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Verfahren zur Umwandlung der statischen Elektrizität der Atmosphäre
in Wechselstrom hoher Frequenz. Bei den im Hauptpatent 357083 beschriebenen
Vorrichtungen zur Umwandlung der atmosphärischen Elektrizität ist die Schaltungsanordnung
stets so getroffen, daß die Kondensatorenbatterien mit beiden Polen direkt an die
Antennenleitungen angeschlossen wurden. Es hat sich aber für die Gewinnung von atmosphärischer
Elektrizität ein neues Schaltungsschema für die Kondensatorenbatterien als sehr
vorteilhaft erwiesen; dies besteht darin, daß man sie nur mit einem-Pol (unipolar)
an das Sammlungsnetz anschließt. Eine solche Schaltungsart ist deshalb sehr wichtig,
da durch sie ein konstanter Strom sowie eine Erhöhung der Gesamtarbeits-spannung
erzielt wird. Wenn z. B. eine Sammelballonantenne, die man auf 300 m Höhe
aufsteigen läßt, frei von Erdspannung 40 000 Volt zeigt, so hat die Praxis
erwiesen, daß die Arbeitsspannung (bei Kraftentnahrne nach dem im Hauptpatent beschriebenen
Verfahren durch oszillierende Funkenstrecken usw.) nur etwa 400 Volt ist. Vergrößert
man aber die Kapazität der Kondensatorflächen, welche im oben angegebenen Falle
gleich der der Sammelfläche der Ballonantennen war, durch Einschaltung der Kondensatorenbatterien
mit nur einem Pol auf das doppelte, so steigt bei gleicher Stromentnahme die Spannung
bis auf 500 Volt und darüber. Dies ist nur auf günstige Wirkung der Einschaltungsart
zurückzuführen.
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Außer dieser wesentlichen Verbesserung hat sich noch als zweckmäßig
erwiesen, doppelte Induktionswiderstände mit Elektromagneten einzuschalten und-
daß die Kapazitäteinschaltung am vorteilhaftesten zwischen zwei solchen Elektromagneten
stattfindet. Ferner hat sich gezeigt, daß die Nutzwirkung solcher Kondensatoren
noch mehr erhöht werden kann, wenn an den nicht verbundenen Pol des Kondensators
eine Induktionsspule als Induktionswiderstand angeschlosseil, oder noch besser,
wenn der Kondensator selbst als Induktionskondensator konstruiert wird. Ein solcher
Kondensator ist mit einer Feder zu vergleichen, welche zusammengepreßt, aufgespeicherte
Kraft in sich trägt, die sie beim Losla--sen wieder freigibt. Bei der Ladung wird
auf dem anderen freiliegenden Kondensatorpol eine Ladung mit umgekehrtem Vorzeichen
gebildet; wenn nun durch die Funkenstrecke ein Kurzschluß entsteht, so wird die
aufgespeicherte Energie wieder zurückgegeben, indem auf den mit dem Leitungsnetz
verbundenen Kondensatorpol jetzt neue Mengen Energie induziert werden, und vwar
Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen, wie die auf dem freiliegenden Kondensatorpol.
Die neu induzierten Ladungen haben natürlich das gleiche Vorzeichen, welches im
Sammlernetz vorhanden war. Dadurch aber wird die gesamte Spannungsenergie in der
Antenne erhöht. Im gleichen Zeitraum werden größere Energiemengen gesammelt als
ohne derartig eingeschaltete Kondensatorenbatterien.
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In den Abb. i und 2 sind zwei verschiedene Schaltung--schemata genauer
skizziert. Abb. i zeigt einen Sammelballon und das Schaltungsschema auf dem Erdboden,
Abb.:z vier Sammelballons und die Parallelschaltung der dazu gehörigen Kondensatorenbatterien.
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A ist der Sammlerballon aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung
(Elektronmetall, Magnalium) vom spezifischen Gewicht iß und einer Blechstärke von
o,i bis o,2 mm. Inwendig befinden sich acht vertikale starke Rippen von T-artigern
Querschnitt, etwa io bis 2o mm hoch und etwa 3 mm dick, mit dem vorstehenden
Teil nach innen gerichtet (durch a, b, e, d usw. bezeichnet);
sie sind zu einem festen Gerippe zusammengenietet und werden noch durch zwei Querrippen
in horizontaler Richtung versteift. Die Rippen werden innen noch durch dünne Stahldrähte
quer miteinander verbunden, wodurch die Ballons eine große Widerstandsfähigkeit
und Elastizität erlangen. Auf solche Gerippe werden dann o,i bis o,2 mm starke,
aus Magnalium-Legierung hergestellte, gewalzte Bleche entweder gelötet oder genietet,
so daß eine völlig metallische Hülle mit nach außen glatter Fläche erhalten wird.
