Elektromechanische Oszillatoren wurden ursprünglich als isochrone (d. h. frequenzstabile) Wechselstromquellen für den Einsatz in Funksende- und -empfangsgeräten entwickelt. Wenn in der Theorie dynamischer Systeme die Frequenz eines Oszillators nicht von seiner Amplitude abhängt, wird er als isochron bezeichnet. Elektromechanische Geräte arbeiten unabhängig von Änderungen der Antriebskraft mit der gleichen Geschwindigkeit. Dadurch wird eine konstante Frequenz (Hz) beibehalten.

Ein einfacher mechanischer Oszillator, der in frühen Experimenten verwendet wurde – die ursprüngliche Kolbendampfmaschine
, die später mit einer Spule und einem Magnetfeld ausgestattet wurde, um einen Strom mit genau konstanter Frequenz zu erzeugen

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Von Paul Aitson.

Ein großes Lob an Dr. Tesla für die Entwicklung des Oszillators. Aber hier ist eine grobe Darstellung seiner Arbeit. Bitte beachten Sie, dass dieses Diagramm nicht maßstabsgetreu ist. Der eigentliche Kolben im Oszillator bewegt sich über eine Distanz von [1/“max 3/8″]. Möglicherweise fällt Ihnen auf, dass der untere Teil des Bruchs unter 1 fehlt. Das ist ein kleines Rätsel, da ich noch nie ein Buch gesehen habe, auf dem die tatsächlichen Zahlen aufgedruckt waren. Die Größe könnte nur 1/1000 betragen und die Drucker waren möglicherweise nicht in der Lage, es zu drucken.

Eine der Haupteigenschaften dieses Oszillators besteht darin, dass er mit nur geringer Energiezufuhr ein großes Gewicht (Spule) bewegen kann. Dies ist auf die leichte Bewegung des Kolbens und die Federwirkung zurückzuführen, die durch das Auftreffen des Kolbens in der geschlossenen Kammer entsteht. Die Luft in der Kammer wird komprimiert und wirkt als Feder, die den Kolben in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Gleichzeitig richtet sich der Schlitz im Kolben auf den Einlass aus und der hohe Druck treibt den Kolben wie eine Rakete zum anderen Ende, wo er wieder auf die „Luftfeder“ prallt.

In diesem Diagramm nicht dargestellt ist das elektromagnetische Spulensystem, das auch die Kolbenfrequenz steuert. Ich werde so bald wie möglich weitere Zahlen nachreichen.

Zwei Elektromagnete auf beiden Seiten der Welle. Im Diagramm scheint die Spule einen Durchmesser von etwa einem Fuß zu haben. Wenn die Welle stillsteht, sind an jedem Ende der Welle zwei Spulenpaare angebracht, eines auf jeder Seite des Magnetfelds eines Elektromagneten. Durch das Anklopfen der Welle wird die Spule in das elektromagnetische Feld gedrückt. Wenn eine Spule in ein elektromagnetisches Feld eintritt, fließt Elektrizität durch die Spule auf der anderen Seite der Welle, wodurch die Spule vibriert. Dies ähnelt (seltsamerweise) den Vibrationen, die von einer Teslaspule erzeugt werden. Außerdem wird eine Anordnung von Kondensatoren erwähnt, die eine elektrische Feldspule, ähnlich einer Teslaspule, mit Strom versorgen.

Nikola Teslas Erfindungen, Forschungen und Schriften – Kapitel 18: Teslas mechanische und elektrische Oszillatoren

Am Freitagabend, dem 25. August 1893, hielt Tesla auf der World’s Columbian Exposition in Chicago vor Mitgliedern des Electrical Congress in einem Saal neben der Agricultural Hall einen Vortrag über seine mechanischen und elektrischen Oszillatoren. Zusätzlich zu der im Raum vorhandenen Ausrüstung verwendete er einen Luftkompressor, der von einem Elektromotor angetrieben wurde.

Tesla stellte seine Theorie von Dr. Elisha Gray vor und erklärte zunächst, dass das Problem, das er zu lösen versuche, darin bestehe, einen Mechanismus zu konstruieren, der Schwingungen mit einer vollkommen konstanten Periode über den größtmöglichen Bereich hinweg erzeuge, und zwar unabhängig vom angelegten Dampf- oder Luftdruck und unabhängig von Reibungsverlusten und Belastung. Zweitens musste er unabhängig von den Betriebsbedingungen absolut konstante Ströme erzeugen und diese Ströme mithilfe eines Mechanismus erzeugen, der zuverlässig war und ohne den Einsatz von Funkenstrecken oder Unterbrechungen funktionierte. Dies ist ihm mit seiner eigenen Ausrüstung erfolgreich gelungen. Und mit diesem Gerät verfügen Wissenschaftler über alles, was sie für präzise Untersuchungen von Wechselstrom benötigen. Tesla nannte diese beiden Erfindungen den mechanischen Oszillator bzw. den elektrischen Oszillator. Das ist ein sehr passender Name.

