elektrischen Effekte zu studieren, bestand aus einer Spule mit einem

Innendurchmesser von ca. 5 cm, einem Außendurchmesser von ca. 20 cm und einer

Höhe von ca. 6 cm, auf der ich ca. 5 Kg 0.17 mm dicken Kupferlackdraht

aufgewickelt hatte.

Der Widerstand der Spule betrug 21,3 KOhm und die Induktivität 423 Henry.

Sie wurde über den Betrag des komplexen Wechselstromwiderstandes bei einer

Messung von Strom und Spannung in der Spule bei 50 Hz Netzfrequenz berechnet.

In die Spule konnte ein zylinderförmiger Kobalt-Samarium-Permanentmagnet

gesteckt werden.

Bild 26 : Meine erste Spule mit hereingestecktem Magneten

Über ein von einem Funktionsgenerator angesteuertem mechanischen Relais wurden

nun verschiedene Betriebsspannungen (bis max. 1240 Volt) aus einem Netzteil auf die

Spule mit einer Frequenz bis zu 30 Hertz gepulst.

Über einen Shunt konnte der Spuleneingangsstrom oszilloskopiert werden.

Beim Einschalten (ohne Magnet in der Spule) des Relais konnte ein kaum sichtbarer

und sehr kurzer positiver Strompeek (im usec Bereich), der für die Aufladung der

Spulenkapazität verantwortlich war und danach der typische

i (t)= Ub/R * [1-exp(-t/tau)] Einschaltstromverlauf in der Spule beobachtet werden.

Beim Abschalten des Stroms sah man dann auch negative Stromspikes, die wieder

zurück zur Spannungsquelle flossen und durch den oszillierenden Funken am sich

öffnenden Relaiskontakt auch mit Hochfrequenzschwingungen überlagert waren.

Aber auch mit in der Spule hoch und heruntervibrierendem Magnet war die Fläche

unter dem Eingangsstrom immer größer als die Fläche des Rückstromimpulses.

Bild 27 : Negative Stromspikes beim Abschalten der Induktivität von der Betriebsspannung (Darstellung: Spulenstrom über Zeit)

Es sah so aus, als ob doch nur die in der Spule gespeicherte magnetische Energie:

WL= 0,5*L*I2(Formel gilt nur für Betrachtung ohne Magnet in der Spule, nur dann

ist L konstant) zurückgespeist und im Funken "verbraten" wurde.

Diese ersten Messungen waren aber zu grob und qualitativ, um etwas über

Wirkungsgrade aussagen zu können.

Ferner sollte laut Newman seine eigene Linearmaschine hauptsächlich die

Überschußenergie im Hochfrequenzbereich abgeben und da mir kein HF-Wattmeter

zur Verfügung stand, beschloß ich, daß es das Beste wäre, eher die erste Maschine

von Newman, die auch viel besser dokumentiert ist, im kleinen nachzubauen.

Meine 2. Maschine bestand dann aus einem ca. 30 cm hohen Spulenkörper mit einem

offenen Innendurchmesser von ca. 24 cm, der mit ca. 9 Kg 0.1 mm dickem Kupferlackdraht bewickelt war.

Bild 28 : Meine 2. Spule Bild 29: Im Inneren der rotierende Magnet

Der ohmsche Widerstand dieser Spule betrug 267 KOhm und sie hatte eine

Induktivität von 4000 Henry (ermittelt über die Zeitkonstante: L=tau*R, Messung der

Zeit bis zum Erreichen des 0,69-fachen Endwertes des Spulenstroms nach dem

Einschalten einer konstanten Spannung)

Durch die vielen tausend Windungen hatte die Spule natürlich auch eine Kapazität.

Sie konnte aber aus Zeitmangel nicht ermittelt werden.

Bild 30: Innenansicht der Spule Bild 31: Sich drehender Stabmagnet in der

mit Magnetrotor und Kommutator Spule auf der Welle

In der Spule wurde dann ein Bariumferritstabmagnet-Rotor mit einem mechanischen

Kommutator auf der Welle positioniert.