Von einer jeden
Rippe gehen gut versilberte oder verkupferte oder
mit Aluminium überzogene Stahldrähte zum Befestigungsring ?- Im weiteren führt die
verkupferte, am besten aus einzelnen dünnen Drähten gedrehte Stahltrosse L (in Abb.
i punktiert), welche lang genug sein muß, um den Ballon in die gewünschte Höhe steigen
lassen zu können, zu einer metallischen Rolle 3 und von da zu einer von der
Erde gut isolierten Winde W. Mittels dieser kann der Ballon, welcher mit Wasserstoff
oder Helium gefüllt ist, auf beliebige Höhe (3oo bis 5ooo m) aufgelassen und zum
Nachfüllen und Reparieten zur Erde herabgezogen werden. .
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Der eigentliche Strom wird direkt durch einen Schleifkontakt von der
metallischen Rolle 3 oder vom Draht oder auch von der Winde oder gleichzeitig
von allen dreien durch Bürsten (3, 3a oder 3 b) abgeleitet. Hinter
der Bürste teilt sich die Leitung; sie geht erstens über 12 zur Sicherungsfunkenstrecke
8 von da zur Erdleitung Er und zweitens über Elektromagnet
S,
Punkt 13 zu einem zweiten losen Elektromagneten mit regulierbarer MTicklung
S, dann zur Funkenstrecke 7 und zur zweiten Erdleitung E,
Der
eigentliche Arbeitsstromkreis wird gebildet durch die Funkenstrecke 7, Kondensatoren
5
und 6 und durch die primäre Spule 9; bier wird die durch oszillatorische
Entladungen gebildete statische Elektrizität gesammelt und in elektromagnetische
Schwingungen von hoher Wechselzahl verwandelt.
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Zwischen den Elektromagneten S, und S,
beim Kreuzungspunkt
13, sind vier Kondensatorenbatterien enigeschaltet, die in der Zeichnung nur schematisch
durch je einen Kondensator dargestellt sind. Zwei dieser Batterien 16 und
18 sind als Plattenkondensatoren ausgeführt und durch die regulierbaren Induktionsspiralen
17 und ig verlängert, die beiden anderen ?u und 23 sind Induktionskondensatoren.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind die vier Kondensatorenbatterien 16, 18,
21 und 7,3 nur mit j e einem Pol an die Antenne oder an die Sammlerleitung
angeschlossen. Die zweiten Pole 17, ig, 22 und 24 stehen offen. Bei Plattenkondensatoren
ohne Induktionswiderstand wird eine Induktionsspirale angeschlossen. Der Zweck einer
solchen Spirale ist die Phasenverschiebung des Induktionsstromes um eine Viertel
Periode, während der Ladestrom der in der Luft freiliegenden Kondensatorpole auf
die Sammlerantenne zurückwirkt. Dies hat seinerseits zur Folge, daß bei Entladungen
in der Sammlerantenne die Induktionsrückwirkung der freien Pole eine höhere Spannung
in der Antennensammlerleitung aufrechtzuerhalten erlaubt, als dieses sonst der Fall
wäre. Auch habt sich gezeigt, daß solche Rückwirkung die Erscheinungen des Spitzenwiderstandes
äußerst günstig beeinflußt, indem sie diesen erheblich herunterdrückt. Selbstverständlich
kann der Induktionskoeffizient nach Belieben in den Grenzen der durch die Induktionsspule
gegebenen Größenordnung reguliert werden, indem man die Länge der S#pule durch eine
induktionslose Drahtverbindung verändert (s. Abb. i Ziffer 2o).
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Auch S, und S, können mit solchen Reguliervorrichtungen
versehen werden (bei S, durch ii dargestellt). Bildet sich Überspannung,
so wird diese, da sie für die Anlage gefährlich ist, durch Leitung ig, und die Funkenstrecke
8 oder durch eine sonstige Apparatur zur Erde abgeleitet.
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Die Wirkung dieser Kondensatorenbatterien ist schon in dem Hauptpatent
beschrieben worden.
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Durch die kleinen Kreise auf dem Sammlerballon sind Stellen angedeutet,
an denen Zinkamalgam oder Goldamalgam oder sonstige photoelektrisch wirkende Metalle
in Form von kleinen Flecken in äußerst dünnen Schichten (o,oi bis 0,05 mm
stark) auf die B.allonhülle aus Leichtmetall angebracht sind. Man kann solche M-etaRflecken
auch auf dem ganzen Ballon sowie auf dem Leitungsnetz in größerer Dichte anbringen.
Dadurch wird der Kollektorstrom am Tage erheblich verstärkt. Die größtmöglichen
Effekte in der Sammlung können durch Poloniumamalgame usw. erzielt werden.
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Auf der Oberfläche des Sammlerballons sind längs der Rippen ferner
metallische Spitzen oder Nadeln befestigt, die besonders zur Sammlung des Kollektorstromes
dienen.
