Influenzmaschine
Wie Sie mehr aus Ihrer Wimshurstmaschine herausholen

Die Influenzmaschinen oder Wimshurstmaschinen, benannt nach dem britischen Ingenieur James Wimshurst (1832-1903), sind ein Relikt aus den Anfängen der Elektrotechnik. Ihre Weiterentwicklung ist mit der Einführung der magnetischen Maschinen praktisch stehen geblieben. Heute werden sie nur noch zur Demonstration der Elektrostatik verwendet. So ist viel Wissen darüber verloren gegangen.

Funktionsprinzip
Eine Influenzmaschine doppelter Drehung besteht aus zwei gegeneinander laufenden Scheiben (H). Auf den beiden Scheiben befinden sich die leitenden Segmente (B), die gegeneinander isoliert sind. Zwei Blättchen von beiden Scheiben bilden zusammen je einen Kondensator. Das hat der Maschine auch noch den Namen Kondensatormaschine eingebracht.
Auf jeder Scheibe befindet sich ein so genannter Neutralisator (M), der über Bürsten zwei gegenüberliegende Segmente einer Scheibe auf Masse ableitet.
An der linken und rechten Seite der Scheiben befinden sich die beiden Abnehmer. Es werden sowohl von der vorderen, als auch der hinteren Scheibe über Spitzen oder manchmal auch über Bürsten die erzeugten Ladungen abgenommen. Meist werden die Ladungen noch in Kondensatoren, so genannten Leydner Flaschen zwischengespeichert, um kräftigere Funken zu erzeugen.
 

Das Prinzip der Influenz wird auf beiden Scheiben in einer sich gegenseitig verstärkenden Weise ausgenutzt. Durch die Verwendung von leitenden Sektoren auf den Scheiben wird es überhaupt erst möglich, eine Influenzwirkung zu erzielen. (Es gibt auch Modelle, die mit reinen Isolierscheiben arbeiten, doch die sind dann nicht selbsterregend und liefern auch nicht so hohe Spannungen) Durch die Beschichtung der Scheiben mit Leitflächen besteht sie im Prinzip aus vielen Kondensatoren, die durch je zwei gegenüberstehende Sektoren gebildet werden (Der Scheibenabstand ist daher sehr wohl von Bedeutung). Während der Drehung werden die Kondensatoren dann auseinander gezogen, wodurch ungleichnamige Ladungsträger in einen immer größeren Abstand zueinander gebracht werden, was einer Erhöhung der Spannung gleichkommt. Eine Scheibe influenziert in der gegenüberliegenden immer Ladungen mit der Entgegengesetzten Polarität. Die Neutralisatoren haben dabei die entscheidende Aufgabe, ein Nullpotential zu definieren, damit nach dem Wirken der Influenz noch eine Ladung stehen bleibt. Siehe dazu auch die Effekte der Influenz am Elektroskop.

Verbesserungsmöglichkeiten
Die meisten der heute hauptsächlich als Lehrmittel zum Verkauf  (siehe Bezugsquellenliste ) angebotenen Influenzmaschinen sind nicht perfekt gefertigt. Viele Details sind zwar immer noch so wie an den alten Maschinen vorhanden, doch kaum jemand weiß mehr über ihre richtige Verwendung Bescheid. So werden sie meist falsch verwendet oder eingestellt.

Kontrolle der Pinsel und Abnehmer
Nach dem Kauf einer Maschine sollte man folgendes unbedingt überprüfen. Die Pinsel sollen weich sein und mit geringem Reibungswiderstand über die Segmente gleiten. Häufig werden richtige Bürsten aus Kupfer eingebaut, welche die Segmente zerstören und einen hohen Abrieb erzeugen, der zu Leckströmen führt. Es empfiehlt sich, solche Bürsten durch Lametta (Vorsicht neuere Typen sind aus Kunststoff mit einseitig aufgedampften Aluminium. Das reibt sich schnell ab und dann sind die Streifen isolierend !) oder Steifen aus Alufolie zu ersetzen. Verwenden sie nur wenige Streifen, maximal 10 Stück. Hier fließen ja keine hohen Ströme. Manche Bürsten an fertigen Maschinen ähneln mehr den Schleifkontakten einer N-Maschine !
Wer es ganz sauber aufbauen will, der kann auch aus seinem Laserdrucker oder Kopierer ein paar Antistatik-Pinsel herausrupfen und in die Influenzmaschine einbauen. Das sind ganz weiche Pinsel meist aus Kohlefasern oder verrußten Kunststoff, die gut elektrisch leiten. Auch die Kohlefasern in einem modernen Sportpfeil sind geeignet.

