Titel: Neuere Untersuchungen über die Wirkungsweise des Fritters.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319 (S. 653–655)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/ar319181

Neuere Untersuchungen über die Wirkungsweise des Fritters.

(Schluss von S. 619 d. Bd.)

Textabbildung Bd. 319, S. 653

Philip Ely Robinson hat als Inaugural Dissertation, den elektrischen Widerstand loser Kontakte und Resonanzversuche mit dem Fritter behandelt. Der zu den vorangehenden Versuchen benutzte Fritter bestand (Fig. 6) aus zwei an Seidenfäden wagerecht aufgehängten, mit dem einen Ende sich berührenden Metallstäbchen S1 S2, die nach unten gerichtete, in Quecksilber als Zuleitung tauchende Metallstifte trugen. Durch Verschieben der Holzklötze C1 und C2, an welchen diese Stäbe S1 und S2 aufgehängt waren, liess sich der Druck, mit dem die Stäbchen gegenseitig aneinander sich pressten, beliebig abändern. Die Bestimmung des Widerstandes erfolgte mit Gleichstrom und ergab sich hierbei folgendes:

Vor Eintritt der Fritterwirkung zeigte sich, dass der hohe Widerstand des Fritters von einer zwischen den Fritterenden liegenden, schlecht leitenden und unvollkommen elastischen Zwischenschicht herrührt, welche zeitliche Nachwirkungen zeigt. Diese Zwischenschicht besteht in der Mehrzahl der Fälle aus einer die Kontaktflächen bedeckenden Oxydschicht. Wird nun an die beiden Fritterenden eine Potentialdifferenz angelegt, die kleiner ist als die kritische Spannung, bei welcher die Fritterwirkung eintritt, so findet eine elekrostatische Anziehung zwischen den beiden Fritterenden statt, wodurch sich auch die Dicke der Oxydschicht und hiermit auch der Widerstand des Fritters verkleinert. Bei Abstellen der Potentialdifferenz dehnt sich die Oxydschicht infolge der Elastizität wieder aus, und der Fritter nimmt nahezu wieder seinen ursprünglichen Wert an. Es besteht sonach eine lineare Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Fritterwiderstande.

Ist die angelegte Potentialdifferenz grösser als die kritische Spannung, so tritt die Frittung ein, d.h. die Zwischenschicht wird in der Weise beansprucht, dass sie nicht mehr genügende Festigkeit besitzt, und daher nachgiebt, wodurch die inneren, metallisch leitenden Teile des Fritters |654| in unmittelbare Berührung gelangen. Der Fritterwiderstand fällt hierbei auf einen sehr kleinen Wert, den er dauernd behält. Die Grösse der kritischen Spannung ist von dem Drucke der Kontaktstellen aufeinander und der Dicke der Oxydschicht abhängig und schwankt beispielsweise bei Eisen mit einer Oxydschicht an der Kontaktstelle zwischen 0,25 bis 1 Volt.

Bei Gleichstromversuchen fällt der Fritterwiderstand nach Eintritt der Frittwirkung auf einen Wert, bei welchem sich die Spannung an den Fritterenden auf einen ganz bestimmten Wert einstellt, welcher als die Gleichgewichtsspannung bezeichnet wird.

Dieser Vorgang wird jedoch erst nach einiger Zeit vollendet. Das Anlegen einer grösseren Spannung bewirkt ein weiteres Sinken der Fritterspannung, so dass sich die Gleichgewichtsspannung von selbst wieder herstellt. Diese Gleichgewichtsspannung hat für jedes Metall einen charakteristischen Wert, welcher für Stahl bei 0,2 Volt liegt.

Besteht ein Fritter aus mehreren hintereinander liegenden Kontaktstellen, so ist die entsprechende Gleichgewichtsspannung der Zahl derselben proportional, die kritische Spannung dagegen nicht.

Einfallende elektrische Wellen rufen nun eine Fritterwirkung hervor, die ihrer Natur nach mit der durch Gleichstrom hervorgebrachten Wirkung vollkommen gleichwertig ist.

Interessant ist die Beobachtung, dass durch längere wiederholte Beanspruchung eines Fritters, Ermüdungserscheinungen auftreten, welche sich dadurch kundgeben, dass der Fritter später weder so regelmässig noch so stark anspricht, wie zu Beginn. Diese Ermüdung dürfte wohl einer Verstärkung, der die Kontaktflächen bedeckenden Oxydschicht zuzuschreiben sein.

