Titel: Gramme's magnet-elektrische Maschine.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1873, Band 209, Nr. LIX. (S. 355–361)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj209/ar209059

LIX. Gramme's magnet-elektrische Maschine.

Aus der Chronique de l'industrie, August 1873, S. 223.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Wir haben zwar die Gramme'sche Maschine bereits bei mehreren Gelegenheiten besprochen; das ganz besondere Interesse jedoch, welches sich an diese Erfindung knüpft, veranlaßt uns auf den Gegenstand zurückzukommen, indem wir folgenden von Hrn. Niaudet-Bréguet verfaßten Artikel mittheilen.

I. Beschreibung der Maschine.

Die Aufgabe, welche sich Hr. Gramme gestellt hat, besteht darin, mechanische Arbeit durch Vermittelung des Magnetismus in Elektricität zu verwandeln. Pixii ist der Erste gewesen, welcher dieses Problem durch die Construction einer Maschine gelöst hat, die unter Clarke's Namen bekannt ist und durch Wilde, Siemens, Wheatstone und Ladd eine Reihe von Verbesserungen erfahren hat. Alle diese auf das nämliche Princip gegründeten Apparate erzeugen Ströme, welche abwechselnd in entgegengesetzter Richtung thätig sind, so daß man für mancherlei Gebrauch genöthigt ist, die Maschine mit einem Commutator zu versehen. Dieses letztere Organ nutzt sich jedoch in Folge der unvermeidlichen Funken, welche außerdem die Ursache eines beträchtlichen Verlustes an erzeugter Elektricität sind, rasch ab. Viele Physiker haben daher ein Mittel, continuirliche Inductionsströme zu erzeugen, ausfindig zu machen gesucht, ein Problem welches noch jetzt an der Tagesordnung ist; aber Gramme ist es, der eine eminent praktische Lösung gefunden hat, welche auf einem äußerst glücklichen Gedanken beruht. Sein Apparat besteht aus einem Elktromagnet von eigenthümlicher Gestalt, welcher zwischen den Polen eines Stahlmagnetes (oder auch Elektromagnetes) beweglich angeordnet ist. Dieser bewegliche Elektromagnet hat das Aussehen eines um seinen Mittelpunkt rotirenden Ringes. Er ist so zu sagen ein Elektromagnet ohne Ende; denn sein Kern ist ein zusammenhängender eiserner Ring, und eben so bildet der um ihn gewickelte Draht ein zusammenhängendes Ganze. Man kann sich vorstellen, als ob er aus einem geraden Elektromagneten entstanden sey, welchen man in Kreisform umgebogen und an den Enden zusammengeschweißt hat. Eisen gegen Eisen und Draht gegen Draht. Gewisse gerade Elektromagnete |356| (insbesondere diejenigen der Inductionsspulen) bestehen bekanntlich aus einer Reihe hintereinander d.h. in Spannung angeordneter Spulen; und in dieser Weise ist der Draht auch auf dem Gramme'schen Ringe vertheilt.

Um das Spiel der Maschine zu verstehen, muß man sich den einfachsten Fundamentalversuch über Induction vergegenwärtigen und näher analysiren.