Ersteres ist wie folgt aufgebaut: Durch die richtige Anordnung der Teile wird der Kolben im Zylinder zu einer automatischen Hin- und Herbewegung veranlasst, ähnlich einem hin- und hergehenden Werkzeug. Tesla wies darauf hin, dass er keine Mühen gescheut habe, seine Geräte so zu perfektionieren, dass sie bei den von ihm angestrebten hohen Frequenzen effizient arbeiten. Auf die vielen Schwierigkeiten, mit denen er konfrontiert war, ging er jedoch nicht näher ein. Allerdings fand er Teile von Stahllagern, die tatsächlich auseinandergerissen worden waren, als sie auf einem extrem dünnen Luftkissen vibrierten.

In Verbindung mit dem oben erwähnten Kolben verfügt eines seiner Modelle über eine Luftfeder oder einen Stoßdämpfer in einer separaten Kammer.

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Alternativ wird eine Feder in einer Kammer im Oszillator selbst platziert. Um diese Schönheit zu würdigen, genügt es festzustellen, dass in der von ihm gezeigten Anordnung die Schwingungen der Feder immer isochron mit dem ausgeübten Druck sind, unabhängig von der Steifheit der Feder oder dem Gewicht der beweglichen Teile und damit von der Schwingungsperiode. Aus diesem Grund sind die Ergebnisse, die Sie mit diesen Vibrationen erzielen, wirklich erstaunlich. Tesla entwickelte eine extrem steife Luftfeder, die es ihm ermöglichte, den Rückstoß der Feder zu nutzen, um ein großes, schweres Objekt unter Berücksichtigung der Trägheit mit extrem hoher Geschwindigkeit in Schwingungen zu versetzen. In einem Experiment lässt er beispielsweise ein Gewicht von etwa 20 Pfund mit einer Frequenz von etwa 80 Mal pro Sekunde mit einem Hub von etwa 7/8 Zoll oszillieren. Durch die Verkürzung des Hubs ist es jedoch möglich, das Gewicht mehrere hundert Mal oszillieren zu lassen, was in anderen Experimenten auch gelungen ist.

Um die Vibration auszulösen, ist ein kräftiger Schlag erforderlich. Nach der Einstellung kann sie jedoch mit sehr geringer Kraft ausgelöst werden. Der Start kann auch ohne besondere Maßnahmen durch plötzliches Aufdrehen des Drucks erfolgen. Die Schwingungen sind selbstverständlich isochron, so dass Druckänderungen lediglich zu einer Verkürzung oder Verlängerung des Hubs führen. Tesla lieferte zahlreiche Zeichnungen, die den Aufbau seines Geräts anschaulich darstellten und dessen Funktionsweise klar verständlich machten. Es werden besondere Maßnahmen ergriffen, um den Druck im Stoßdämpfer an den Außenluftdruck anzupassen. Zu diesem Zweck ist die innere Kammer des Stoßdämpfers so konstruiert, dass sie zur Außenluft hin offen ist, sodass die eingeschlossene Luft unabhängig von Temperaturschwankungen die gleiche durchschnittliche Dichte wie die Außenluft behält, was zu einer Feder mit konstanter Steifigkeit führt. Natürlich ändert sich der atmosphärische Druck, wodurch sich die Steifigkeit der Feder und damit auch die Schwingungsdauer ändert. Diese Funktion ist einer der großen Vorteile dieses Geräts. Denn wie Tesla betonte, funktioniert dieses mechanische System genau wie eine zwischen zwei Punkten gespannte Saite, wobei die Knotenpunkte so fixiert sind, dass leichte Spannungsänderungen die Schwingungsperiode überhaupt nicht verändern.

Die Einsatzmöglichkeiten eines solchen Geräts sind natürlich vielfältig und offensichtlich. Das erste Ziel besteht natürlich darin, elektrischen Strom zu erzeugen. Tesla demonstrierte dies anhand verschiedener Modelle und Apparaturen auf seinem Rednerpult.

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Er praktizierte dies, indem er einen Dynamo mit einem Oszillator kombinierte. Er wies darauf hin, welche Bedingungen eingehalten werden müssen, damit die Schwingungsperiode des elektrischen Systems mit den mechanischen Schwingungen interferiert und deren Periodizität nicht verändert, sondern lediglich ihre Hübe verkürzt. Er kombinierte die Selbstinduktion mit einem Kondensator, um dem elektrischen System die gleiche Periode zu verleihen, in der die Maschine selbst vibrierte. Dadurch werden beide synchronisiert und es entsteht eine elektrische und mechanische Resonanz, die völlig unverändert bleibt.

