Titel: Nickles, über spulenförmige Elektromagnete.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1853, Band 129, Nr. XCIII. (S. 413–420)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj129/ar129093

XCIII. Ueber die spulenförmigen Elektromagnete, von Hrn. F. J. Nickles.

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

Auszug seiner Abhandlung unter dem Titel: Thèse de physique, présentée à la faculté des sciences de Paris, pour obtenir le grade de Docteur ès sciences physiques. Paris, 1853.

Im polytechn. Journal Bd. CXXI S. 1 sind bereits die Grundzüge angegeben für die von den HHrn. Nickles und Amberger versuchte Anwendung des Elektromagnetismus zur Vergrößerung der Adhärenz der Locomotiv-Räder an den Eisenbahnschienen. Auf diese erste Art der Anwendung kommt Hr. Nickles in der obengenannten Abhandlung noch einmal zurück und gibt eine ausführliche Darlegung der von ihnen sowohl im Kleinen, als auch im Großen mittelst einer Locomotive auf der Eisenbahn von Paris nach Lyon angestellten Versuche, von denen die letztern hinreichende Bedeutung besitzen dürften, um die Mittheilung derselben zu rechtfertigen, wenn sie auch für den beabsichtigten Zweck nicht ganz befriedigend waren und Hr. Nickles die dabei angewendete Construction wieder aufgegeben hat. Diese Construction, welche derselbe électro-aimant |414| para-circulaire nennt, und welche er durch seine spulenförmigen Elektromagnete (électro-aimants circulaires) mit größerm Erfolge zu ersetzen denkt, ist die auf Seite 5 des erwähnten Bandes CXXI angegebene, und besteht darin, daß die Triebräder der Locomotive in der Nähe der Schienen von Drahtspulen umgeben sind, welche von den Schienen und Radkränzen gehörig abstehen, um kein Hinderniß für die Bewegung abzugeben. Ueber den Versuch selbst spricht sich Hr. Nickles folgendermaßen aus.

„Die Locomotive, welche mir zur Verfügung gestellt worden, war eine Maschine von 28 bis 30 Tonnen mit vier gekuppelten Rädern. Man wollte, daß ich mit diesen vier Rädern den Versuch anstelle; aber dieses Verlangen konnte nicht erfüllt werden, weil die Maschine bei gekuppelten Rädern mehr Adhärenz als Kraft besaß, und daher für die Anwendung des Magnetismus kein Erfolg erzielt werden konnte. Die Räder wurden also entkuppelt, so daß die Maschine nur zwei Triebräder hatte und mit diesen der Versuch gemacht.“

„Die neuen Verhältnisse, in welche ich mich versetzt fand, erregten mir unerwartete Hindernisse; denn die praktische Ausführung führt Beschränkungen mit sich, welche die rein wissenschaftlichen Untersuchungen nicht kennen. Die wesentlichsten Punkte, welche meine ganze Beachtung in Anspruch nahmen, waren die Batterie und besonders die Drahtspulen; diese letztern deßwegen, weil sie einmal gefertigt, nicht mehr geändert werden konnten, während man durch eine verschiedene Combination der Elemente der Batterie im Stande ist, die Spannung derselben dem Widerstand des Leitungsdrahtes entsprechend zu vermehren oder zu vermindern. Es gelang mir, diese Uebereinstimmung zwischen dem Widerstande der Batterie und dem des Leitungsdrahtes zu erreichen, ohne daß beide eine zu große Ausdehnung erhielten.“

„Der Draht hatte 4,5 (Quadrat?) Millimeter im Querschnitt und eine Länge von 1036 Meter; jede Spule erhielt davon die Hälfte und wurde aus 216 Windungen gebildet. Die Batterie bestand aus 64 Bunsen'schen Bechern; jeder Kohlencylinder hatte 0,911, das eingetauchte Zink 0,9148 (Quadrat?) Meter Oberfläche. Diese 64 Elemente waren in 8 Kästen vertheilt, von denen jeder 8 Fächer enthielt und mit Gutta-percha ausgelegt war. Die ganze Batterie war hinter dem Tender aufgestellt, wo sie der Bedienung der Maschine nicht hinderlich war und der von ihr eingenommene Raum im ganzen Zug wenig bemerkbar wurde. Die Leitungsdrähte waren in Röhren von Gutta-percha eingeschlossen und diese selbst noch mit Leder umgeben, das überall, wo die Röhren sich |415| auf Metall stützten, stark gefirnißt war. Die Drahtspulen waren an den Schmierbüchsen mittelst eiserner Rahmen und starken Riemen aufgehängt; die Drahtenden derselben waren an der Maschine befestigt, und dort mit den von der Batterie kommenden Leitungsdrähten in Verbindung gesetzt.“