Die Abnehmer müssen bei Maschinen mit zwei gegenläufigen Scheiben nicht die Segmente berühren. Diese sind selbsterregend und die Spannung ist so hoch, dass eine berührungsfreie Abnahme möglich ist. Meist sind auch hier Bürsten eingesetzt. Diese sollten durch einen einzigen Draht (1,5mm² Installationsdraht), dessen Ende zu einer Spitze gefeilt ist, ersetzt werden. Auch alle schön runden Abnehmer ohne Spitzen sind schlecht. Zumindest eine Spitze ist notwendig. Ein Kamm mit mehreren Spitzen ist noch besser.

Richtige Einstellung der Neutralisatoren
Die Lage der Neutralisatoren ist bei einer Maschine mit Kurbelrichtung im Uhrzeigersinn immer von links oben nach rechts unten, egal von welcher Seite man auf die Maschine blickt. Sie müssen ja die von den Kollektoren nicht aufgefangenen Ladungen rechtzeitig ableiten, bevor sie zur anderen Kollektorelektrode gelangen können.

Hohe Spannung Was kaum noch jemand weiß ist, dass sich über die Lage der Neutralisatoren die Ausgangsspannung der Maschine einstellen lässt. Die Lage der Neutralisatoren gibt dabei vor, wie weit die Ladungen voneinander entfernt werden können, also wie hoch die Spannung wird. Werden die Bügel so wie in diesem Bild steil angestellt, so dass sie beinahe die Treibriemen berühren, ist die Maschine auf hohe Ausgangsspannung bei geringem Strom eingestellt. Für die Erzielung langer Schlagweiten ist diese Einstellung zu wählen.

Hoher Strom Werden die Bügel dagegen sehr flach nahe den Kollektorelektroden gestellt, so ist die Maschine auf hohen Ausgangsstrom eingestellt. Diese Einstellung ist für die meisten Experimente wie z.B. auch für den elektrostatischen Scheiben- und Walzenläufer, bei denen es nicht um Schlagweite geht, zu bevorzugen.
In der Praxis treten immer kleinere Verluste durch Sprühentladungen an Spitzen (wie z.B. Staubteilchen) oder an zu klein gewählten Elektrode auf. Dadurch fließt laufend Ladung ab. Wenn die Maschine auf hohe Ausgangsspannung eingestellt ist, kann es mitunter vorkommen, dass sie nicht mehr genug Strom liefern kann, um die Verluste zu decken. Die Schlagweite sinkt dann wieder. So muss u.U. ein Kompromiss in der Einstellung der Neutralisatoren gefunden werden.

Durch Einbringen von hochohmigen Widerständen in die Neutralisatoren kann der Wirkungsgrad der Maschine weiter gesteigert werden. Bei zu hohen Werten läuft die Maschine nicht von selbst an. Hier könnte der Schlüssel zur Funktion der Testatika liegen, wenn man die Neutralisatoren über weitere Elemente führt und die Energie nicht in Widerständen umsetzt, sondern für den Antrieb der Scheiben benutzt.

Herausfinden der Polarität
Der Minus- und der Pluspol haben ganz unterschiedliche Eigenschaften bei so hohen Spannungen. Da keine der beiden Elektroden geerdet ist, hat man beide Pole zur Verfügung. Nach dem Anlaufen einer Influenzmaschine ist es nicht definiert, welche Elektrode welche Polarität hat, sie sollte daher immer getestet werden.
Polaritätstest Dazu stellt man die zu testende Elektrode so wie in diesem Bild weit unter die andere, sodass der Funken die dünne Stange der anderen Elektrode treffen wird. Wenn ein zischendes Geräusch hörbar wird und es kaum Funken gibt, dann ist die unten stehende Elektrode die negative. Wenn jedoch laufend Funken überspringen, dann ist es die positive. Die Erklärung für dieses unterschiedliche Verhalten liegt darin, dass die Ladungsträger, sich auf der negativen Elektrode zusammendrängen, während es auf der positiven kaum Ladungen gibt. Auf der negativen Elektrode bildet sich daher viel früher eine Sprühentladung, als auf der positiven.
Die Polarität kann neben den hier beschriebenen Versuchen auch ganz leicht mit einem Glimmlämpchen oder mit der etwas aufwendigeren Feldmühle festgestellt werden.

Dieses Verhalten äußert sich in dazu ganz konträren Leuchterscheinungen auf den Polen. Für dieses, zugegebenermaßen etwas mäßige Bild, wurde die Influenzmaschine mit abgeschalteten Kondensatoren betrieben. An der Kugelelektrode des Pluspols zeigt sich dann eine Erscheinung, die ähnlich der einer Plasmakugel mit vielen einzelnen Fäden ist, die bis zu 10cm lang werden können. Das Leuchten ist jedoch so schwach, dass man es nur in einem vollständig abgedunkelten Raum erkennen kann. Für das Photo musste 4sec. lang belichtet werden, wodurch die einzelnen Fäden natürlich zu einem leuchtenden Bereich verschwimmen.