Als nächstes demonstrierte er ein Modell eines komplizierten Getriebemotors. Diese Ströme ermöglichten es dem Motor, unabhängig vom Luftdruck mit konstanter Geschwindigkeit zu laufen, was ihn für den Einsatz als Uhr geeignet machte. Er zeigte auch, dass eine auf diese Weise angetriebene Uhr an einen Oszillator angeschlossen werden konnte und die Zeit genau anzeigen konnte. Ein weiteres interessantes Merkmal, auf das Tesla hinwies, war, dass man die Bewegung eines hin- und hergehenden Kolbens nicht mit einer Feder steuern musste, um isochrone Schwingungen zu erzielen, sondern dass man mechanische Bewegungen tatsächlich durch die natürlichen Schwingungen eines elektromagnetischen Systems steuern konnte. Der Fall war sehr einfach und dem des Pendels sehr ähnlich. Nehmen wir also an, wir hätten ein sehr schweres Pendel, vorzugsweise eines, das durch die Anwendung einer periodischen Kraft in Schwingung gehalten werden könnte. Diese Kraft kann das Pendel, unabhängig von ihrer Schwankung, zum Schwingen bringen, ihre Periode kann sie jedoch nicht steuern.

Tesla erklärte auch einige sehr interessante Phänomene mithilfe von Experimenten. Mit diesem neuen Gerät ist es möglich, einen Wechselstrom zu erzeugen, bei dem die elektromotorische Kraft des Impulses in einer Richtung gegenüber der in der anderen überwiegt, wodurch der Effekt eines Gleichstroms entsteht. Tatsächlich äußerte Tesla die Hoffnung, dass diese Ströme als Gleichstrom für viele Zwecke genutzt werden könnten. Er erklärt dieses Prinzip der dominanten elektromotorischen Kraft wie folgt: „Angenommen, ein Leiter würde in ein Magnetfeld hineinbewegt und dann plötzlich zurückgezogen. Würde der Strom nicht verzögert, wäre die geleistete Arbeit gering. Würde der Strom jedoch verzögert, würde das Magnetfeld wie eine Feder wirken. Stellen Sie sich vor, der Strom hätte die Bewegung des Leiters gestoppt und in dem Moment, in dem der Strom aufhörte zu fließen,

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fließe ein maximaler Strom im Leiter. Dieser Strom würde den Leiter gemäß der Lenzschen Regel wieder aus dem Magnetfeld herausdrücken, und wenn der Leiter keinen Widerstand hätte, würde er sich mit der gleichen Geschwindigkeit aus dem Feld herausbewegen, mit der er in das Feld eingetreten ist.Wenn eine mechanisch ausgeübte Kraft zeitlich so gesteuert werden kann, dass sie dem Leiter hilft, dem Magnetfeld zu entkommen, anstatt sich auf einen elektrischen Strom zu verlassen, ist es für den Leiter offensichtlich möglich, dem Feld schneller zu entkommen, als er in es eingetreten ist. Dies hat zur Folge, dass ein Impuls das andere elektromagnetische Feld dominiert.

Durch einen solchen Stromfluss erregte Tesla den Magneten stark und führte viele interessante Experimente durch, die bewiesen, dass einer der Impulse des Stroms überwog. Bei einem davon war der Oszillator mit einem Ringmagneten mit einem kleinen Luftspalt zwischen den Polen ausgestattet. Der Magnet schwang 80 Mal pro Sekunde auf und ab. Als eine Kupferscheibe in den Spalt des Ringmagneten eingeführt wurde, rotierte sie schnell. Tesla sagte, dieses Experiment scheine zu zeigen, dass der Fluss elektrischen Stroms durch eine Metallmasse durch die Anwesenheit eines Magneten auf eine Weise gestört werde, die völlig unabhängig vom sogenannten Hall-Effekt sei. Er zeigte auch eine sehr interessante Möglichkeit der Verbindung mit einem vibrierenden Magneten. Dies wurde dadurch erreicht, dass man einen kleinen isolierten Eisenstab am Magneten befestigte und das Ende einer stromführenden Spule mit dem Stab verband. Durch die Vibration des Magneten entstanden auf der Stahlstange stationäre Knotenpunkte, an die die Anschlüsse einer Gleichstromversorgung angeschlossen wurden. Tesla wies auch darauf hin, dass elektrische Ströme, wie sie sein Gerät erzeugt, unter anderem dazu genutzt werden könnten, durch die Erfassung der Resonanzschwingungen eines von vielen Geräten, die an denselben Stromkreis angeschlossen sind, auszuwählen. Es besteht kein Zweifel, dass Teslas Gerät der Synchrontelegrafie mit harmonischen Wellen neue Impulse verleihen und erneut enorme Möglichkeiten eröffnen wird.

