Titel: Doubrava's Studien über unmittelbar regulirende Bogenlampen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1888, Band 270 (S. 23–30)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj270/ar270007

Doubrava's Studien über unmittelbar regulirende Bogenlampen.

Mit Abbildungen.

Im Maihefte der Zeitschrift für Elektrotechnik, 1888 * S. 225, hat Dr. St. Doubrava in Brunn seine „Studien über direkt wirkende Bogenlampen“ veröffentlicht. Nachdem er erwähnt hat, daſs durch ein gewöhnliches Uhrwerk den Kohlenstiften eine gleichmäſsige Bewegung zu ertheilen unzulässig ist, weil sich nicht nur verschiedene Kohlenstifte, sondern auch ein und derselbe Stift an verschiedenen Stellen verschieden abnutzt1), theilt er die Bogenlampen bezüglich der Regulirung des Lichtbogens in drei Klassen. In den Lampen der ersten Klasse (z.B. der Brush-Lampe) halten sich Schwere und eine elektromagnetische Wirkung das Gleichgewicht, also eine unveränderliche und eine von Lage zu Lage sich ändernde Kraft, und auſserdem wird eine unberechenbare |24| Reibungskuppelung mitbenutzt; daher ist es sehr schwer, ein gleichmäſsiges, ruhiges Licht auf Dauer zu erzeugen.

Bei den Lampen der zweiten Gruppe (z.B. denen von Siemens und von Gramme) wird ein Triebwerk durch das Gewicht des einen oder beider Kohlenhalter getrieben und durch elektromagnetische Wirkung ausgelöst oder angehalten; das gezahnte Räderwerk kann nur durch gröſste Sorgfalt in regelmäſsigem Gange erhalten werden.

Die dritte Gruppe, der nur wenige Lampen, darunter die Schuckert-Lampe (System Piette-Krizik, in England als Pilsen-Lampe bekannt; vgl. 1884 251 * 68), angehören, besitzt eine unmittelbare elektromagnetische Regulirung. Tauchen bei einer solchen Lampe zwei durch eine über eine Rolle gelegte Schnur verbundene Eisenstäbe in zwei Solenoide ein, von denen das im Hauptstrome liegende n Windungen, das im Nebenstrome liegende N Windungen besitzt, und soll die Lampe auf die Stromstärke J regulirt werden, die Klemmenspannung des Lichtbogens = V sein, und hat der Widerstand des Nebenschlusses die Gröſse R, so muſs für jede Lage kn J = KVN : R sein, damit bei normalem Lichtbogen in jeder Lage die Anziehung der beiden Solenoide auf ihre kegelförmigen Kerne gleich groſs sei; K und k sind von der Lage des Kernes zum Solenoide abhängige Gröſsen.

Ist ferner G das zur Ueberwindung der Reibung in der Lampe bei vollkommen gleich schwer gemachten Kohlenhaltern nöthige Gewicht und soll die Lampe eine Spannungsänderung V : m auszureguliren vermögen, so muſs G = 2g : m sein, weil die bei V Volt vorhandene in der Lampe vorkommende geringste Anziehung g des Nebenschluſs-Solenoides auf seinen Eisenkern bei einer Spannung von V : m nur g : m beträgt, sich aber bei Vergröſserung der Nebenschluſs-Solenoid-Anziehung die Anziehung des Hauptschluſs-Solenoides um denselben Betrag verkleinert. Nun ist aber g proportional der Ampère-Umwindungszahl, daher das Minimum der Anziehung g = KVN : R und G = 2 KVN : mR, also N = GmR : 2KV, wodurch die Wickelung der Solenoide bestimmt ist.

Während sonach die Lampen mit unmittelbarer Regulirung allein voraus berechnet und bestimmt werden können, wogegen man bei den Lampen der beiden anderen Gruppen dem Zufalle preisgegeben ist, hat Doubrava sich überzeugt, daſs die Regulirung bei der Schuckert-Lampe noch nicht einfach genug ist; denn es ist schwer, die Anziehungscurven durch Zufeilen der Kerne so zu gestalten, daſs die Anziehungen in jeder Lage relativ gleich sind2), und die Anziehungscurve sinkt gegen die Endlagen der Kohlenhalter stark herab, in diesen Lagen ist also die Lampe bedeutend weniger empfindlich, als in der Mittellage. Da ferner die richtige Regulirung von dem richtigen Zusammenfallen der beiden Anziehungscurven |25| abhängig ist, so stört bereits ein kleines Verschieben der beiden Kerne, z.B. durch Dehnung der stark belasteten Verbindungsschnur, die richtige Regulirung beträchtlich.

Daher hat Doubrava sich bemüht, eine von diesen Mängeln freie Lampe zu bauen, bei der die Regulirung von der magnetischen Anziehungscurve unabhängig wäre.