Denken wir uns einen 1 Meter langen Magnetstab A, B und eine Drahtspirale. Nähert man nun die Spirale dem Stab, so entsteht in ihr ein Inductionsstrom, und dieses ist im großen Ganzen die Erscheinung, welche wir nun näher untersuchen wollen. Schiebt man den Stab in einer Reihe successiver Bewegungen von gleicher Ausdehnung (z.B. von 5 Centimeter) in die Spirale hinein, so bemerkt man, daß jeder dieser Bewegungen ein Inductionsstrom entspricht, und daß diese Ströme bis zu dem Momente wo die Spirale an die Indifferenzzone des Magnetes gelangt, in gleicher Richtung erfolgen, aber in entgegengesetzter Richtung, wenn die Bewegung in unveränderter Richtung jenseits der Indifferenzzone fortgesetzt wird. Während der ganzen Bewegung des Magnetes durch die Spirale oder, was dasselbe ist, der Spirale über den Magnet hinweg, unterscheidet man also zwei getrennte Perioden: in der ersten Hälfte der Bewegung erfolgen die Ströme nach der einen, in der zweiten Hälfte nach der entgegengesetzten Richtung. Was geht nun in der Gramme'schen Maschine vor sich? Der eiserne Ring wird unter dem Einflusse des Magnetes selbst magnetisch und sein Magnetismus vertheilt sich auf folgende Weise. In B und A, Fig. 10, entstehen Pole, während die beiden Mitten M und M¹ neutral oder indifferent sind. Diese Vertheilung des Magnetismus ändert sich während der Bewegung des Ringes nicht, oder sie ändert sich wenigstens im Raume nicht, und zwar gerade deßhalb, weil sie sich augenblicklich im Eisen ändert, welchem keine Coercitivkraft zukommt. Somit geht Alles vor sich, wie wenn das Eisen unbeweglich wäre und die Drahtspiralen über einen Magnetstab hinwegglitten. Von diesem Gesichtspunkte aus betrachtet ist es einleuchtend, daß in jeder der Spulen des Gramme'schen Ringes, für sich allein betrachtet, ein Strom entsteht, welcher von dem Pol A an seine Richtung bis zur Indifferenzzone M beibehält, von da bis zum Pol B die entgegengesetzte Richtung annimmt, diese Richtung von B bis zur Indifferenzzone M¹ beibehält und von M¹ bis zum Pol A wieder die ursprüngliche Richtung annimmt. Mit anderen Worten, der in einer Spule entstehende Strom bleibt von einer Indifferenzzone bis zur anderen der nämliche; |357| hat er oberhalb der Verbindungslinie beider Zonen die eine Richtung, so hat er unterhalb derselben die entgegengesetzte Richtung.

Von nun an sehen wir, daß die 15 Spulen, welche in einem gegebenen Momente in dem oberen Halbkreis sich befinden, alle mit einander von positiven Strömen durchlaufen werden, welche sich in ihrer Spannung unterstützen, und daß ebenso die 15 in der unteren Hälfte befindlichen Spulen der Sitz von entgegengesetzten gleichfalls in ihrer Spannung sich unterstützenden Strömen sind. Somit hält der untere Totalstrom dem oberen genau das Gleichgewicht, und das Ganze läßt sich mit zwei Volta'schen Säulen von je 15 Elementen vergleichen, die in verkehrter Ordnung mit einander verbunden sind. Will man von einem solchen System nützlichen Gebrauch machen, so muß man die beiden Pole der einen Säule mit den ungleichnamigen Polen der anderen verbinden; alsdann sind die Ströme der beiden Säulen nicht mehr einander entgegengesetzt, sondern quantitativ mit einander verbunden. In analoger Weise müssen die in dem Gramme'schen Ringe entwickelten Ströme gesammelt werden. Die auf der Linie der Indifferenzzonen anzuordnenden Sammler bestehen aus metallischen Pinseln oder Besen, welche mit einem System radialer Metallstücke R, Fig. 13, in reibender Berührung sind. Letztere stehen mit den Verbindungsstellen der Spulen in metallischer Verbindung.

Da diese Anordnung ganz neu ist, so wollen wir uns des näheren Verständnisses wegen bei derselben einen Augenblick aufhalten. Fig. 10 zeigt die verschiedenen Spulen oder Elemente des Ringes und die gegen einander isolirten radialen Leiter R, deren jeder an den Ausgang der einen Spule und an den Eingang der benachbarten Spule befestigt ist. Man sieht daher, daß die Ströme in den Theilen R gesammelt werden, ganz so wie dieses an der Löthstelle zwischen der einen und der anderen Spule der Fall seyn würde. Fig. 11 zeigt die radialen Leiter R von der anderen Seite. Fig. 12 stellt den Ring im senkrechten Querschnitte dar. Aus dieser Figur ist ersichtlich, wie die Leiter R rechtwinkelig umgebogen sind, wie ihr zweiter zur Achse paralleler Theil in dem Inneren des Ringes eingebettet ist und aus demselben hervorragt. Figur 13 endlich, welche die Maschine von vorn in perspectivischer Ansicht darstellt, zeigt die in Form eines Cylinders von kleinem Durchmesser einander nahe gerückten, jedoch immer von einander isolirten Theile R, und eben so sieht man die auf ihnen gleitenden Pinsel in ihrer zu der Verbindungslinie der Indifferenzzonen M, M¹ senkrechten Stellung.