Tesla, der über seine neueste Errungenschaft hocherfreut war, bemerkte, dass das von ihm beschriebene Gerät bedeutende Ergebnisse liefern würde, wenn es sich in den Händen von Menschen befände, die sowohl über praktische als auch über wissenschaftliche Kenntnisse verfügten. Er betonte insbesondere, dass es nun möglich sei, die Auswirkungen mechanischer Schwingungen aus allen Richtungen zu untersuchen und wies zudem darauf hin, dass er eine Reihe von Beobachtungen im Zusammenhang mit dem Stahlkern gemacht habe.

Ein großer elektromagnetisch gesteuerter mechanischer Oszillator, der isochrone Schwingungen erzeugt, wurde bei einer Vorführung des Electrical Congress auf der Weltausstellung in Chicago am 25. August 1893 verwendet. Abgebildet in Martin, Abb. 312, S. 490.
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Chicago World’s Fair 1893 – SucheDies

ist eigentlich ein Foto eines elektromagnetischen Oszillators. Achten Sie auf die Größe des Feldmagneten. Diese bestehen aus einer Anzahl flacher Eisenplatten. Durch die Verwendung einer flachen Eisenplatte anstelle einer einzelnen Eisenplatte entsteht ein stärkeres Magnetfeld. Durch die jüngste Forschung mit einer Kombination aus Permanentmagneten und Permanentmagneten und Elektromagneten konnten wir die vom Oszillator verrichtete Arbeit deutlich steigern. In Dr. Teslas Gerät wird einer Magnetfeldspule durch einen Generator elektrischer Strom zugeführt. Durch die Verwendung von Permanentmagneten oder kombinierten Magnetanordnungen kann der den Feldspulen zugeführte Strom reduziert werden, was zu einer erhöhten Leistungsabgabe führt.

Die Kolbenbewegung wurde auf drei verschiedene Arten gesteuert. Wenn Sie die Spulen an beiden Enden einer Welle anschließen und eine Spule vollständig geladen ist, wird die Spule auf der anderen Seite vom Magnetfeld angezogen und infolgedessen mit der gleichen Geschwindigkeit vom Feld abgestoßen, mit der sie in das Feld eingedrungen ist. Die Wellenbewegung wird mechanisch durch eine Luftfeder und den Druck des Arbeitsfluids umgekehrt. Zum Antrieb des Kolbens kann entweder Dampf oder Luft verwendet werden. Bei der Verwendung von Dampf entsteht ein Vakuum, wenn der Dampf in die Ummantelung eintritt und kondensiert. Das am Auslass erzeugte Vakuum erhöht den Dampfdruck am gegenüberliegenden Ende und zieht am Kolben. Die wichtigsten Teile dieses Diagramms können nicht veranschaulicht, aber demonstriert werden. Die Resonanzfrequenz dieser Maschine kann an die Resonanzfrequenz jedes beliebigen Objekts angepasst werden.

Durch Anpassen der elektrischen oder mechanischen Bewegung der Kolben konnte Dr. Tesla die Resonanzfrequenzen von Objekten im Raum anpassen. Er konnte zwischen verschiedenen Objekten in einem Schaltkreis unterscheiden, indem er ihre Resonanzfrequenzen abglich. Mechanische Oszillatoren mussten auf Holzklötzen montiert werden, um Vibrationen zu dämpfen. Dr. Tesla zeigte auch einen Teil einer Stahlwelle, die von einem seiner Oszillatoren in Stücke gerissen worden war.

Das Diagramm in Abbildung 312 zeigt perspektivisch eines der Geräte, die Herr Tesla in seiner frühen Arbeit auf diesem Gebiet verwendet hat. Seine innere Struktur ist im Querschnitt in Abb. 313 zu sehen. Beachten Sie, dass der Kolben P in einem Hohlzylinder C untergebracht ist, der über gerillte Öffnungen OO und I verfügt, die um seinen gesamten Umfang verlaufen. Dieses spezielle Gerät verfügt über zwei Nuten OO für den Auslass des Arbeitsfluids und eine Nut I für den Einlass. Der Kolben P weist zwei Schlitze S S‘ auf, die in einem sorgfältig festgelegten Abstand voneinander angeordnet sind. Ein in ein Loch im Kolben geschraubtes Rohr TT stellt die Verbindung zwischen dem Schlitz S S‘ und jeder der Kammern auf beiden Seiten des Kolbens her, die jeweils mit einem von ihnen entfernt liegenden Schlitz verbunden sind. Der Kolben P ist fest auf die Welle A geschraubt.

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Dieser verläuft durch eine passende Hülse am Ende des Zylinders C. Die Hülse ragt um eine sorgfältig bestimmte Distanz in den hohlen Teil des Zylinders C hinein, was die Länge seines Hubs bestimmt.

