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Elektrostatische Maschine mit beweglichen, der Influenz unterliegenden,
leitenden Elektrizitätsträgern Es ist bekannt, bei den elektrostatischen Maschinen
mit beweglichen, der Influenz unterliegenden, leitenden Elektrizitätsträgern selbsterregende
Vorrichtungen vorzusehen, die sich sofort bei Ingangsetzung erregen. Dies ist der
Fall bei der Toepler-Maschine mit Erreger, der Wimshurst-Maschine, der Replenischer-Maschine
und bei von der Erfinderin andernorts vorgeschlagenen Maschinen. Bei a11 diesen
Maschinen ist die Erregung gewährleistet, wenn die erforderlichen Bedingungen erfüllt
sind, jedoch ist die von der Maschine angenommene Polarität nicht immer dieselbe.
Dies ist für zahlreiche Anwendungsfälle ein großer Nachteil, Die Erfindung bezweckt,
diesem Übelstand abzuhelfen, indem sie gestattet, der Maschine von vornherein eine
gewünschte Polarität aufzuerlegen, die sie dann bei der Erregung mit absoluter Bestimmtheit
annimmt.
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Die Erfindung besteht darin, daß in einem oder mehreren Leitern, welche
der elektrische Strom bei der Erregung der Maschine durchlaufen muß und deren Unterbrechung
diese Erregung unmöglich machen würde, eine Vorrichtung mit im wesentlichen nur
in einer Richtung vorhandener Leitfähigkeit eingeschaltet wird, d. h. welche die
Elektrizität im wesentlichen nur in einer Richtung weiterleitet. Es ergibt sich
dann, daß die Erregung auch sicher eintritt, jedoch immer mit der Polarität, die
der von der oder den zwischengeschalteten Vorrichtungen zugelassenen Richtung entspricht.
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Wenn die verwendete Vorrichtung nach der von ihr nicht begünstigten
Richtung nicht streng isolierend ist, sondern nur einen Widerstand R besitzt,
ist
ihre Wirksamkeit trotzdem total, wenn ein an ihrer Stelle- zwischengeschalteter
Widerstand R die Erregung unmöglich machen würde. Man kann, wenn man will, den notwendigen
Mindestwert von R kleiner machen, indem man die Maschine so ändert, daß ihre Erregung
erschwert wird, z. B. durch Einschalten von Verlustwiderständen von geeignetem Wert
zwischen dem Boden und den leitenden oder induzierenden Erregerpolen, d. h. den
normalerweise festen Organen, die die beweglichen Organe der Maschine einer elektrischen
Influenz unterwerfen.
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Es ist natürlich zweckmäßig, daß die verwendete Vorrichtung mit in
nur einer Richtung gegebener Leitfähigkeit ohne Nachteil von dem Strom durchflossen
werden kann, der normalerweise den Leiter, in den sie eingeschaltet ist, durchfließt.
Man kann unter mehreren Leitern, in die die genannte Vorrichtung eingeschaltet werden
kann, den von dem schwächsten Strom durchflossenen wählen. Es ist andererseits nicht
erforderlich, daß die verwendete Vorrichtung zur Aufnahme bedeutender umgekehrter
Potentialunterschiede fähig ist, da die gewöhnlich in einer Maschine vor der Erregung
vorhandenen Potentialunterschiede sehr klein sind und etwa i bis etwa io Volt betragen.
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Es ist jedoch erforderlich, darauf Bedacht zu nehmen, daß bei einmal
erregter Maschine nicht ein Betriebsfehler, etwa eine innere Entladung, die Polarität
eines Erregerpoles umkehrt, indem er ihn sofort auf ein sehr hohes umgekehrtes Potential
bringt, das an den Kk-mmen der Vorrichtung mit nur in einer Richtung gegebener Leitfähigkeit
einen beträchtlichen Potentialunterschied entwickelt, dem sie nicht standhalten
könnte, oder daß der Betriebsfehler durch die genannte Vorrichtung, wenn sie noch
arbeitet, einen Erregerpol blockiert und den normalen Betrieb der Maschine verhindert,
ohne sie dafür wieder zur Aufnahme der gewünschten Polarität veranlassen zu können.
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Solche Betriebsfehler können bei den ihnen unterworfenen Maschinen
immer vermieden werden, indem z. B. die Erregerpole in durch starke Widerstände
verbundene Abschnitte unterteilt werden, von denen bei einem allein das Potential
infolge innerer Entladung umgekehrt wird, oder indem die Erregerpole über starke
Widerstände an genügend hohe Kapazitäten angeschlossen werden, wobei die Kapazität
genügend Elektrizität behält, um das Potential des Erregerpoles auf gleichem Vorzeichen
zu halten, auch wenn dieser eine bedeutende Elektrizitätsmenge entgegengesetzten
Vorzeichens erhält.
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jede Vorrichtung mit annähernd auf eine Richtung beschränkter Leitfähigkeit
kann zur Ausführung der Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, daß ihr Widerstand
in der Richtung, in der er den Durchgang des Stromes verhindern soll, genügend groß
ist, um die Erregung der Maschine zu verhindern, wie es vorstehend erläutert wurde.