Fig. 1., Bd. 270, S. 25
Zuerst war ein elektromagnetisches System ausfindig zu machen, das bei gleichbleibender Stromstärke auf ziemlich lange Strecken Kraft genug besitzt, einen Mechanismus zu bewegen. Zuerst wurde ein Galvanometersystem angewendet; die auf diesem Systeme beruhende, in Fig. 1 dargestellte Lampe besteht aus vier Solenoiden A und zwei Elektromagneten E, die zusammen ein astatisches Nadelpaar bilden; das Ganze stellt ein gewöhnliches Galvanoskop vor. Die Elektromagnete drehen sich um eine Achse O, worauf einer der beiden Kohlenhalter unmittelbar befestigt ist. Der andere Kohlenhalter ist um eine selbständige Achse beweglich und mit der Achse der Elektromagnete durch eine Schnur verbunden. Bewegen sich die Elektromagnete nach einer Richtung, so gehen die Kohlenhalter von einander, bewegen sich erstere in entgegengesetzter Richtung, so fallen die Kohlenhalter zusammen. Die Kohlen waren bei dieser Lampe kreisförmig gebogen, über dem Lichtbogen war eine Marmorplatte befestigt, auf welche der Lichtbogen durch einen Elektromagnet angezogen wurde. Diese Bogenlampe bildet vorläufig noch einen Gegenstand weiterer Studien, da Doubrava den Regulirmechanismus durch einen im Folgenden beschriebenen |26| Elektromagnetring ersetzt hat, und die Lampe als Ersatz für Glühlicht verwenden will.

Das Reguliren der oben beschriebenen Lampe geschah auf folgende Weise: Einer der beiden Elektromagnete ist mit dicken., der andere mit dünnen Windungen versehen; die Solenoide haben dünne und dicke Windungen, die nach Art der Differentialgalvanometer in entgegengesetzter Richtung gewickelt sind. Die dünnen Wickelungen sind im Nebenschlusse, die dicken im Hauptschlusse. Das ganze System ist ausgeglichen, so daſs die Kohlenhalter, falls die Lampe stromlos ist, in jeder Lage im Gleichgewichte bleiben. Die dünnen Windungen der Solenoide wirken auf die Elektromagnete so, daſs die Kohlenhalter einander genähert werden, während sie die dicken Windungen der Solenoide von einander entfernen. Beim normalen Lichtbogen ist das magnetische Feld der dünnen und dicken Wickelung der Solenoide gleich groſs aber von entgegengesetztem Zeichen 5 sie sind also wirkungslos. Die Lampe regulirt also auf ein bestimmtes Widerstandsverhältniſs im Haupt- und Nebenschlusse; die Wickelung der Solenoide wird nach der bereits bei der Schuckert (Piette-Krizik, Pilsen)-Lampe erwähnten Formel berechnet. Man sieht bereits, daſs das Reguliren dieser Lampe von dem Verlaufe der Anziehungscurve gänzlich unabhängig ist; es wird nur verlangt, daſs das System innerhalb der Regulirungsgrenze, bei auftretenden Widerstandsänderungen so viel Kraft erzeugt, als zum Ueberwinden der Reibung nöthig ist.

Umstände veranlaſsten, daſs die Lampe hauptsächlich in Parallelschaltung geprüft wurde, und da man bei dieser Schaltung bekanntermaſsen immer einen Widerstand vorschaltet, so wurde dieser Widerstand zum Reguliren der Lampe mitverwendet. Es wurden zu diesem Zwecke die Solenoide, sowie die Elektromagnete bloſs mit dünnen Windungen versehen und der Rheostat, der Lichtbogen und die dünne Wickelung der Solenoide und Elektromagnete zu einer Wheatstone'schen Brücke verbunden, wie es Fig. 2 zeigt; dabei sind R1 und R2 Widerstände, gebildet durch die dünne Wickelung der Elektromagnete, R3 ist der vorgeschaltete Rheostat, L der Widerstand des Lichtbogens. Die Wickelung der Solenoide ist in dem Brückendrahte S geschaltet.

Fig. 2., Bd. 270, S. 26
Ist die Gleichung: L : R3 = R2 : R1 erfüllt, so ist der Brückendraht S stromlos, also auch wirkungslos; in diesem Falle bleiben also die Kohlenhalter im Gleichgewichte. Ist diese Gleichung gestört, so wird der Brückendraht von einem Strome in einer oder der entgegengesetzten |27| Richtung durchflössen, durch welchen die Kohlenstifte entweder von einander entfernt oder einander genähert werden. Diese Verbindung hat besonders bei Einzelparallelschaltung groſse Vorzüge gegenüber den gewöhnlichen Verbindungsweisen. Wird die Klemmenspannung der Zuleitung unverändert erhalten, so darf man bei den gewöhnlichen Lampen den vorgeschalteten Widerstand nicht ändern, ohne daſs dadurch zugleich die Spannung des Lichtbogens sich ändert, d.h. jede Lampe kann nur für eine bestimmte Stromstärke adjustirt werden.