Um das Ganze herum befindet sich die Hülle J. Die Hülle dient in erster Linie dazu, den vom Oszillator erzeugten Schall zu reduzieren. Es fungiert auch als Mantel, wenn der Oszillator mit Dampf betrieben wird. In diesem Fall ist die Magnetanordnung etwas anders. Die hier abgebildete Vorrichtung ist für Demonstrationszwecke konzipiert, da sich hierfür am besten Luft verwenden lässt.

Der Magnetrahmen MM ist eng um den Oszillator herum befestigt und enthält Erregerspulen, die zwei starke entgegengesetzte Magnetfelder erzeugen. Der Magnetrahmen besteht aus dünnem Stahlblech. In das so erzeugte starke Magnetfeld werden zwei Spulensätze HH platziert. Die Spule ist auf einem Metallrahmen gelagert, mit der Kolbenwelle A verschraubt und hat auf beiden Seiten zusätzliche Lager in Kästen BB. Das Ganze ist auf einem Metallsockel montiert, der auf zwei Holzklötzen ruht.

Abbildung 313. Diagramm der Funktionsteile eines frühen Tesla-Oszillators. Querschnittsansicht von oben.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Vorausgesetzt, dass das Arbeitsfluid vom Einlassrohr in den Schlitz I fließt und der Kolben sich in der angegebenen Position befindet, genügt es, leicht auf eine der Wellen zu klopfen.

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Das Ende ragt aus Kasten B heraus. Wenn dem Kolben eine Bewegung nach links erteilt wird (siehe Diagramm), strömt Luft durch Schlitz S‘ und Rohr T in die linke Kammer. Der Druck bewegt dann den Kolben nach rechts und die Trägheit bewirkt, dass er sich über seine Gleichgewichtsposition hinaus bewegt, wodurch Luft durch den Schlitz S und das Rohr T in die rechte Kammer strömt. Gleichzeitig wird die Verbindung zur linken Kammer unterbrochen und Luft durch den linken Auslass O ausgestoßen. Beim Rückhub erfolgt auf der rechten Seite ein ähnlicher Vorgang. Diese Vibration wird kontinuierlich aufrechterhalten und kann je nach Luftdruck und Belastung von einer sehr leichten Vibration von weniger als einem Zoll bis zu einer Vibration von knapp über 3/8 Zoll reichen. Es ist recht interessant zu sehen, wie die Glühlampe in diesem Gerät am Brennen gehalten wird.

…Es gab vorher eine Richtung

. Viele Erfinder haben irgendwann einmal darüber nachgedacht, elektrischen Strom dadurch zu erzeugen, dass sie am Kolben einer Dampfmaschine eine Spule oder einen Magnetkern anbringen oder durch die Vibration einer Stimmgabel oder eines ähnlichen Geräts elektrischen Strom erzeugen. Aus technischer Sicht hat ein solcher Mechanismus jedoch eindeutig seine Nachteile. Tesla wies jedoch zu Beginn seines Vortrags darauf hin, dass die Notwendigkeit, einen konstanten Stromfluss zu erzeugen, und die daraus resultierende Bemühung, elektrische Schwingungen auf einfachste und wirtschaftlichste Weise aufrechtzuerhalten, ihn zu einer Reihe von Schlussfolgerungen geführt hätten, die ihn dazu veranlasst hätten, sich mit diesem neuen Forschungsgebiet zu befassen.

Abbildung 27. Ein großer mechanischer und elektrischer Oszillator mit vier vibrierenden Teilen. Es ist im Labor in der Houston Street 46 installiert und liefert einen isochronen Strom mit der gewünschten Wellenfrequenz, Phase und Schwebung.

Das erste, was ich unmittelbar nach dem Abbrennen meines Labors tat, war die Entwicklung dieses Oszillators (Abb. 27). Mir war immer noch klar, dass es unbedingt notwendig war, isochrone Schwingungen zu erzeugen, und dass ein Wechselstromgenerator dies nicht leisten konnte, also baute ich diese Maschine. Es war sehr teuer. Es bestand aus vier Motoren. Die vier Motoren waren paarweise mit einer zentralen isochronen Steuereinrichtung angeordnet, die zudem so eingerichtet war, dass die beiden Motorenpaare in jede beliebige Phase eingestellt werden bzw. jeden beliebigen Takt erzeugen konnten. Normalerweise operiere ich in der Viertelphase. Mit anderen Worten, es wurden Ströme mit einer Phasendifferenz von 90 Grad erzeugt.