Jede Empfängerleitung, in die ein Fritter eingeschaltet ist, hat eine bestimmte Eigenschwingung, und wirkt der Fritter hierbei entweder als Leiter oder als relativ grosse Kapazität und übt daher auf die Grösse der Eigenschwingung einen bestimmten Einfluss aus. Es wird dadurch möglich, die Erreger und Empfängerleitung in Resonanz zu bringen, und wird diese Resonanz um so schärfer hervortreten, je weniger die Eigenschwingungen des Erregers und Empfängers gedämpft sind.

Ferner wurde in Uebereinstimmung mit Taylor beobachtet, dass sich Fritterwirkung auch durch Schall und auf mechanischem Wege hervorrufen lässt, niemals aber so scharf und bestimmt, wie durch elektrische Einwirkung.

Diese Untersuchungen, so interessant sie auch sein mögen, bringen im allgemeinen wenig Neues und ebensowenig volle Aufklärung über die Ursachen der Fritterwirkung. Ja es scheinen dieselben sogar eine Reihe von Widersprüchen zu enthalten. So zeigen die in den Fig. 4 und 5 (S. 619) gegebenen Empfindlichkeitskurven, dass die Fritterwirkung bei reinen Kontakten eine viel bessere ist, als bei unreinen. Nach der von Robinson gegebenen Erklärung, soll aber das Vorhandensein einer nicht leitenden Zwischenschicht an den Berührungsflächen geradezu eine Bedingung sein. Es erklärt sich dies aller Wahrscheinlichkeit nach jedoch damit, dass je dünner die nicht leitende Schicht ist, desto leichter deren Widerstand überwunden wird. Eine solche nicht leitende Schicht wird sich aber selbst bei den sorgfältigst gereinigten Kontakten fast immer finden, da der Zutritt von Luft an offene Kontakte immer stattfindet und bei geschlossenen Kontakten für die kurze Zeit des Einbaues, nicht vollständig gehindert werden kann, und ist diese Zeit vollkommen ausreichend, um ein äusserst feines Oxydhäutchen zu bilden. Wie die früheren Untersuchungen an Frittern mit Edelmetallen wie Gold, Silber und Platin erweisen, zeigen diese Metalle die Fritterwirkung dann am besten, wenn denselben leicht oxydierbare Metalle wie Kupfer und Nickel beigemengt sind.

Auch der Umstand, dass die Spannung des lokalen Kreises möglichst gering sein soll, um die beste Fritterwirkung zu erzielen, lenkt die Aufmerksamkeit auf sich. Anscheinend sollte ein Fritter um so empfindlicher sein, je mehr sich die vom Lokalkreis angelegte Spannung jener kritischen Spannung nähert, bei welcher das Fritten erfolgt, da dann der geringste Spannungszuschuss genügen würde, um das Fritten herbeizuführen, Auch diesbezüglich lässt sich für diese den grundlegenden Gesetzen anscheinend widersprechende Beobachtung eine Erklärung finden. Die Spannung der oszillierenden Ströme, oder wie sie auch genannt werden können, Wellenströme, ist eine in sehr kurzen Zwischenräumen in dem Sinne stets wechselnde, dass die Polarität der Fritterenden stets umgekehrt wird. Die Polarität der durch Gleichstrom elektrisch geladenen Fritterenden bleibt aber stets die Gleiche. Es wirkt sonach die Spannung der Wellenströme in einem Augenblicke unterstützend auf die Gleichstromspannung, im nächsten Augenblicke jedoch ihr entgegen, wodurch die Gesamtwirkung jedenfalls geschwächt wird. Das Potentiale der Wellenströme muss demnach so gross sein, um das Gleichstrompotentiale nicht nur zu überwinden, sondern auch jenen Ueberschuss zu liefern, welcher zum Durchbrechen des Widerstandes erforderlich ist. Dementsprechend wird bei hohem Gleichstrompotentiale, um ein Fritten zu erreichen, die Energie der Wellenströme grösser sein müssen, als wenn die Gleichstromspannung eine kleinere ist. Dass die Entfrittung bei hoher Gleichstromspannung nicht so sicher erfolgt, wie wenn diese Spannung eine geringere ist, ergibt sich wohl aus der Beobachtung des Frittvorganges von selbst.