Die Elektronenvorrichtungen, in denen die auf eine Richtung beschränkte Leitfähigkeit
sich aus der Elektronenemission einer geeigneten Kathode unter dem Einfluß der Wärme,
des Lichtes oder einer anderen Ursache ergibt, sind besonders vorteilhaft auf Grund
ihres großen Widerstandes in der nichtbegünstigten Richtung, ihres Raumbedarfes
und ihrer Fähigkeit, bedeutende Ströme in der begünstigten Richtung zu leiten, besonders
wenn sie eine Gasfüllung enthalten, deren Ionisierung den von der Kathode freigegebenen
Elektronenstrom vervielfacht. Man könnte ferner Gleichrichter mit unsymmetrischer
Leitfähigkeit verwenden, die halbleitfähige Körper, wie Silicium, Germanium und
andere entsprechende Körper, enthalten.
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Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen z. B. in ihrer Anwendung
auf eine elektrostatische Maschine mit beweglichen, der Influenz unterliegenden,
leibenden Elektrizitätsträgern der Gattung T o e p -1 e r an Hand der Zeichnung
beschrieben.
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Abb. i zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Maschine,
die mit der den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung nicht ausgestattet
ist; Abb. 2 und 3 zeigen zwei mögliche Ausführungsarten der Erfindung in Anwendung
auf die Maschine nach Abb. i.
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Wie ersichtlich, enthält die Maschine einen isolierten Erregerpol
a, zwei von der Rotationsachse c der Maschine isolierte der Influenz unterliegende,
leitende Elektrizitätsträger b, von denen jeder an eine Kontaktklemme d angeschlossen
ist. Auf den Klemmen d schleifen einerseits eine an der Masse geerdete Bürste e
und andererseits eine Ableitungsbürste f, die an eine isolierte Kugel g angeschlossen
ist. Auf dieselbe Achse c ist der Erreger oder Regenerator montiert, der zwei der
Influenz unterliegende Elektrizitätsträger b' besitzt und dessen Erregerpol ä an
die Kugel g angeschlossen ist, während die Ableitungsbürste f' an den Erregerpol
a angeschlossen ist, wobei die Bürste e' immer an der Masse geerdet ist. Um die
plötzliche Erregung des Aggregates zu verhindern, kann man z. B. die Verbindung
der Bürste e oder diejenige der Bürste e' mit dem Boden oder die Verbindung zwischen
der Kugel g und dem Erregerpol a' des Erregers oder diejenige zwischen der Bürste
f' des Erregers und dem Erregerpol a trennen. Hieraus ergeben sich die verschiedenen
möglichen Arten der Einschaltung einer Vorrichtung mit auf eine Richtung beschränkter
Leitfähigkeit, die eine gewünschte Erregungsrichtung vorschreibt.
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In dem in Abb. 2 dargestellten Fall ist es erwünscht, daß die isolierte
Kugel g negatives Potential hat. Hierzu schaltet man in die die Bürste e' erdende
Leitung eine photoelektrische Zelle ein, z. B. eine Caesiumzelle mit Gasfüllung,
deren Anode h geerdet ist, während die Kathode i an die Massenbürste e angeschlossen
ist. Das Vorhandensein dieser Zelle zwingt den Strom, vom Boden nach e' zu fließen,
woraus sich eine positive Elektrisierung der beiden der Influenz unterliegenden
Elektrizitätsträger b' des Erregers und des Erregerpoles a ergibt. Die der Influenz
unterliegenden beweglichen Elektrizitätsträger b werden also negativ elektrisiert,
und die Hauptmaschine hat somit einen negativen isolierten Pol, der durch die Kugel
g gebildet ist.
In dem in Abb. 3 dargestellten Fall soll die isolierte
Kugel g positives Potential haben. Zu diesem Zweck ist in die die Bürste e erdende
Verbindung eine Diode mit im Vakuum geheizter Kathode eingeschaltet, deren Anode
j geerdet ist, während ihre Kathode t# an die Massenbürste e angeschlossen
ist. Das Vorhandensein dieser Diode zwingt den Strom, vorn Boden zur Bürste e zu
fließen, woraus sich eine positive Elektrisierung der zwei der Influenz unterliegenden,
beweglichen Elektrizitätsträger b ergibt, und die Maschine weist also einen von
der Kugel g gebildeten positiven Pol auf.
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Die Kathode der Diode muß durch eine von der Erde genügend isolierte
Stromquelle geheiztwerden, um eine Erregung in nicht gewünschter Richtung zu vermeiden.
Man kann zu diesem Zweck z. B. einen Akkumulator oder ein isoliert angebrachtes
galvanisches Element, z. B. eine Voltasche Säule, verwenden, oder einen Transformator,
dessen Sekundärwicklung besonders isoliert ist, oder einen Wechselstromgenerator,
dessen Anker besonders isoliert ist, während der Erreger in leitender Verbindiiiig
mit der Erde stehen kann.