Übrigens habe ich mein Gerät gerade zum ersten Mal in der Houston Street installiert. Mit diesem Gerät wurden gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen erzeugt. Ich muss jedoch darauf hinweisen, dass bei anderen, die meine Geräte verwendet haben, aber nicht über die gleichen Erfahrungen wie ich verfügen, gedämpfte Schwingungen aufgetreten sind, während meine Schwingungen fast immer kontinuierlich, also ungedämpft, waren. Weil meine Schaltung so konzipiert wurde, dass sie einen sehr niedrigen Dämpfungsfaktor aufweist. Auch wenn ich mit sehr niedrigen Frequenzen arbeitete, erhielt ich immer eine kontinuierliche, also ungedämpfte Welle, da ich die Schaltung als nicht strahlende Schaltung konzipiert hatte.

Dieses Diagramm (Abb. 28) zeigt die allgemeine Anordnung dieser Motoren, wie sie im Labor in der Houston Street 46 installiert sind. Es sind vier Motoren mit vier vibrierenden Teilen vorhanden, die einen isochronen Strom mit der gewünschten Wellenfrequenz, Phase und Schwebung erzeugen.

Ein einzigartiger Generator oder Teslas früher „Beat“-Empfänger. Es wird durch Druckluft oder Dampf angetrieben, die eine spezielle Membranspule zum Vibrieren bringen.

Der Oszillator (Abb. 29) war ein Hochfrequenzoszillator für isochrone Arbeit, den ich für verschiedene Zwecke einsetzte. Die Maschine bestand aus einem magnetischen Rahmen. Eine entfernte stromführende Spule erzeugte in diesem Bereich ein starkes Magnetfeld. Ich berechnete die Abmessungen so, dass die Stärke des Magnetfelds maximal war. Am äußersten Ende befand sich eine starke Stahlzunge mit einem Leiter. Wenn sie vibrierte, erzeugte sie Schwingungen im Draht. Die Zunge war sehr hart, daher wurde ein spezieller Mechanismus zum Anschlagen vorgesehen, der sie dann in Bewegung setzte und durch Luftdruck in Bewegung hielt. Das vibrierende mechanische System war mit der Elektrizität synchronisiert, und ich erhielt daraus einen isochronen Strom. Es war eine Hochfrequenzmaschine, die ein Geräusch wie das Summen einer Mücke erzeugte; es lag bei etwa 4.000 oder 5.000. Sie hatte ungefähr die gleiche Tonhöhe wie der erste Generatortyp, den ich beschrieben habe.

Natürlich war dieses Gerät nicht für eine große Leistung gedacht, sondern lieferte mir lediglich einen isochronen Strom, wenn ich es in Verbindung mit einem Empfangsgerät betrieb. Schaltkreis. Die Bewegungen der Zunge waren so gering, dass ich ihre Vibration nicht sehen konnte, sie aber spüren konnte, wenn ich meinen Finger dagegen drückte.

Dieses Diagramm (Abbildung 30) zeigt die Details der Struktur. Hier haben wir die Feldspule, einen Leiter in einem starken Magnetfeld, ein Ventil für die Luftzufuhr und einen Stopper zur Begrenzung der Vibration. Je stärker das Feld, desto stärker die Vibration, aber die Änderung der Amplitude stört den Isochronismus nicht.

Nun möchte ich erklären, warum mit diesen Maschinen die besten Ergebnisse bei der Radioarbeit erzielt werden konnten. Sowohl die Maschinen im Labor in der Houston Street als auch in der South Fifth Avenue 35 waren Mittel, um Motoren mit perfekter Isochronität am Laufen zu halten. Mit anderen Worten: Wenn an diese Maschinen ein Synchronmotor angeschlossen und mit phasenverschobenen Strömen betrieben wird, erzeugt er eine absolut gleichmäßige und zeitlich konstante Rotation. Wird dieser Motor direkt mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt, erzeugt dieser einen Strom mit exakt konstanter Frequenz. Wenn Sie den Generatorstromkreis auf die gleiche Frequenz einstellen, erhalten Sie immer mehr Strom.

Es werden nur allgemeine Beschreibungen dieser Maschinen gegeben. Ich habe jahrelang zu diesem Thema geforscht und es würde lange dauern, alles zu erklären. Diese Maschinen ermöglichen es mir, jede Aufgabe mit einer konstanten Frequenz elektrischen Stroms auszuführen. Der kleine Generator, den ich in meinen Experimenten verwendete, wurde auf diese Weise mit Strom versorgt. Im Zuge dieser Forschungen perfektionierte er eine weitere Methode zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mit absolut konstanter Frequenz, die mit der damals verfügbaren Technologie nicht realisierbar war.

