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Einrichtung zur Erzeugung von Thermoinduktionsströmen durch Änderung
der Permeabilität des Eisens unter der Einwirkung oscillatorischer Wärmebewegungen.
Bereits von Edison, Menges und Tesla ist vorgeschlagen worden, die durch Wärmewirkung
veränderliche Permeabilität des Eisens zur Erzeugung von ihrer Stärke nach wechselnden
Kraftfeldern und damit auch zur Erzeugung von Induktionsströmen nutzbar zu machen.
Dadurch aber, daß von diesen Elektrotechnikern immer nur ein einziges Magnetsystem
und ein einziger in seiner Permeabilität durch abwechselnde Erwärmung und Abkühlung
benutzter Weicheisenanker benutzt wurde, gelang es nicht, Thermoinduktionsströme
von nennenswerter E.M.K. bzw. nennenswerten Leistungen in Watt zu erzeugen.
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Durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren wird dieser
Übelstand grundsätzlich beseitigt. Es baut sich auf der Anordnung von zwei gegeneinander
aufgestellten Magneten auf, deren Kraftfelder gegeneinander durch zwei Weicheisenanker
so lange abgeschirmt sind, wie die Weicheisenanker kalt sind, die aber zur Wirksamkeit
gelangen, wenn die Eisenschirme auf eine bestimmte höhere Temperatur gebracht werden
und nunmehr die Kraftlinien nicht mehr ablenken. Dadurch, daß man in rascher Aufeinanderfolge
die abschirmenden Weicheisenanker erwärmt und wieder abkühlt, erzeugt man in ihrer
Intensität periodisch wechselnde Kraftfelder, die diesem periodischen Wechsel entsprechende
Induktionswirkungen ausüben müssen. Die zunächst entstehenden Wechselströme können
durch geeignete Kommutatoren auch in gleichgerichtete Ströme verwandelt werden.
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Hierdurch unterscheidet sich das Verfahren gemäß der Erfindung in
grundsätzlicher Weise von den bekannt gewordenen älteren Verfahren.
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Tesla baute in den ununterbrochenen Magnetkreis ein dünnwandiges Eisenrohr
ein (Abb. r). Er war also in der Lage, durch abwechselnde Erwärmung und Abkühlung
dieses Eisenrohres Induktionswirkungen zu erzielen. Aber wie immer auch die Temperatur
des eisernen Rohres sein mag, immer bildet es einen direkten magnetischen Schluß
zlvischen den Magnetpolen, und nur die Kraftliniendichte wird durch die abwechselnde
Erwärmung und- Abkühlung variiert. Immerhin arbeitet Tesla noch etwas rationeller
als M enges. Menges verwandte einen vollständig geschlossenen magnetischen Stromkreis,
etwa in der in Abb. -- dargestellten Anordnung. Durch abwechselnde Erwärmung und
Abkühlung bestimmter Stellen dieses Magnetkreises erzielt er zwar gleichfalls Induktionswirkungen,
aber die erzeugten Intensitäten konnten nur durch die feinsten Meßinstrurnente nachgewiesen
werden.
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Das Verfahren der Erfindung bringt dagegen iin Gegensatz zu einem
massiven, mit den Magnetpolen in unmittelbarer Berührung stehenden Anker, Schirme,
also Eisenblechplatten geringer Dicke, zur Anwendung, die nicht mit den Magnetpolen
in Berührung stehen. Schon bei der Anwendung nur eines i einzigen Schirmes ergeben
sich besondere Vor-; teile gegenüber den bekannten Einrichtungen. Die durch die
Erhitzung und Abkühlung eines einzigen Schirmes a (Abb.3) hervorgerufene Induktion
hat auf die periodische Veränderung der Anzahl der Kraftlinien die 'Wirkung, daß
der durch die Erwärmung ausgeschaltete, durch die Abkühlung eingeschaltete Schirm
wie ein Seitenzweig wirkt, der die induzierende Wirkung des einen Magnetpaares A
auf das andere B entweder ausschaltet oder weiter zur Geltung kommen läßt. Bezüglich
einer schnelleren oscillatorisehen Erhitzung bzw. Abkühlung ist wegen der geringeren
zu erhitzenden bzw. abzukühlenden Eisenmassen ein Schirm augensichtlich vorteilhafter
als die Anordnungen von massiven Körpern nach Menges und Tesla. Trotz dieser Überlegenheit
schon eines einzigen Schirmes über die älteren Anordnungen wird durch ihn die gestellte
Aufgabe doch nicht vollständig gelöst, denn es findet hier noch keine vollständige
Trennung der Kraftlinien der Elektro- (bzw. permanenten) Magneten A von den Kraftlinien
statt, die infolge Auftretens von Induktionsströmen in dem Eisenkern der Induktionswicklung
B erregt werden.