Bei der oben erwähnten Verbindung regulirt die Lampe auf ein bestimmtes Spannungsverhältniſs, das durch das Verhältniſs R2 : R1 gegeben ist; ändert man also den Widerstand R3, so ändert sich die Spannung des Lichtbogens nicht, sondern bloſs die Stromstärke (folglich die Lichtstärke); Doubrava lieſs bei seiner Lampe den Strom sich von 2 bis 35 Ampère ändern, ohne daſs er eine merkliche Aenderung der Lichtbogenspannung beobachtet hätte.

Die kreisförmige Bewegung des Regulirungssystemes läſst sich leicht in eine geradlinige umwandeln, also die Lampe für geradlinige Kohlenstifte umwandeln.

Fig. 3., Bd. 270, S. 27
Fig. 4., Bd. 270, S. 27
Fig. 5., Bd. 270, S. 27
Es ist hier zwar die Kraft bei richtig gewählten Abmessungen der Elektromagnete und Solenoide und, wenn erstere sich in der Höhlung der letzteren befinden, groſs genug, die Reibung der Lampe zu überwinden, da aber das Drehungsmoment gegen die Achse der Solenoide rasch abnimmt, so hört die Lampe bald auf, auf die für die Praxis nöthige Spannungsdifferenz zu reguliren. Man könnte diesem Uebelstande durch Vergröſserung der Magnete und Solenoide abhelfen, aber die Lampe würde bedeutende Abmessungen annehmen. Doubrava suchte also ein solches elektromagnetisches System, das bei unverändert bleibender Ampère-Umwindungszahl auf genügend lange Strecken nicht zu groſse Unterschiede in der Anziehungscurve aufweist, und kam durch |28| seine zahlreichen Versuche zu der Ueberzeugung, daſs bloſse Verbindungen von Elektromagneten zum Reguliren einer unmittelbar regulirenden Bogenlampe durchaus unbrauchbar sind; es blieben also die Verbindungen von Elektromagneten und Solenoiden zu untersuchen.

Fig. 6., Bd. 270, S. 28
Das auch einer groſsen Reihe von Versuchen abgeleitete, jetzt von Doubraxa angewendete und allen bereits erwähnten Anforderungen entsprechende System besteht aus Elektromagneten, die einen geschlossenen Ring oder überhaupt eine geschlossene Figur bilden.

In Fig. 3 und 4 sind zwei solche Systeme dargestellt; das eine besteht aus einem eisernen Ringe, das andere aus einem Parallelogramm. Beide sind an zwei entgegengesetzten Punkten mit fixen Elektromagneten A und B, die einander gleichnamige Pole zukehren, versehen. Zwischen den Elektromagneten bewegen sich zwei Solenoide, die ebenfalls einander gleiche Pole zukehren und unter einander entweder mit einem um die Achse O beweglichen Hebel oder durch eine über eine Rolle laufende Schnur verbunden sind. Die fixen Magnete bilden ein magnetisches Feld, wie es etwa in Fig. 5 dargestellt ist. Setzt man in die Strecke ab oder cd ein Solenoid, so bewegt sich dasselbe je nach der Richtung des Stromes in einer oder der entgegengesetzten Richtung. Die Wirkung des Parallelogrammes ist dieselbe. Es sei z.B. bei a ein Süd-, bei b ebenfalls ein Südpol, das Solenoid befindet sich mit einem Ende am Punkte a und erhält z.B. durch den ihn durchflieſsenden Strom an dem an a anstoſsenden Ende ebenfalls einen Südpol. Das Solenoid wird sich bei einer solchen Verbindung von a gegen b bewegen, in jeder Lage wird es von dem magnetischen Felde durch eine gewisse Kraft getrieben. Trägt man die Entfernungen der beiden Südpole, ausgedrückt in Centimetern, auf die Abscissenachse auf, die wirkenden Kräfte ausgedrückt |29| in Gramm auf die Ordinatenachse, so erhält man eine Curve, die den Verlauf der wirkenden Kraft des magnetischen Feldes auf das Solenoid darstellt. Aus derselben sieht man, daſs zwar die Kraft längs des Weges ab oder cd sich ändert, daſs jedoch die Aenderungen nicht groſs sind. Man berechnet also die Wickelung so, daſs bei N Ampère-Umwindungen die minimale Zugkraft des magnetischen Feldes genügt, die Reibung der Lampe zu überwinden.