US-Patent Nr. 514.169 – Hubkolbenmotor, 6. Februar 1894 https://www.nuenergy.org/uploads/tesla/US514169.pdf

Als weiterentwickelte Version des Tesla-Oszillators vereint er einen Dynamo und eine Dampfmaschine in einem Mechanismus. Ein doppelter Verbundoszillator, mechanisch und elektrisch, zur Erzeugung einer perfekten und konstanten Dynamofrequenz von 10 PS Strom. („Teslas Oszillator und andere Erfindungen“ von Thomas Commerford Martin, Century Magazine, April 1895, Abb. 2, S. 121)

Bisher haben wir sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromgeneratoren betrachtet, die von gewöhnlichen Dampfmaschinen angetrieben werden. Wahrscheinlich funktionieren 90 % der Hunderttausenden von Generatoren auf der Welt heute auf diese Weise. Der Rest wird durch Wasserräder, Gasmotoren oder Druckluft angetrieben.

Von dem Zeitpunkt an, an dem die Kohle im Kessel verbraucht wird, der die Maschine mit Dampf versorgt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Glühfaden einer Glühlampe leuchtet, entstehen Verluste. Wie bei jedem Zyklus mit Wärmeumwandlung geht ein Teil der Energie verloren. Es ist wie das Eis in einem Eiswagen im Juli, das zerbröckelt und schmilzt, während es die Straße entlangfährt. Tatsächliche Tests haben bewiesen, dass die Energie, die in einer Glühbirne als Licht auftritt, nur 5 Prozent der Energie beträgt, die sie als elektrischen Strom erhält. Bei der Helligkeit einer Gasflamme ist die Effizienz sogar noch geringer. Professor Tyndall schätzt, dass die nutzbaren Lichtwellen einer Gasflamme aufgrund der darin stattfindenden Verbrennung weniger als ein Prozent der Gesamtwellenlängen betragen. Wenn wir es mit einer korrupten Stadtverwaltung zu tun hätten, würde eine solch schreckliche Verschwendung und Ineffizienz nicht toleriert werden. Die traurige Realität ist, dass diese Verschwendung gleichbedeutend mit der gedankenlosen Zerstörung ganzer Wälder für nur ein paar Bäume ist.

Erfinder haben sich mit den Schwierigkeiten auseinandergesetzt, die mit dem Auftreten von enormen Verlusten bei thermischen, mechanischen und elektrischen Prozessen einhergehen. Und es ist sehr wahrscheinlich, dass viele der Verbesserungen bereits an ihre Grenzen gestoßen sind und ihre endgültige Form erreicht haben. Wenn man ein wenig darüber nachdenkt, wird klar, dass eines der Hauptziele darin besteht, bestimmte Schritte bei der Energieübertragung zu eliminieren. Und wenn sowohl im Motor als auch im Generator erhebliche Verluste auftreten, ist es offensichtlich, dass eine Kombination beider Geräte sinnvoll ist. Alte elektrische Leuchttürme und Straßenbahnkraftwerke sind komplizierte Labyrinthe aus Bändern und Schächten. Bei letzterem Kraftwerk sind Motor und Generator direkt an eine Basis gekoppelt.

Dies stellt eine große Verbesserung dar, allerdings bleiben bei einem Dynamo einige der Drahtspulen immer ungenutzt und der Motor ist immer noch ein komplexer Mechanismus. Das einzige, was tatsächlich Arbeit verrichtet, ist der Dampfzylinder mit seinem Kolben, und all die anderen imposanten Ansammlungen von Schwungrädern, Regelkugeln, Exzentern, Ventilen usw. dienen der Steuerung und Regulierung.

Zunächst einmal entfernt Teslas Oszillator alle diese Kontrollmechanismen aus dem Motor. Der Spielverlust im Draht des Rotors wurde dadurch ausgeglichen, dass man die Spulen, in denen der Strom erzeugt wurde, hin- und herbewegte, sodass die „Magnetlinien“ des Magneten durchtrennt wurden und die Wirkung auf sie in allen Richtungen gleich war. Und seine größte Leistung bestand darin, dass er es ermöglichte, mechanische Bewegungen durch elektrischen Strom zu steuern. Egal wie präzise die Steuerung des Motors ist, der einen herkömmlichen Dynamo mit Rotoranker antreibt, es kommt immer zu Unregelmäßigkeiten bei der Stromerzeugung.

Wenn man den Aussagen des Erfinders und von Augenzeugen Glauben schenken darf, sind die Schwingungen des elektrischen Stroms bei Teslas Oszillator so vollkommen stabil und gleichmäßig, dass die Maschine die Zeit so genau anzeigen kann wie eine Uhr. Es war diese extreme Stabilität der Schwingung oder Frequenz, die Tesla anstrebte. Auch wenn die Abweichungen gegenüber älteren Geräten gering sein können, können kleine, häufige Fehler schnell sichtbar werden und die gewünschte Einheitlichkeit und Präzision beeinträchtigen. Hinter der Tendenz zu Unregelmäßigkeiten bei alten elektrischen Geräten verbirgt sich eine ebenso große oder sogar noch größere Tendenz bei Dampfmaschinen. Und vor allem kam es zu entsetzlichen Verlusten durch die ineffiziente Umwandlung der aus dem Brennstoff unterhalb des Kessels freigesetzten Energie in Dampf.