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II. Eigenschaften der Maschine.

Aus vorstehender Beschreibung geht hervor, daß die Richtung des von der Maschine gelieferten Stromes mit der Rotationsrichtung sich ändert, und daß die Intensität desselben mit der Rotationsgeschwindigkeit zunimmt. Auch die Continuität des Stromes ergibt sich aus dem Vorhergehenden; denn die Bewegung, welche Elektricität erzeugt, ist continuirlich und die Kette nie unterbrochen. Die Pinsel beginnen nämlich den einen der radialen Leiter zu berühren, bevor sie den vorhergehenden verlassen haben, und ihrer Biegsamkeit ist es zuzuschreiben, daß sie immer mit mehreren ihrer Metallborsten, wenn nicht mit ihrer ganzen Breite, zur Berührung gelangen.

Gramme's Maschine liefert also, gleich der Volta'schen Säule, ununterbrochene Ströme, und zwar constante Ströme, wenn ihre Bewegung gleichförmig ist, dagegen Ströme von einer innerhalb ziemlich weiter Grenzen veränderlichen Intensität, wenn die Geschwindigkeit sich ändert. Es ist leicht, diese Maschine dadurch, daß man den Ring mit feinem oder mit grobem Draht umwickelt, so zu modificiren, daß sie Wirkungen der Spannung oder der Quantität hervorbringt. Der Widerstand der Quelle läßt sich durch die Construction nach Belieben ändern, und diesen verschiedenen Widerständen entsprechen verschiedene Spannungen der durch die Maschine gelieferten Elektricität. Die Theorie scheint anzudeuten, daß für einen und denselben Aufwand an mechanischer Kraft die Spannung sich in umgekehrtem Verhältnisse der Quadratwurzel des Widerstandes ändert.

Durch die in jüngster Zeit von Jamin gemachte Entdeckung eines neuen Verfahrens, Magnete von außerordentlicher Kraft und zu einem verhältnißmäßig billigen Preis herzustellen, wird folgende wichtige Frage angeregt: wäre es bei Gramme's Maschine wirklich vortheilhaft Elektromagnete an die Stelle der Stahlmagnete zusetzen? Nehmen wir den Fall, wir könnten über einen Stahlmagnet verfügen, dessen magnetische Kraft derjenigen des ihm zu substituirenden Elektromagneten gleichkommt, so ist der Vortheil des ersteren dem letzteren gegenüber augenscheinlich; denn der Elektromagnet behält seine magnetische Eigenschaft nur so lange, als er durch einen elektrischen Strom erregt wird, womit selbstverständlich ein gewisser Kostenaufwand verbunden ist, während der Stahlmagnet den einmal empfangenen Magnetismus unverändert beibehält. Also vom Gesichtspunkte einer ökonomischen Erzeugung der Elektricität ist es klar, daß eine Maschine mit Stahlmagnet weit weniger Unkosten verursacht, als eine solche mit Elektromagnet. Außerdem besteht ein Elektromagnet |359| aus sehr weichem Eisen, welches mit sorgfältig isolirtem, mit Baumwolle übersponnenem Kupferdraht umwickelt ist, weßhalb sich sein Preis nicht so billig stellen kann, als der eines nach der Jamin'schen Methode construirten Stahlmagnetes. Mit einem Worte, die Herstellung einer magnet-elektrischen Maschine mit Stahlmagnet ist nicht so kostspielig, als die einer Maschine mit Elektromagnet, und die Erzeugung der Elektricität kommt mit der ersteren billiger, als mit der letzteren.