Nach dem Parallelogramme hat Doubrava vorläufig eine Lampe mit geraden Kohlenstiften für Hintereinander- und Parallelschaltung construirt. Die Lampe für Hintereinanderschaltung ist mit einer Difterentialwickelung, die einzelne Parallelschaltungslampe mit Whealstone'scher Drahtverbindung versehen. Die Lampe besteht aus zwei oberen und zwei unteren Elektromagneten (Fig. 6), die unter einander durch Eisenstangen verbunden sind. An den Stangen gleiten vier Solenoide, von denen je zwei unter einander fix verbunden sind und je einen Kohlenhalter tragen. Die beiden Solenoidpaare sind durch eine über die Rolle H laufende Schnur verbunden. Die Bewickelung und die Schaltung einzelner Theile sind aus Fig. 7 ersichtlich. Durch die Klemmen A und B tritt der Strom in die Lampe ein und aus. Von den Klemmen der Lampe geht ein Theil des Stromes durch die Wickelung E der Elektromagneten diese Wickelung besitzt einen Widerstand von 350 bis 400 Ohm. Durch zwei Kabel C und D wird der Strom zu den beweglichen Solenoiden und den Kohlenhaltern geführt. Jedes der Solenoide besitzt eine doppelte Bewickelung. Die Bewickelung S besteht aus dickem Drahte und ist in dem Hauptstrome geschaltet, die Bewickelung s besteht aus dünnem Drahte von 300 bis 350 Ohm Widerstand und bildet den Nebenschluſs. Die beiden Bewickelungen sind so verbunden, daſs sie magnetische Felder von entgegengesetzten Zeichen hervorbringen. Die Bewickelung der Elektromagnete hat bloſs den Zweck, ein magnetisches Feld zu erzeugen, in welchem sich die Solenoide bewegen können. Tritt der Strom in die Lampe ein und sind die Kohlenstifte von einander entfernt, so werden die Elektromagnete erregt und durch die dünne Bewickelung der Solenoide die Kohlenstifte einander genähert. Beim Berühren der Kohlenstifte bekommt die dicke Bewickelung der Solenoide die Ueberhand und entfernt die Kohlenstifte von einander. Die Bewickelungen der Solenoide sind so gewählt, daſs bei normalem Lichtbogen Ni = nJ ist, wodurch die Solenoide wirkungslos werden. Da die Lampe eine verhältniſsmäſsig groſse Anziehungskraft besitzt, so regulirt sie mit groſser Sicherheit und erzeugt ein vollständig ruhiges Licht.

Die Lampe ist ausprobirt worden in Hintereinanderschaltung, in Hintereinanderparallelschaltung bei Stromkreisen von 105 bis 110 Volt und in einzeln Parallelschaltung. Bei Lampen von 8 Ampère Stromstärke und 500mm Kohlenstiften ist der obere Theil der Lampe bloſs 420mm lang und die ganze Lampe wiegt 9k. Bei Lampen für 4 Ampère |30| und 370mm Kohlenstiften ist der obere Theil bloſs 320mm lang und die Lampe wiegt 8k.

Fig. 7., Bd. 270, S. 30
Fig. 8., Bd. 270, S. 30
In Fig. 8 ist das Schema einer Parallelschaltungslampe mit Wheatstone'scher Schaltung für 65 Volt Klemmenspannung dargestellt. Die Elektromagnete a, b, c, d sind mit dünnem Drahte bewickelt und bilden zugleich den Vergleichswiderstand. Die Solenoide sind ebenfalls nur mit dünnem Drahte bewickelt und bilden den Brückendraht; R ist der vor dem Lichtbogen vorgeschaltete Rheostat. Die Regulirung geschieht auf dieselbe Weise, wie bei der Lampe mit Galvanometersystem. Die Solenoide bewegen sich je nach der Richtung des sie durchflieſsenden Stromes in einer oder der entgegengesetzten Richtung, wodurch die Kohlenstifte entweder von einander entfernt oder einander genähert werden. Diese Lampe ist von 2,5 bis 25 und mehr Ampère untersucht worden und regulirte dabei immer genau auf dieselbe Klemmenspannung.

Die Licenz zum Fabriciren dieser Lampe für Deutschland und Frankreich wurde von der Firma Heilmann, Ducommun, Steinlen in Mülhausen erworben, für Oesterreich von der Firma Robert Bartelmus in Brunn, welch letztere mit diesem Systeme bereits mehrere Anlagen ausgeführt hat.

|23|

Eine vollkommen ruhig brennende Lampe verbraucht bei einer Stromstärke von 7 bis 8 Ampère in Räumen, worin keine Luftströmung vorhanden ist, in der Stunde 35mm guter Siemens'scher Kohle (Durchmesser der positiven und negativen Kohle 11 bezieh. 10mm).

|24|

Schon das Verrosten der Eisenkerne genügt, die Anziehung so weit zu ändern, daſs die Lampe aufhört, regelmäſsig zu arbeiten.

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