Fortschritte in eine Richtung durch eine radikale Innovation führen normalerweise über eine Wachstumskette zu Fortschritten in vielen anderen Bereichen. Ich weiß nicht, welcher der Oszillatorvorteile Vorrang haben sollte. Ich bezweifle auch, dass sein Erfinder jemals in der Lage war, sich hinzusetzen und alle Realitäten und Möglichkeiten zusammenzufassen, für die der Oszillator der Schlüssel ist. Er kann nur eines tun: vorwärts gehen. Abbildung 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines seiner neuesten Vibratoren. Abbildung 1 zeigt unterdessen die Funktionsweise einer der früheren Formen. Abbildung 2 dient als Text für die anschließende Diskussion. Die Dampfkammer wird auf einer Grundplatte zwischen zwei elektromagnetischen Systemen platziert, von denen jedes aus einer Feldspule besteht, die einen Beweger oder eine Drahtspule bewegt. Es gibt zwei Kolben, die die Kraft des Dampfes aufnehmen, der in die Kammer strömt. In diesem Beispiel wird der Dampf mit einem Druck von 350 Pfund zugeführt. Wo jedoch kein Dampf mit einem höheren Druck verfügbar ist, wurde in ähnlichen Vibrationsmaschinen ein Druck von nur 80 Pfund verwendet. Sie werden schnell feststellen, dass alle normalen Motorsteuerungen fehlen. Sie existieren nicht. Die Dampfkammer ist der Motor, bei dem alles zählt, wie bei einem Boxer, der seine Haut entblößt. Darüber hinaus ermöglicht dieser Wandler nicht nur einen einfachen Zugang zu Dampf bei extrem hohem Druck, sondern bietet auch eine hervorragende Kontrolle darüber. Und das Bizarrste daran ist, dass es nicht einmal Dichtungen benötigt, um Lecks zu verhindern. Man kann davon ausgehen, dass ein auf diese Weise von überflüssigem Gewicht befreiter und mit hohem Druck betriebener Motor wesentlich sparsamer ist als ein herkömmlicher Motor. Durch die Selbstdämpfung der leichten beweglichen Teile wird die Reibung eliminiert, was diesen Motor praktisch unzerstörbar macht. Darüber hinaus wiegt der Motor bei gleichem Druck und gleicher Kolbengeschwindigkeit 30 bis 40 Mal weniger als üblich und benötigt entsprechend weniger Platz. Diese Volumen- und Flächenreduzierung gilt auch für die elektrischen Komponenten. Die Motorkolben tragen an ihren Spitzen Ankerspulen und bewegen diese Spulen in das Magnetfeld der Feldspulen hinein und wieder heraus, wodurch durch ihre Bewegung ein elektrischer Strom erzeugt wird.

Ein doppelter mechanischer und elektrischer Oszillator zur Erzeugung perfekter und konstanter dynamischer Frequenzströme, hergestellt 1893. (Martin, „Tesla’s Oscillator and Other Inventions“, Century, April 1895, Abb. 2, S. 921.)

Betrachtet man einen Dynamo, so sieht man, dass die Spulen, die den „Anker“ bilden, vor dem Magneten rotieren, ähnlich wie sich ein Drehkreuz in seinem umschlossenen Pfosten dreht. Der Strom, der im Gleisstromkreis Arbeit verrichtet, wird induktiv in den Spulen erzeugt, da diese die magnetischen Kraftlinien, die von den Enden des Magneten ausgehen, unterbrechen und das bilden, was seit Faradays Zeiten als „magnetische Kraftlinien“ bekannt ist. Beim Tesla-Oszillator wird die Drehbewegung der Spule vollständig aufgegeben; die Spule wird einfach mit hoher Geschwindigkeit vor dem Magneten hin und her bewegt, wobei sie die Kraftlinien unterbricht, indem sie mit der Geschwindigkeit eines Schiffchens in sie hinein- und wieder herausschießt. Das große Ziel, so schnell, sanft und Dadurch wird eine möglichst regelmäßige und sparsame Verteilung der starken magnetischen Kraftlinien auf eine neue und, laut Tesla, völlig überlegene Weise erreicht. Die bemerkenswerten neuen Phänomene in der Elektrizität, die im Folgenden beschrieben werden, werden ihn dazu berechtigen, den Oszillator als ein äußerst wertvolles Forschungsinstrument zu betrachten, während seine verschiedenen kommerziellen und industriellen Vorteile im Laufe der Zeit deutlich werden.

Diagramm eines doppelten mechanischen und elektrischen Oszillators zur Erzeugung eines Stroms mit perfekter Dynamofrequenz. Zeigt mechanische und elektrische Komponenten.