Wenn von Hanchett und vollständig unabhängig von ihm auch von Robinson angenommen wird, dass die Fritterwirkung unter dem Einflüsse elektrostatischer Kräfte entstehe, so scheint doch die Ansicht von Härdén, dass die Frittwirkung auf einem Zusammensintern der scharfen Ecken, somit einer Brückenbildung beruhe, wahrscheinlicher zu sein. Dieses Zusammensintern dürfte nur auf eine Wärmewirkung zurückzuführen sein, Bei nicht metallischen Frittern wie bei dem Kohlefritter von Tommasina, oder bei Frittern mit gemischtem Materiale, wie bei dem Fritter von Solari bezw. Castelli, bei welchem die Elektroden aus Kohle oder Eisen und das eigentliche Frittmaterial aus Quecksilber besteht, ist eine Frittwirkung in dem angedeuteten Sinne wohl nicht anzunehmen, lässt sich aber aus der Erwärmung der sich lose berührenden Teilchen leicht erklären. Die Ausdehnung der einzelnen Teilchen bedingt eine innigere Berührung und somit eine Verminderung des Leitungswiderstandes, die sich leicht so weit steigert, dass auch Schwachströme denselben zu überwinden vermögen. Bei der folgenden Abkühlung löst sich diese innigere Verbindung von selbst und der Fritter kehrt wieder in den früheren nichtleitenden Zustand zurück. Hierfür spricht wohl die Tatsache, dass die Menge des verwendeten Quecksilbers nur eine sehr geringe sein darf und einen halbkugelförmigen Tropfen bilden soll. Ist der Tropfen zu gross, so findet eine Entfrittung nicht mehr statt, allerdings erhöht sich hierbei die Empfindlichkeit, was ja dadurch erklärlich ist, dass der normale Druck auf die beiden Elektroden hierdurch erhöht wird, und es nur mehr eines geringen äusseren Anstosses bedarf, um eine vollkommen leitende Verbindung zwischen den Elektroden und dem Quecksilber herzustellen. Die Bestäubung des Quecksilbertropfens mit Kohlepulver bei dem Fritter von Castelli, durch welche derselbe empfindlicher werden soll, kann nur den Zweck haben, die Adhäsionsfläche zu verkleinern und ausserdem das Quecksilber gegen die Einflüsse der Atmosphäre zu schützen.

Der von Lodge konstruierte nachstehend beschriebene Fritter entspricht, wenn alle die bei den verschiedenen |655| Untersuchungen der Fritter festgelegten Eigenschaften in Betracht gezogen werden, den Anforderungen wohl am besten, da hier als nichtleitende Schicht zwischen den beiden Elektroden ein leicht durchbrechbares Oelhäutchen zur Verwendung gelangt, welches ständig erneuert wird. Diese Oelschicht bildet gleichzeitig einen guten Schutz des Quecksilbers gegen äussere Einflüsse. Die zweite Elektrode wird fortwährend gereinigt, und gelangen hierbei stets frische Teilchen zur Wirkung, so dass die beiden Elektroden stets blank erhalten werden, was ja nach Taylor eine der wichtigsten Bedingungen für eine gute Frittwirkung sein soll. Die von Robinson beobachtete Ermüdung kann, da eine Oxydation der Elektroden kaum stattfindet und auch stets neue Partien der einen Elektrode zur Wirkung kommen, hier wohl auch nicht oder nur in sehr geringem Maasse auftreten.

Aus den bisherigen Untersuchungen geht jedoch hervor, dass das Entstehen der eigentlichen Frittwirkung noch nicht vollständig geklärt ist und die Anschauungen sich in vieler Hinsicht widersprechen. Aller Wahrscheinlichkeit nach hat man es hier mit einem einfachen mechanischthermischem Probleme zu tun, und dürfte die elektrostatische Anziehung nur einen sehr geringen Einfluss üben, indem sie bei massiven Körpern, welche die Frittwirkung in gleichem Maasse besitzen, kaum zur Geltung gelangen kann.

Weitere Forschungen werden, wie zu hoffen baldigst eine vollkommene Klärung dieses noch dunklen Punktes bringen.