„Die Natur des mit den Schienen in Berührung stehenden Poles schien mir keinen wesentlichen Einfluß auf die Adhärenz zu haben; wenigstens konnte ich mit den Mitteln, welche mir zu ihrer Messung zu Gebot stunden, keinen Unterschied wahrnehmen, obgleich bei den gewöhnlichen Hufeisenmagneten die entgegengesetzte Polarität der Berührungspunkte wesentlich ist, selbst wenn jeder Pol auf eine besondere Armatur wirkt.“

„Die Ergebnisse der Versuche, welche mit dem eben beschriebenen Apparate angestellt wurden, sind in einem Bericht niedergelegt, welcher von einer durch den Minister der öffentlichen Arbeiten ernannten Commission verfaßt, und an den Minister gerichtet wurde. Die nachfolgenden Zahlenwerthe sind dieser Urkunde entnommen.“

„Die Versuche wurden angestellt auf einer geneigten Ebene, welche für den Meter 10 Millimeter Steigung hat.“

„Die Dimensionen der angewendeten Maschine sind:

Durchmesser der Kolben 0,40 Meter
Hubhöhe 0,60 „
Durchmesser der Triebräder 1,60 „
Heizfläche des Kessels779,6082) Qdrtmet.
„ der Röhren 7,86 „
Gewicht der Maschine mit Wasser und Kohlen 29 Tonnen
Druck der beiden Triebräder auf die Schienen 14 „
Gewicht des ganzen Zuges119 „
Stempel des Kessels 6 Atmosphären.“

„Um die durch das Magnetisiren der Triebräder bewirkte Vergrößerung ihrer Adhärenz zu bestimmen, wurde der Widerstand des Zuges einmal so bemessen, daß die Räder zuerst unmagnetisirt, und hernach unter dem Einflusse des Stroms auf den Schienen ausglitten, ohne den Zug fortzubewegen, und dann auch so, daß die Räder in beiden Fällen den Zug mit geringer Geschwindigkeit fortbewegten, ohne auszugleiten; in allen diesen Fällen wurde die Dampfspannung im Kessel an dem Manometer, welcher Viertel einer Atmosphäre angab, beobachtet, und so die Gränze der Dampfspannung für den Anfang des Ausgleitens bestimmt.“ 83)

|416|

„Nimmt man, sagt der Bericht, den Unterschied der Mittelwerthe 7,57–7,05 Atmosphären (für die Dampfspannungen bei magnetisirtem und nicht magnetisirtem Rade?), und vergleicht denselben mit der effectiven Spannung von 6 Atmosphären, welche den Widerstand am Umfange der Triebräder oder den ihm gleichen Widerstand des Zuges im Augenblick, wo das Ausgleiten der Räder eintrat, vorstellt, so findet man, daß die Magnetisirung derselben eine Vermehrung der Adhärenz um 8,3 Proc. oder 1/12 hervorbrachte, nach meiner Meinung für einen ersten Versuch ein sehr günstiges Ergebniß.“

„Ein weiterer besonders angestellter Versuch zeigte indessen, daß die Magnetisirung des Berührungspunktes der Räder nicht sehr constant blieb, sondern sich wesentlich mit zunehmender Umdrehungs-Geschwindigkeit verminderte, wie aus folgender, dem Bericht entnommenen Tabelle zu ersehen ist.