Bild 32: Bariumferrit Permanentstabmagnet

Bild 33: Rotorwelle mit Kugellager

Bild 34: Bronzerad als Kommutator-Schleifkontakt

Bild 35: Nylonscheibe mit verdrahteten Messingschrauben am Rand als Kommutator

Bild 36: Verbundene Schrauben am Bild 37: Kommutator von der Welle Rand des Kommutators aus gesehen

Bild 38: Welle mit Rotormagnet und

Bild 39: Bronzerad dreht sich in Kommutator Vertiefung der Nylonscheibe und stellt Kontakt zu den Schrauben her

Bild 40: Nylonscheibenganzansicht

Bild 41: Meßaufbau zusammen mit den in Reihe geschalteten 9Volt Batterien

Die elektrische Verschaltung wurde wie im Prinzipschaltbild(Bild 3) durchgeführt, nur wurden die 4 in Serie geschalteten Leuchstofflampen durch eine 36 Watt-Röhre

plus Kondensator in Reihe ersetzt. So macht das auch Newman bei seiner Linearmaschine und dem Fan-Motor.

200 Stück 9 Volt Kohle Zink Blockbatterien in Serie geschaltet, bildeten die

Spannungsversorgung der Maschine. Das ergab am Anfang eine Eingangsspannung

von 1845 Volt.

Der Magnet-Rotor drehte sich bei dieser Versorgungsspannung mit ca. 2

Umdrehungen pro Sekunde.

Dabei ergab sich ein gemittelter Eingangsstrom in die Maschine, direkt mit einem

Drehspulmilliamperemeter hinter dem "Plus"-Anschluß der Batterie gemessen, von

ungefähr 2 bis 5 mA, je nachdem wie groß (8,2 nF bis 66 nF) der Kondensator

gewählt wurde, der in Serie mit einer 36 Watt Leuchtstoffröhre, parallel zur Spule

geschaltet wurde (zum Schutz des Kommutators und der Spule).

[Der Kondensator wurde als Schutz vor dem Kurzschließen der Batterie durch nur

die eine Leuchtstofflampe verwendet. Ohne Kondensator hätte man bei dieser hohen

Betriebsspannung sehr viele Leuchtstoff-Röhren in Serie schalten müssen, um eine

höhere "Summen-Brennspannung" als die Batterieversorgungsspannung zu erreichen.]

An einem abgeschirmten Shunt von 10 Ohm oder wahlweise 100 Ohm (rein ohmsch

bis über 200 MHz), der direkt in Serie mit der Spule geschaltet wurde, konnten nun

mit einem ungeerdeten Oszilloskop die Spulen-Ströme betrachtet werden.

Hierbei konnten dann auch zum ersten Mal die "staircase current spikes", die in

Newmans Buch[1] auf Seite 37 beschrieben sind, beobachtet werden.

Bei mir hatten sie allerdings nur eine Maximalamplitude von 50 bis 120 mA und eine

Dauer von 1 bis 2 msec, je nachdem welchen Kondensator ich in Reihe mit der 36

Watt Leuchtstoffröhre schaltete.

Diese "staircase current spikes" waren also eindeutig, auch durch den Shunt

fließende, Auf- und Entladungsströme des in Reihe mit der Leuchtstofflampe

liegenden Kondensators.

Wurde der Kondensator weggenommen und durch mehrere in Reihe geschaltete

Leuchstoffröhren ersetzt, so waren nur noch ca. 1 usec lange, exponentiell

abklingende HF-Bursts vorhanden.

Bild 42: HF-Strom-Bursts auf den Bild 43: Exponentiell abklingender

Spulenzuleitungen , Eingangsstrom ca. 1 usec langer Einzelburst

(2-5 mA) nicht sichtbar, Ablenkung: mit einer Anfangsamplitude von

100 mA/20 msec pro Kästchen in ca. 2 Ampere( Grundschwingung

y / x Richtung ca. 10 MHz)

Da dann aber durch einen Funkenüberschlag im Inneren fast die halbe Spule

kurzgeschlossen und damit unbrauchbar wurde und der Magnetrotor auch noch zu

klein war, beschloß ich, noch eine 3. Maschine zu bauen, an der man dann auch

endlich genauere Messungen anstellen konnte, z.B. die Bestimmung der mechanischen

Verlustleistung des Rotors.

Für meine 3. und letzte gebaute Newmanmaschine verwendete ich wieder den von

der 2. Maschine noch vorhandenen Spulenkörper und wickelte insgesamt ca. 4,65 Kg

0,17mm dicken Kupferlackdraht, über drei Teilspulen verteilt, darauf auf.