III. Anwendungen der Maschine.

Die Einführung der Gramme'schen Maschine in die Praxis ist mit keinen Schwierigkeiten verbunden. Die Ateliers des Hrn. Christofle bedienen sich bereits seit 6 Monaten einer großen durch Dampfkraft in Bewegung gesetzten Maschine von geringem Widerstande und sehr schwacher, nur zwei Bunsen'schen Elementen entsprechender Spannung.107) In quantitativer Hinsicht jedoch ist ihre Leistung sehr bedeutend, nämlich gleich derjenigen von 32 gewöhnlichen Bunsen'schen Elementen. Andere Maschinen sind für das nämliche Haus in Bau begriffen, und der Tag ist nicht mehr fern, wo die ganze Galvanoplastik, die ganze Vergoldungs- und Versilberungsindustrie mit Dampfkraft vor sich gehen wird. Anstatt Zink in den Säuren, wird man Kohle in der Luft verbrennen. Die durch diese Aenderung des Verfahrens erzielte Ersparniß beläuft sich auf 80 Procent.

Die erste für Beleuchtungszwecke construirte Maschine, zu deren Betrieb 4 Pferdekräfte erforderlich waren, lieferte das intensivste künstliche Licht, welches je erzeugt worden ist, indem die photometrisch gemessene Lichtstärke zu 900 Carcel-Brennern sich herausstellte.108) An Bord von Schiffen werden einfach und solid construirte Maschinen von verhältnißmäßig geringerer Leuchtkraft, deren Betrieb eine weit geringere Kraft, als die oben erwähnte beansprucht, eine vortheilhafte Anwendung finden. Die zahlreichen Zusammenstöße, welche man im verflossenen Winter im Canal und im irländischen Meer zu beklagen hatte, verleihen diesem wichtigen Zweige der Anwendung ein ganz besonderes Interesse.

Für größere industrielle Zwecke waren seither Maschinen mit Elektromagneten eingeführt. Aber auch die kleinen Maschinen mit Stahlmagnet haben zahlreiche Anwendung gefunden. Nach den Erfahrungen der Aerzte ist die Gramme'sche Maschine für alle Fälle, in denen sie Elektricität anwenden, ausreichend. Sie gestattet das Brennen mit Hülfe eines glühenden Platindrahtes und dient als Mittel zur elektrochemischen Zersetzung |360| der Zellgewebe bei der Erweichung gewisser Geschwülste. Sie liefert einen ununterbrochenen Strom und kann durch den Patienten selbst in Bewegung gesetzt werden; sie gibt beim jedesmaligen Oeffnen der Kette heftige Erschütterungen, und kann, in die medicinische Praxis eingeführt, den Volta'schen Inductionsapparat ersetzen. Der bei Unterbrechung des Stromkreises der Gramme'schen Maschine auftretende Extrastrom ist in der That von verhältnißmäßig starker Spannung, weil als Quelle desselben ein Draht fungirt, welcher in vielen Windungen um einen Kern aus weichem Eisen gewickelt ist.

Man construirt von jetzt an mittelgroße Maschinen, welche mit der Hand in Bewegung gesetzt werden und sich zur Anstellung der meisten Vorlesungsversuche auf dem Gebiete des Galvanismus und Elektromagnetismus eignen. Diese Apparate erweisen sich für alle Versuche, welche nicht von langer Dauer sind, in physikalischen sowie chemischen Laboratorien gleich nützlich; sie ersparen die mit der Zusammenstellung einer Bunsen'schen Batterie verknüpften Umständlichkeiten, welche man, besonders wenn es sich um einen Versuch von kaum minutenlanger Dauer handelt, gern vermeidet.