Geschwindigkeit
in
Umdrehungen
für 1 Minute.
in
Kilometer für
1 Stunde.
Größe des aus der
Magnetisirung entspringenden
Druckes für ein Rad.
Verhältniß dieses Zuwachses
zu dem gewöhnlichen Druck
auf die Schiene.
0 0 639 Kilogr. 12,8 bis 10,6 Proc.
30 9 255 „ 5,1 bis 4,3 „
60 18 165 „ 3,3 bis 2,7 „

„Bei diesen Versuchen ruhten die Räder nicht auf den Schienen, wie gewöhnlich; sie waren vielmehr mittelst ihrer umgekehrten Schmierbüchsen auf einem gezimmerten Rahmen befestigt, und dieser diente ihnen zur Unterlage. Um sie in Bewegung zu setzen, wurden auf ihrer Achse hölzerne Riemenscheiben aufgesteckt, deren Durchmesser im Verhältniß zu dem einer Transmissionswelle so bemessen waren, daß die in der vorstehenden Tabelle bemerkten Geschwindigkeiten erhalten wurden. Die unter jedem Rade befindliche Schiene war an einem Ende um einen Gelenkbolzen drehbar und trug am andern ein Gefäß von Zink, welches dazu bestimmt war, die zum Abreißen der Schienen von dem magnetisirten Rad erforderliche Last, in einer abgemessenen Menge Wasser bestehend, aufzunehmen. Aus der Länge der Schiene, ihrem Gewichte, dem Gewichte des Zinkgefäßes und der eingegossenen Wassermenge konnte durch eine einfache Rechnung die von dem magnetisirten Rade getragene Last, und folglich auch der von dieser Magnetisirung herrührende Druck erhalten werden.“

|417|

„Bei dieser Gelegenheit wurde von der Commission noch ein weiterer Versuch angestellt, welcher Aufschluß gibt über die Abnahme des Magnetismus. Während die Schiene mit ihrem freien Ende auf einem hölzernen Bocke ruhte und 0,017 Met. von dem Radkranz entfernt war, wurde eine kleine Declinations-Boussole in einer Entfernung von 0,75 Met. längs der Schiene hingeführt, um den Ort zu bestimmen, wo ihre Richtung senkrecht würde zur Ebene des Rades. So lange das Rad in Ruhe war, nahm die Nadel nur dann die normale Richtung an, wenn sie sich in der durch die Achse des Rades, also auch durch den Berührungspunkt des Rades und der Schiene gelegten Ebene befand. Wurde dagegen das Rad in Bewegung gesetzt, so mußte man die Nadel weiter zurück aufstellen (in Bezug auf den Sinn der Bewegung des Rades), um die normale Richtung der Nadel gegen die Schiene zu erhalten. Diese Versetzung betrug 0,33 Met. und 0,36 Met. für die Geschwindigkeiten von 9 und 18 Kilometer per Stunde.“

Wir übergehen die Schlüsse, welche Hr. Nickles aus diesem Versuche für die Erklärung der Abnahme der anziehenden Kraft des Rades bei zunehmender Rotationsgeschwindigkeit zieht, da dieselbe eben so unklar und ungenügend ist, wie die Art und Weise, in welcher alle diese Versuche angestellt wurden, bei welchen es die Commission nicht für nöthig gefunden zu haben scheint, Instrumente anzuwenden, durch welche die relative Stärke des angewendeten Stromes unter den verschiedenen Verhältnissen angegeben würde. Hr. Nickles fand durch diese Versuche seine Erwartungen nicht befriedigt und hinreichende Gründe dafür, diese Art der Magnetisirung aufzugeben; die weitere Verfolgung dieses Gegenstandes führte ihn dann auf seine électro-aimants circulaires, welche wir spulenförmige Elektromagnete nennen wollen, weil der Eisenkern darin die Gestalt einer einfachen oder doppelten Spule besitzt. Durch diese glaubt derselbe Alles, was bei der frühern Construction noch zu wünschen übrig blieb, erreichen zu können, und beschreibt sie wie folgt.