Die Spule bestand jetzt also aus drei Teilspulen: LÊ-Ë, LÌ-Í und LÎ-Ï.

Sie hatte entsprechend 6 Anschlüße.

Bild 44: Meine 3. Maschine Bild 45: Meine 3. Maschine von oben

gesehen

Den Magnetrotor stellte mir freundlicherweise Herr Reuss aus Bad Nauheim zur

Verfügung.

Er besteht aus einem aus 11 übereinandergeklebten Lautsprecher-Permanentmagneten

hergestellten Stabmagnet, der durch eine Aluminium-Rohr-Halterung mit der

Rotationswelle verbunden ist.

Inwieweit das Aluminium-Rohr als Sekundärwicklung in der Spule wirkte und z. B.

durch eventuelle Wirbelstromverluste in die Energiebilanz mit eingreifen würde,

konnte leider nicht untersucht werden.

Bild 46: Magnetrotor von oben Bild 47: Magnetrotor von der Seite

Auf der einen Außenseite der Rotationswelle wurde mein, noch von der 2. Maschine

vorhandener Nylon-Scheiben-Kommutator befestigt und auf der anderen Seite über

eine dazugebaute Umlenkwelle (Newmanantriebswelle) eine Möglichkeit geschaffen,

durch ein verschiebbares Zahnradpaar, einen externen 12 oder 24 Volt

Gleichstrommotor zum Antrieb dieses ganzen "Rotorgebildes" zu benutzen.

Bild 48: Kommutator an der Seite Bild 49: Abstandshalterung auf dem Holzboden

So konnte die Spule bequem über den Magnetrotor geschoben werden, so daß sich

der Magnet mit seiner Welle und dem Kommutator, genau in der Mitte des

Spuleninneren plaziert, befand.

Weil die Spule auf einer Abstandshalterung stand, konnte so die Verbindung zu dem

externen Antriebsmotor durch die Umlenkwelle (Newmanantriebswelle) unterhalb der Spule stattfinden.

Bild 47: Magnetrotor, 4 Leuchtstoffröhren 18 Watt

und Spule einzeln gesehen

Hier die genauen Daten der 3.Maschine, auf die sich auch alle folgenden Messungen

und Meßwerte beziehen:

Magnetmaterial: Bariumferrit OX 300 , 11 Lautsprechermagnete übereinandergeklebt,

wie ein Stabmagnet polarisiert.

Magnetflußdichte an der Oberfläche des Magneten: BRemanenz= 170-190 mT (mit

Bell 640 Incremental Fluxmeter Flußdichtemeßgerät ermittelt)

Spule: Die Spule wurde aus 3 einzelnen Teilspulen übereinander gewickelt, um auch

einmal den Strom in der Spule messen zu können.

Durchmesser des Kupferlackdrahtes : 0.17 mm.

Länge des Drahtes aller 3 Spulen : ca. 22250 Meter.

Gewicht des gesamten Kupferdrahtes : 4.65 Kg

Innendurchmesser des Spulenkörpers : ca. 24 cm.

Höhe der Spule : ca. 30 cm.

Spulenwiderstände der einzelnen Teilspulen:

RL1-2: 9,0 KOhm

RL3-4: 2,4 KOhm Gesamtwiderstand aller 3 Teilspulen : 16,9 KOhm.

RL5-6: 5,5 KOhm

Die Induktivität der Gesamt-Spule wurde wiederum über die Zeitkonstante der

Spule T= L/R gemessen. Sie betrug : L1-6: 170 Henry.

Windungszahl aller 3 Teilspulen zusammen : ca. 29000.

Leuchtstofflampen: 4 * 18 Watt Typen in Serie geschaltet.( Braucht man für den

Schutz des Kommutators und als dynamischen Abschlußwiderstand für die Spule;

sehr wichtig !)

Übersetzungsverhältnis der Koppelzahnräder : 1 zu 3.25 ( vom 12 bzw. 24 Volt

Motor zur Newmanantriebswelle , 3.25 fache Geschwindigkeit der angekoppelten

Newmanantriebswelle gegenüber der Motorgetriebewelle ).

Übersetzungsverhältnis von der Newmanantriebswelle zur rotierenden Magnetwelle :

3.75 zu 1.

Resultierendes Gesamtübersetzungsverhältnis vom 12 bzw. 24 Volt Motor zum

rotierenden Magneten : 3.25/3.75 = 0.8666.