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Es ist bekannt, daß der Spitzenwiderstand desto kleiner ist,
je schärfer die Spitze ist. Daher ist es für diesen Zweck äußerst wichtig,
möglichst scharfe Spitzen zu verwenden. Diesbezügliche Untersuchungen haben ergeben,
daß auch die Ausführung des Spitzenkörpers eine große Rolle spielt, z. B. haben
aus Stangen oder Walzen hergestellte Nadeln mit glatten Mantelflächen als Kollektorsammlerspitzen
einen mehrfach größeren Spitzenwiderstand als solche mit rauhen Flächen. Verschiedene
Arten von Spitzenkörpern wurden für die oben beschriebenen Sammlerballons untersucht.
Das beste Resultat gaben Spitzen, die nach folgender Methode hergestellt waren:
Aus Stahl, Kupfer, Nickel oder Kupfer-Nickel-Legierungen hergestellte feine Nadeln
wurden in Bündel zusanunengebunden und dann als Anode mit den Spitzen in einen geeigneten
Elektrolyten gebracht (am besten in Salzsäure oder salzsäuren Eisenlösungen) und
so bei 2 bis 3 Volt Spannung mit ,chwachem Strom geätzt. Nach zwei bis drei
Stunden, je nach Dicke der Nadeln, werden die Spitzen äußerst scharf, und
die Spitzenkörper bekommen rauhe Flächen. jetzt kann das Bündel herausgenommen werden;
die Säure wird mit Wasser abgespült. Dann werden
die Nadeln als
Kathode in einem Bad (bestehend aus einer Lösung von Gold-, Platin-, Iridium-, Palladium-
oder Wolframsalzen oder deren Mischungeii) auf der Kathode galvanisch mit einer
dünnen Edelmetall-- chicht bedeckt, die aber nügend fest ein muß, um vor atmosphäri#
eher Oxydation zu schützen. Solche Nadeln wirken bei -,ofach niedriger Spannung
fast eben so gut wie die besten und feinsten auf mechanicchem Wege hergeetellten
Spitzen. Noch bessere Resultate werden erzielt, wenn man bei der Erzeugung der zehützenden
Schicht im galvanischen Bad Polonium- oder Radiumsalze hinzufügt. Solche Nadeln
verlieren ihren Spitzenwiderstand Schon bei i Volt und noch geringerer Spannung
und zeigen eine ausgezeichnete Kollekterwirkung.
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In Abb. i waren die drei freiliegenden Pole untereinander nicht parallel
geschlossen. Das ht in der PraNis gut möglich, ohne das Prinzip der freiliegenden
Pole #,on-,t zu verändern. Es ist ferner zweckmäßig, eine Reihe von Sammlerantennen
zu einem gemeinsamen Sammlernetz unter t#ich parallel zu Abb. 2 veranschaulicht
ein Schema für eine solche Anlage. A" A., A, A, sind vier metalli,che
Sammlerballons mit elektrolytisch herge-,telltem, bei Anwesenheit von Polonium-
Emanationen oder von Radiumsalzen vergoldeten oder platinierten Nadeln, die über
vier Elektromagnete S, S." S, S, durch eine Ringleitung
R verbunden sind. Von dieser Ringleitung gehen vier Leitungen über vier weitere
Elektromagnete Sa, Sb, Se, Sd zum Vereinigungspunkt 13. Dort teilt
sich die Leitung, die eine geht über 1:2 und über Sicherung-,funkenstrecke
8 zur Erde bei Ei,
die andere über Induktionswiderstand J und Arbeitsfunkenstrecke
7 zur Erde E- Um die Aibeitsfunkenstrecke 7 ist der A#beitsstromkreis
nebengeschaltet, bestehend an-, den Kondensatoren 5 und 6 und aus
einem Resonanzmotor oder einem oben schon beschriebenen Kondensatormotor
31. Statt letztere direkt anzuschließen, kann man selbstverständlich auch
den primären Kreis für hochschwingende Ströme einschalten.
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Die Kondensatorenbatterien werden mit einem Pol an die Ringleitung
R angeschlossen, und zwar entweder induktionslos (16 und 18) oder als Induktionskondensatoren
(,->i und 23)
ausgefühit. Die freiliegenden Pole der induktionslosen Kondensatoren
sind durch 17 und ig, die der Induktionskondensatoren durch ?,2 und 24 dargestellt.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, können alle diese Pole 17, 2:2, 19, 24 untereinander
durch eine #nveite Ringleitung parallelgeschaltet werden, ohne befürchten zu müssen,
daß dadurch das Prinzip der freien Poleinschaltung verletzt wird. Außer den bereits
angegebenen Vorzügen ermöglicht die Parallelschaltung noch den 2#rbeitz-spannungsausgleich
im ganzen Sammlernetz. Man kann ferner in die Ringleitung der freien Pole noch geeignet
konstruierte und berechnete Induktionsspulen 25
und 20 einschalten, durch
welche in der sekundären Wicklung 27 Und 28 ein Stromkreis gebildet wird,
der es gestattet, den in dieser Ringleitung durch Schwankungen der Ladungen oder
dergleichen Erscheinungen auftretenden Strom -Li. messen oder sonst auszunutzen.