„Es sey ein cylindrischer Stab von weichem Eisen in einen elektrodynamischen Schraubendraht eingeschoben, dieser Cylinder wird zwei Pole erhalten, den einen zur Rechten, den andern zur Linken; befestigen wir dann eiserne Scheiben an diesen Polen, so werden auch diese an ihrem Umfang magnetisch werden, gemäß der wohlbekannten, zum erstenmal von Haldat 84) begründeten Erscheinung, daß bei der Magnetisirung des Eisens |418| der Magnetismus besonders an der Oberfläche desselben hervortritt. Wenn man diesem Elekromagnet eine drehende Bewegung um seine Achse ertheilt und durch eine entsprechende Einrichtung dem Schraubendraht den nothwendigen Strom zuführt, so ist kein Grund dafür vorhanden, daß der Magnetismus sich zu äußern aufhören sollte, weil der Strom des Schraubendrahtes nicht zu wirken aufhört.“

„Ich befestige nun diesen Schraubendraht (die Drahtspule) auf der Unterlage, welche die magnetisirte Eisenspule trägt, lasse zwischen beiden einen hinlänglichen Spielraum, um die Reibung zu vermeiden, und erhalte so einen Elektromagneten, welcher sich in der festen Drahtspule drehen und mit seinen beiden Polen gleichzeitig wirken kann. Nimmt man statt einer einfachgewundenen Drahtspule, durch welche der Strom immer nach einer Richtung geht, eine solche welche zur Hälfte rechts- und zur Hälfte links-gewunden ist, so wird der Theil des Elektromagneten, welcher dem Vereinigungspunkt der beiden Schrauben entspricht, ein Folgepunkt werden. Befestigen wir also eine dritte Scheibe auf diesen Punkt, so wird sich der Magnetismus dieses Folgepunktes wieder an die Oberfläche derselben begeben, und man demnach einen Elektromagneten mit drei Polen erhalten, von denen die beiden gleichnamigen sich an den Enden, der entgegengesetzte in der Mitte befindet.“

„Dieß sind in ihrer ganzen Einfachheit die Grundsätze, auf welche diese Apparate gegründet sind, deren Namen: spulenförmige Elektromagnete, sich von selbst rechtfertigt. Ein Blick auf die Figuren 24, 25, 26 und 27 genügt, um sie zu verstehen.“

Fig. 27 ist eine einfache Spule; die beiden Scheiben sind auf einem Kern m befestigt, welchen ich als den eigentlichen Träger des Magnetismus betrachte, und dessen Durchmesser ungefähr ein Drittheil von dem der Scheibe ist. Man begreift, daß wenn die Spule dem Einflusse des Stromes ausgesetzt ist, der Magnetismus darin sich vertheilt wie in einem Cylinder; er begibt sich an die beiden Enden. Wird daher diese so magnetisirte Spule auf eine eiserne Achse aufgesteckt, so nimmt diese Achse selbst Theil an der magnetischen Induction des Stromes und absorbirt als reinen Verlust einen Theil des entwickelten Magnetismus (?). Dieser Verlust kann zum Theil durch die in Fig. 24 getroffene Anordnung eines Folgepunktes vermieden werden. Die mittlere Scheibe L besitzt in diesem Falle die größte magnetische Kraft; ich habe sie deßhalb in der Zeichnung dicker gemacht. Die beiden äußeren Scheiben N und N' sind kaum magnetisch, wenn man sie einzeln untersucht; die ganze Kraft scheint in der mittleren concentrirt. Das Gegentheil findet statt, wenn der Strom in beiden Drahtspulen dieselbe Richtung hat; dann findet sich die größte Kraft |419| in den beiden äußeren Scheiben concentrirt. Wendet man nun einen Schraubendraht an, so verbreitet sich die magnetische Flüssigkeit zugleich auf den drei Scheiben; aber einem Anker gegenüber kann die magnetische Wirkung nur zwischen den beiden äußern Scheiben, oder denen welche die Drahtspulen enthalten, hervortreten.85) Bei diesem Elektromagnet kann man also mittelst eines Commutators die magnetische Kraft auf einer Scheibe concentriren, oder sie auf zwei oder drei (?) vertheilen.“