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Sowohl in baulicher als auch in elektrischer Hinsicht haben deshalb
zwei Schirme besondere Vorteile vor der Anwendung nur eines einzigen Schirmes. Bei
der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden deshalb vorzugsweise zwei
Schirme angewandt, zumal man imstande ist, mittels zweier Schirme Maschinen von
erheblicher Leistung zu bauen. Wenn nämlich ein einziger
Schirm
zwischen den Magnetpolen alternierend erwärmt und abgekühlt wird, so verhält er
sich genau so wie eine rotierende Scheibe mit Sektorenausschnitten. Es müssen deshalb
auch in ihm Foucaultströme auftreten, durch die die Leistung herabgesetzt wird.
-Bei der Anwendung von zwei Schirmen nach Abb. q. und 5 werden dagegen sowohl technische
als auch elektrische Vorteile erzielt: Zunächst der bauliche Vorzug von Doppelschirmen
vor einfachen Schirmen oder massiven Ankern: Bei der Anordnung von Doppelschirmen
ist es leicht, den von diesen gebildeten Zwischenraum wechselnd von heißen und kalten
Gasen durchstreichen zu lassen und eine rasche Periodizität in der Aufeinanderfolge
von Erwärmung und Abkühlung zu erzeugen. Wegen der geringen Masse der Schirme und
weil für die Veränderung der Permeabilität nur geringere Temperaturunterschiede
erforderlich sind - es genügen Temperaturunterschiede von 2o bis 30° -, können bei
der Anwendung von Doppelschirmen wirklich technisch leistungsfähige Maschinen gebaut
werden.
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Hinsichtlich der elektrischen Wirkung von Doppelschirmen aber gilt
folgendes: a) Bei der Verwendung von zwei Schirmen kann die maximale Schirmwirkung
dadurch erreicht werden, daß durch die Erhitzung der beiden zwischen den Polen aufgestellten
Schirme a und ß die Kraftlinien der Elektro-oder permanenten) Magneten A den Eisenkern
der Induktionswicklung B berühren und in letzterer Ströme induzieren. Zufolge der
Induktionsströme entstehen im Eisenkern B Kraftlinien. Die Erwärmung der beiden
Schirme ist also gleichbedeutend mit einer solchen Induktionsbewegung, bei der die
Induktionswicklung B (bei der angenommenen Bewegung selbstverständlich ohne Schirme)
dem Elektro- (oder permanenten) Magneten A genähert werden würde.
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In diesem Falle werden nämlich die gegenüberliegenden Pole - infolge
der Richtung des erregten induzierten Stromes in der Wicklung B - gleichnamig, und
die von den Eisenkernen A und B heraustretenden Kraftlinien berühren
sich.
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Sobald das Maximum der Erhitzung erreicht ist, werden die Schirme
abgekühlt. Jetzt kehrt sich die Richtung des Stromes in der Induktionswicklung B
um, und demzufolge erhalten die Pole der induktionswicklung B eine der vorherigen
entgegengesetzte Polarität, wodurch die Polaritäten der Induktionswicklung auch
mit den Polaritäten des Elektro- (oder permanenten) Magneten entgegengesetzt werden.
Je besser die Abkühlung vor sich geht, in um so größerem Maße erhalten die Eisenmassen
der Schirme a und ß ihre magnetische Undurchlässigkeit zurück, und der Schirm a
beginnt die Kraftlinien des Elektro- (oder permanenten) Magneten A von den magnetischen
Kraftlinien der Induktionswicklung B zu trennen; bei der gleichzeitig stattfindenden
Abkühlung des Schirmes ß trennt dieser die Kraftlinien der durch den induzierten
Strom magnetisch gewordene Induktionswicklung B von den Kraftlinien des Elektro-
(oder permanenten) Magneten A. Mit anderen Worten die Trennung -der Kraftlinien
voneinander, d. h. die möglichst maximale Schirmwirkung entwickelt sich am besten
zwischen den Polen mittels zweier Schirme.
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b) Die Anordnung von zwei Schirmen hat aber auch in bezug auf die
Foucaultströme bedeutende Vorteile: I. Bei der Erhitzung. Die beginnende Erhitzung
der beiden Schirme a und ß entspricht einer solchen Induktionsbewegung, als ob die
Induktionswicklung B dem Kraftlinienfeld des Elektro- (oder permanenten) Magneten
A genähert würde. In diesem Falle wird die Richtung des induzierten Stromes in der
Induktionswicklung B eine solche sein, daß dem Nordpol des Elektromagneten A der
Nordpol der Induktionswicklung und mit dem Südpol des Elektromagneten der Südpol
der Induktionswicklung gegenübersteht. Bei der Steigerung der Erhitzung steigt die
Kraft der Induktion infolge des Anwachsens der darauf wirkenden Kraftlinien bis
zum Maximum. Es gehen also die aus dem Elektromagneten heraustretenden Kraftlinien
durch die Schirme a und ß, welche infolge der Erhitzung für die Kraftlinien durchlässig
werden, ebenso gehen die aus der Induktionswicklung B heraustretenden Kraftlinien
durch die Schirme a und ß. Da sowohl der Schirm a wie auch der Schirm ß elektrische
Leiter sind, so könnte man annehmen, daß in diesen infolge Durchgehens (bzw. Schneidens)
der Kraftlinien Foucaultströme entstehen, wodurch die Leistung der Induktion nachteilig
beeinflußt werden würde. Dieser Fall kann aber hier nicht eintreten, weil während
der durch die Erwärmung hervorgerufenen Induktion gleichnamige Pole einander gegenüberstehen
und somit bei den vor den Polen des Elektromagneten A stehenden Schirmen der Fall
eintritt, als ob ein oder mehrere Leiter zwischen zwei einander gegenüberliegenden
gleichnamigen Magnetpolen liegen. In diesem Falle entstehen nämlich in den Leitern
keine Ströme - gleichviel, ob durch die Bewegung
der Leiter die
Kraftlinien geschnitten oder aber ob durch die Verstärkung oder Schwächung der Pole
eine Kraftlinienveränderung hervorgerufen würde -,weil nach dem Gesetz der Induktion
die Richtung des Stromes, der durch den einen Pol erregt wurde, dem Strom, der durch
den anderen Pol erregt wurde, entgegengesetzt gerichtet ist und so-Init beide
Ströme einander vernichten. Demzufolge können hierbei Foucaultströme weder im a-
noch im ß-Schirm auftreten.