Textabbildung Bd. 319, S. 655
Textabbildung Bd. 319, S. 655

Der neue Fritter von Lodge. Lodge verwendet in neuerer Zeit für sein System der drahtlosen Telegraphie einen selbstentfrittenden Fritter von grosser Empfindlichkeit, der in seiner Ausgestaltung vieles abweichende von den bisher bekannten Fritterformen aufweist, und bei welchem die Nachteile der mechanischen Entfrittung durch Stösse oder Schläge beseitigt erscheinen. Im Grundprinzipe an den Fritter von Solaris und Castelli anschliessend, beseitigt derselbe doch die Empfindlichkeit dieser Fritterformen gegen atmosphärische Einflüsse insbesondere aber gegen die Feuchtigkeit. Fig. 7 und 8 stellen diesen Fritter in Querschnitt und Draufsicht dar. Die kleine Stahlscheibe m, welche von einer Quecksilbersäule h nur durch ein dünnes Oelhäutchen getrennt ist, dreht sich von einem Uhrwerk getrieben mit stets gleichbleibender Geschwindigkeit ununterbrochen um ihre Achse. Werden nun durch die einhängenden Wellen Schwingungen im Resonator hervorgerufen, so steigt durch die angesammelte Wirkung, die Potentialdifferenz zwischen Scheibe und Quecksilber auf solche eine Höhe, dass durch sie das Oelhäutchen zerrissen wird, wodurch eine leitende Verbindung zwischen der Scheibe und dem Quecksilber eintritt. Durch die Drehung der Scheibe wird jedoch diese leitende Verbindung, indem sich dasOelhäutchen stets vom Neuen bildet, sofort wieder aufgehoben und somit der ursprüngliche nichtleitende Zustand wieder hergestellt. In den beiden Figuren bedeuten ausserdem t das Quecksilber haltende Gefäss, p eine in das Quecksilber hineinragende Platinspirale, deren unteres Ende mit der Verschlussschraube s in Verbindung steht, k ist eine Kupferbürste, welche die leitende Verbindung zwischen dem Scheibchen m und dem Resonanzkreise herstellt. Die Feder f, an deren Ende ein kleines Stückchen Filz r befestigt ist, ruht mit letzterem leicht auf die Scheibe m auf und hat den Zweck, die Scheibe m trocken zu halten und von fremden Teilchen zu reinigen. Um eine möglichst gute Isolation der Stahlscheibe zu erhalten, ist sie zum Zwecke der Bewegung mit einem Ebonitrade e (Fig. 8) versehen, in welches ein zweites mit dem treibenden Uhrwerke in Verbindung stehendes Ebonitzahnrad eingreift. In den lokalen Kreis dieses Fritters wird ein Syphonrekorder, ein galvanisches Element, ein regulierbarer Widerstand und ein Millivoltmeter eingeschaltet. Das Millivoltmeter hat den Zweck die konstant zu haltende Spannung in diesem Stromkreis stets kontrollieren zu können, wogegen der regulierbare Widerstand zur richtigen Einstellung auf die erforderliche Spannung dient. Diese Spannung darf je nach der Einstellung der Apparate nicht mehr als 0,3 bis 0,5 Volt betragen, da schon eine Spannung von 1 Volt genügt, um das Oelhäutchen zu zerreissen.

Dieser Fritter soll um so besser arbeiten, je langsamer die einwirkenden Schwingungen sind. Langsame Schwingungen sind aber das Ergebnis von langen elektrischen Wellen, die sich leichter beugen lassen und weniger der Absorption ausgesetzt sind als kurze Wellen. Es sind sonach alle Bedingungen für ein sicheres Arbeiten gegeben.

Dieser Fritter soll ausserordentlich empfindlich sein, indem schon die schwächsten Schwingungen das Oelhäutchen zum Zerreissen bringen, dabei aber ebenso zuverlässig wirken wie jeder Teil des übrigen Apparatensatzes.

Die Empfindlickeit der verschiedenen Wellenempfänger. Ueber die Empfindlichkeit der verschiedenen Wellenempfänger, wurden von Fessenden vergleichende Untersuchungen angestellt, welche erweisen, dass der Fritter durchaus nicht jenes feinfühlige Instrument ist, wie ursprünglich angenommen wurde. Nachstehende Tabelle gibt die von Fessenden festgestellten verschiedenen Wellenempfänger um zum Ansprechen zu gelangen:

1. Der Nickel-Silber-Quecksilber-
fritter von Marconi

4,000

Ergs

f.

d.

Punkt
2. Ein Fritter bestehend aus einer
Legierung von 95 v. H. Gold
und 5 v. H. Wismuth


1,000








3. Der Fritter von Solari 0,220
4. Der auf magnetische Hyste-
reris beruhende Empfängervon
Marconi


0,100








5. Der auf Wärmewirkung be-
ruhende Wellenempfänger von
Fessenden mit dünnem Platin-
draht (s. D. p. J. 1903, 318, 327)



0,080












6. Der neue gleichfalls auf Wärme-
wirkung beruhende Wellen-
empfänger von Fessenden mit
Flüssigkeitssäule, Barretter ge-
nannt




0,007
















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