sind, oder besser, wenn der Mittelpunkt des Cylinders genau mit dem des Stabes zusammenfällt, so war leicht daraus zu schließen, daß der Uförmige Stab bis zum Bügel in die Cylinder hineingezogen würde. Dieß wurde denn auch durch den folgenden Versuch vollkommen gerechtfertigt. Ein Eisenstab von der bemerkten Gestalt, dessen Schenkel 10 Zoll Länge hatten, wurde auf einem beweglichen Rahmen befestigt, das Ganze durch Gegengewichte ins Gleichgewicht gebracht und die beiden Schenkel des Stabes in zwei Schraubencylinder von 3 Zoll Länge eingesenkt; die Cylinder wurden sodann mit der Batterie in Verbindung gebracht, und der Stab wurde durch die Cylinder bis zu seinem Querstück hineingezogen. So wurde mit einem einzigen Paare von Cylindern und einem einzigen Stabe eine fortdauernde Bewegung durch einen Raum von 10 Zoll hervorgebracht, und so auf einmal die Elemente für die einfachste und wirksamste Benützung der magnetischen Kraft als Triebkraft dargeboten. Bei diesem Versuch betrug die Kraft, durch das Galvanometer gemessen, im Durchschnitt 1 3/4 Pfd. durch den Raum von 10 Zoll; im letzten halben Zoll, also nahe am Bügel, war die Kraft noch 2 Unzen, im Punkte ihrer größten Wirkung dagegen 3 1/2 Pfd. Ich finde ferner, daß die Schraubencylinder, gehörig aufgestellt, durch die ganze Länge von 2 Fuß fortgehen; aber wegen der Schwierigkeit der magnetischen Induction durch einen so langen Stab, ist die Kraft auf einem großen Theil dieses Weges nur schwach. Die in Fig. 31 dargestellte Maschine hat 6 Zoll Zugweite, und obgleich ihre mechanische Kraft nicht absolut bestimmt wurde, so ist sie doch für die angewendeten Elemente bei weitem die kräftigste Maschine der Art, welche ich gesehen habe; ihre Wirkung ist so aufmunternd, daß ich eben daran bin, eine ähnliche von einem Fuß Zugweite zu construiren. Die ganze sehr einfache Einrichtung wird durch Anschauung der Figur mit einem Blick verstanden werden. Der Uförmige Stab b, b ist mit einem von derselben Gestalt und Größe mittelst zweier Messingdrähte von 6 Zoll Länge und derselben Dicke, wie die Eisenstäbe verbunden, und beide auf dem beweglichen Rahmen c, c gut befestigt. Die Cylinder sind fest auf einem starken Fuße d, d angebracht, der zugleich die Führungen für den Rahmen trägt. Dieser selbst ist mittelst der Verbindungsstange e und der Kurbel g auf die gewöhnliche Weise mit dem Schwungrad f in Verbindung gesetzt. Die punktirten Linien stellen den Lauf der Drähte unterhalb des Untersatzes vor; sie treten unterhalb der Radwelle hervor und sind mit einem Commutator auf derselben verbunden. Ferner ist noch zu bemerken, daß statt eines einzigen Paares von Cylindern, für jeden der Uförmigen Stäbe zwei Paare angebracht sind. Diese Einrichtung verursacht einen großen Kraftgewinn; denn die Cylinder wirken nacheinander auf die Stäbe und haben dann mehrere Punkte von stärkster Wirkung. Bei der Maschine von 1 Fuß Zugweite werden auf jeden Stab 4 Paare angebracht, die nach einander in Thätigkeit kommen. Es ist einleuchtend, daß ihre Zahl wie die Länge des Zuges vergrößert werden kann, selbst bis zu 2 Fuß.