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II. Bei der Abkühlung. Wenn die Schirme abgekühlt werden, dann fängt
der Schirm a die Kraftlinien des Elektro- (oder permanenten) Magneten sowohl vor
dem Schirm ß wie auch vor der Induktionswicklung B auf, ebenso fängt der Schirm
ß die Kraftlinien der Induktionsentwicklung sowohl vor dem Schirm a wie auch vor
dem Elektro- (oder permanenten) Magneten A auf. Die Polaritäten der Induktionsentwicklung
B verändern sich, weil die Abkühlung mit einer solchen Induktionsbewegung gleichbedeutend
ist, als ob die Induktionswicklung B von dem ElektromagnetenAentfernt würde, in
diesem Sinne ändert sich die Richtung des erregten Stromes in der Induktionswicklung,
und somit verändern sich auch ihre Polaritäten. Dies entspricht bezüglich der Foucaultströme
also dem Fall, als ob zwischen zwei gegenüberliegenden ungleichnamigen Polen Leiter
- im vorliegenden Falle die Schirme a und ß -gesetzt waren. In dem Falle, daß die
Leiter bewegt werden, werden die Kraftlinien geschnitten, oder wenn die Intensität
der ungleichnamigen Pole verändert und somit eine Kraftlinienveränderung hervorgerufen
wird, entstehen in den zwischen den Polen gelegten Leitern Ströme. In diesem Falle
würden in den Schirmen a und ß als elektrischen Leitern Ströme entstehen. Da aber
in den beiden leitenden Schirmen die Richtung des Stromes gleichartig ist, so haben
diese aufeinander eine Rückwirkung, weil die Massen der beiden leitenden Schirme
so zueinander stehen wie zwei Wicklungen eines Magneten, in welchem Falle der Strom
von veränderlicher Stärke in der benachbarten Wicklung entgegengesetzte Ströme induziert,
was in Form einer Phasenverschiebung zur Geltung kommt.
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Hier induzieren die Ströme in den Schirmen a und ß einander entgegengesetzte
Ströme (sekundäre Foucaultströme), die die ursprünglichen Foucaultströme - weil
sie dieser entgegengesetzt sind - vernichten, so daß auch in diesem Falle das Auftreten
von schädlichen Foucaultströmen verhindert wird.
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Die Ausführung des Verfahrens wird da- . durch erleichtert, daß sich
bei einer bestimmten Temperatur die Permeabilität des Eisens sprungweise ändert,
so daß man mit nur verhältnismäßig kleinen Temperaturunterschieden bei der Erwärmung
und Abkühlung zu arbeiten braucht. Die erzielte Leistung der durch reine Wärmewirkung
induzierten Ströme hängt natürlich von dem Aufwande von Wärmeeinheiten in der Zeiteinheit
ab.
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Der rasche Wechsel. der Temperaturunterschiede in den Weicheisenschirmen
kann in ganz beliebiger Weise geschehen, etwa durch folgende beispielsweise erwähnte
Einrichtung: Die einander gegenüberstehenden Weicheisenschirme werden durch unmagnetisches
Material zu einem geschlossenen Hohlraume verbunden, durch den ein Exhaustor abwechselnd
einen durch ein rotierendes Ventil oder einen Drehschieber gesteuerten heißen oder
kalten Gasstrom ansaugt, also etwa abwechselnd die Heizgase eines Feuerungsraumes
und kalte Luft. Hierdurch wird die für die Wirkung erforderliche oscillatorische
Wärmewirkung erzeugt, und diese Wirkung läßt sich ihrer Stärke nach in allen beliebigen
Grenzen regeln.
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Natürlich können auch beliebige andere Einrichtungen zur Erzeugung
der oscillatorischen Wärtnebewegung benutzt werden.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, -zwei einander gegenüberstehende
Magnetpaare I, 1I (Abb.5) anzuordnen, zwischen denen mit Windungen versehene Eisenkörper
III angeordnet sind, wobei von jedem Magnetpaare aus das Kraftfeld durch die beschriebene
Einrichtung gegen die erwähnten Eisenkörper abgeschirmt wird.