Die Anwendung der Gramme'schen Maschine gewährt, da die Consumtion an Säuren und Zink hinwegfällt, eine nicht unbedeutende Ersparniß, derjenigen an Zeit und Gehülfen nicht zu gedenken. Für eine Menge Untersuchungen ist es außerdem interessant, genau zu wissen, welches die Kraft des Stromes in dem Momente ist, wo er eine bestimmte Erscheinung hervorbringt. Mit dem in Rede stehenden Apparate genügt es zu diesem Zweck, die Geschwindigkeit in einem bestimmten Augenblicke genau zu messen, was leicht mit Hülfe einer Stimmgabel geschieht, deren Vibrationen auf einer an der Bewegung des Ringes theilnehmenden Platte graphisch sich darstellen.

Ein telegraphischer Apparat für militärische Zwecke, welcher auf der Gramme'schen Maschine beruht, ist bis jetzt noch nicht zur Ausführung gekommen. Aber bei den mit dem Transporte der Volta'schen Batterien verbundenen Unannehmlichkeiten liegt der Gedanke nahe, daß die Armeen sich künftig behufs der Erzeugung elektrischer Ströme vorzugsweise der Gramme'schen Maschine, welche der Telegraphist mit dem Fuße, mittelst Federkraft oder durch Gewichte in Bewegung setzen kann, bedienen werden.

IV. Umkehrung der Function der Maschine.

Wir machen schließlich noch auf einen interessanten Gesichtspunkt aufmerksam, welcher sich an die Betrachtung der Gramme'schen Maschine |361| knüpft. Man hat sich schon vielfach mit der Lösung zweier Probleme beschäftigt, welche ohne Zweifel beide ein lebhaftes Interesse darbieten:

1) Elektricität in mechanische Arbeit umzuwandeln, d.h. elektrische Motoren zu construiren;

2) mechanische Arbeit in Elektricität umzuwandeln, d.h. Elektrisirmaschinen zu construiren.

Im Grunde kann man nicht das eine dieser Probleme lösen, ohne zugleich das andere mitzulösen. Alle jene niedlichen elektro-magnetischen Maschinen von Wheatstone, Froment und anderen Physikern, welche im Hinblick auf die Erzeugung einer Kraft construirt worden sind, lassen sich umkehren und in magnet-elektrische Maschinen verwandeln; man braucht sie nur im Sinne ihrer gewöhnlichen Bewegung sich drehen zu lassen, um elektrische Ströme zu entwickeln, deren Richtung den Strömen, welche die Bewegung erzeugten, entgegengesetzt ist. Andererseits können die Elektrisirmaschinen, die Holtz'sche Maschine, die Maschine von Pixii (unter allen ihren Formen: Clarke, Wilde, Siemens, Ladd) Bewegungsmaschinen werden; behufs ihrer Umdrehung genügt es, sie einer Elektricitätsquelle auszusetzen, deren Richtung derjenigen Elektricität, welche durch die Maschine entwickelt wurde, entgegengesetzt ist.

Bei Erfindung der Gramme'schen Maschine war die Erzeugung von Elektricität der leitende Gesichtspunkt. Gramme's Maschine ist es, welche die befriedigendste Lösung dieses Problemes, sowohl in theoretischer als praktischer Hinsicht, in sich schließt, und man darf wohl sagen, daß sie unter allen bekannten elektrischen Motoren der beste ist, d.h. daß sie sich besser rentirt, als alle ihre Vorgängerinnen.

Um jene Umkehrbarkeit der Functionen des Gramme'schen Apparates deutlich vor Augen zu führen, braucht man nur zwei derselben in einen und denselben Stromkreis einzuschalten. Setzt man den einen mit der Hand in Umdrehung, so beginnt augenblicklich der andere unter dem Einflusse des durch den ersten entwickelten elektrischen Stromes in umgekehrter Richtung zu rotiren.109)

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Man s. polytechn. Journal Bd. CCVIII S. 263 (zweites Maiheft 1873.)

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Man s. polytechn. Journal Bd. CCVIII S. 166 (erstes Maiheft 1873.)

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Für den Bezug magnet-elektrischer Maschinen nach Gramme's System ertheilt jede gewünschte nähere Auskunft Hr. Hippolyte Fontaine (52, rue Saint-Georges) in Paris.

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