Nach dieser Beschreibung gibt Hr. Nickles eine Reihe von Versuchen über die Tragkräfte solcher Elektromagnete, unter Anwendung verschiedener Anker, welche er bald mit einer, bald mit zwei, bald mit drei Scheiben in Berührung setzt, woraus indessen nur hervorgeht, daß die anziehende Wirkung die stärkste ist, wenn der Anker die drei Scheiben verbindet, und daß es ziemlich gleichgültig ist, ob der Strom in den Drahtspulen nach einer oder nach entgegengesetzten Richtungen geht. Eine weitere Reihe von Versuchen bezieht sich auf das Verhalten des Elektromagneten gegen einen Anker und gegen mehrere, welche gleichzeitig an verschiedenen Punkten des Umfangs angelegt werden; es scheint daraus hervorzugehen, daß die Summe der Attractionen mit der Zahl der Anker wächst, daß aber gleichzeitig für jeden einzelnen Anker die anziehende Kraft abnimmt. Auch glaubt Hr. Nickles daraus den Schluß ziehen zu müssen, daß für diese anziehende Wirkung nicht nur die auf dem Umfang der Scheiben verbreitete magnetische Flüssigkeit thätig sey, sondern daß die ganze Masse des Elektromagneten daran Theil nehme.

Eine dritte Reihe von Versuchen betrifft die Gleichmäßigkeit der anziehenden Wirkung der spulenförmigen Elektromagnete, wenn sie in drehende Bewegung versetzt werden. So unvollkommen der dazu angewendete Apparat und so wenig genügend diese Versuche vom wissenschaftlichen Standpunkte aus betrachtet waren, so wird man gerne dem von Hrn. Nickles daraus gezogenen Schlusse beistimmen, daß bei diesen Elektromagneten die Größe der Umdrehungsgeschwindigkeit nur einen sehr geringen Einfluß auf die Attraction derselben ausübe. Derselbe meint zwar, die Theorie fordere eine Verminderung derselben bei zunehmender Geschwindigkeit, „weil, unabhängig von dem Magnetismus des Berührungspunktes, das Fluidum, welches zur Adhärenz mitwirkt, sich in der ganzen Ausdehnung des Elektromagneten |420| erneuert und jedes Eisentheilchen des Elektromagneten seinen Antheil an anziehender Kraft liefert“; wie dem aber auch seyn möge, so könne die Abnahme der anziehenden Kraft bei den gewöhnlichen Geschwindigkeiten der Locomotiven nur wenig betragen, da sie bei einer Geschwindigkeit von 2000 Umdrehungen in der Minute86) nicht wahrnehmbar gewesen sey.

Ob sich übrigens diese Art der Magnetisirung bei den Rädern einer Locomotive mit mehr Vortheil als die frühere anwenden lasse, darf füglich bezweifelt werden, besonders wenn man die Kosten derselben in Rechnung bringt, über die Hr. Nickles ein gänzliches Stillschweigen beobachtet. Es unterliegt jedoch keinem Zweifel, daß diese spulenförmigen Elektromagnete in solchen Fällen gute Dienste leisten können, wo kreisförmige Bewegungen mit vergrößerter oder verkleinerter Geschwindigkeit ohne Stoß, also ohne Anwendung von Verzahnungen, fortgepflanzt werden sollen, und die bei diesen Bewegungen zu leistende Arbeit nicht so groß ist, daß sehr große Drahtspulen und Batterien angewendet werden müßten.

G. D.

|415|

Oder vielmehr 7,796 Quadratmeter?D.

|415|

Dieß dürfte wenigstens in der Hauptsache der Sinn der hieher bezüglichen sehr unklaren Stelle des Originals seyn.

D.

|417|

Mémoires de l'Académie de Nancy, 1828.

|419|

Welcher Unterschied hier stattfinden soll zwischen zwei Drahtspulen, in denen der Strom nach einer Richtung geht, und einer einzigen Drahtspule, welche doch auch durch die mittlere Scheibe in zwei getrennt wird, ist nicht wohl einzusehen.

D.

|420|

Diese Geschwindigkeit bezieht sich auf den cylindrischen Anker A., Fig. 24, welcher 0,051 Met. Durchmesser, also 0,16 Umfang hatte, und entspricht daher einer Umfangsgeschwindigkeit von 320 Meter für die Minute.

D.

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