MPG-Video 465kB Dieses Video zeigt die Entladung am Pluspol ebenfalls etwas unvollständig. In Wirklichkeit sind die einzelnen Fäden viel feiner strukturiert und laufen in alle Richtungen weg, sodass sich eine leuchtende Kugel bildet. Die Leuchterscheinung ist einfach zu schwach, um sie mit einer Kamera festhalten zu können. Selbst das Auge benötigt einige Minuten in der Dunkelheit, um überhaupt das schwache Licht zu registrieren.

Bringt man die Elektroden näher zusammen so zeigen sich deutlich die Unterschiede in den Leuchterscheinungen ähnlich wie in der Geißlerröhre, hier jedoch bei normalem Luftdruck. Am Pluspol (hier rechts) wieder die vielen auffächernden Fäden, die im Foto leider nicht zu erkennen sind. Interessant ist, das die Leuchterscheinung man Minuspol (links) sehr klein ist. Dort ist nur ein einzelner leuchtender Punkt auf der Kugelelektrode zu erkennen, der einen  kurzen aber hellen Faden ausbildet. Mann könnte daraus schließen, dass beim Einsammeln der Elektronen durch den Pluspol viel mehr Energie auf einem viel größeren Raum umgesetzt wird. Das könnte das Prinzip der Freien Energie sein, dass in der Elektrostatik vorhanden ist und bei der Testatika ausgenutzt wird.

Stellt man eine Kerze zwischen die Elektroden, so ist eine Luftströmung vom Pluspol (rechts) zum Minuspol (links) festzustellen. Das ist eine ganz ähnlicher Erscheinung wie in der Geißlerröhre, die den falschen Schluss zulässt, das der Strom von Plus nach Minus fließt, woraus die so genannte technische Stromrichtung entstanden ist. Das liegt aber einfach daran, dass die positiven Ladungsträger, also ionisierte Luftmoleküle, eine viel größere Masse haben, als die Elektronen selbst.

Auch diese Leuchterscheinungen kann man dazu benutzen, um die Polarität der Spannung, vor allem auf den Sektoren der Scheibe festzustellen. Dazu nähert man sich mit einer geerdeten Elektrode den Sektoren und beobachtet die Leuchterscheinung an dieser Elektrode. Zu beachten ist, dass diese natürlich immer die umgekehrte Polarität anzeigt. Nähert man sich also dem Minuspol, so entstehen auf der Elektrode büschelartige Entladungen, die einen Pluspol anzeigen. Die gegenüberliegende Seite ist daher der negativ geladen.

Alternativ dazu kann man die Polarität auch mit einer Styroporkugel, bei beim Faradaybecher, mit einer Hochspannungsquelle bekannter Polarität, wie z.B. einem Zeilentrafo, aufladen und damit dann auf Abstoßung mit der gleichnamigen bzw. Anziehung mit der ungleichnamigen Elektrode der Influenzmaschine testen.
Die so herausgefundene Polarität bleibt in der Regel für längere Zeit erhalten. Auch wenn die Elektroden kurzgeschlossen werden, haben sie nach einem weiteren Anlauf wieder dieselbe Polarität, solange ausreichend Ladungsträger auf den Scheiben vorhanden sind. Nur wenn die Maschine lange Zeit steht, verlieren die Scheiben ihre Vorladung und die Polarität kann wechseln.
Ist es notwendig, die Polarität einer bereits erregten Maschine umzukehren, so kann dies durch Anschluss einer Hochspannungsquelle, wie z.B. eines Zeilentrafos, an die beiden Elektroden erfolgen. Die Spannung wird in der gewünschten Polarität angelegt und dann die Scheiben einige Sekunden lang gedreht. Dadurch verteilen sich die Ladungen in der vorgegebenen Polarität auf allen Segmenten. Mitunter kann man hören, wie sich dabei die Spannung ab- und dann wieder aufbaut.

Wahl der richtigen Elektroden
Es ist extrem wichtig, wie die Elektroden beschaffen sind. Versuchen Sie einmal mit einem Stück Draht an Stelle einer Kugelelektrode einen Funken zu erzeugen. Das ist fast unmöglich und wenn, dann nur mit extrem kurzen Schlagweiten. Sprühentladungen müssen auf jeden Fall vermieden werden.
Ausgehend von den oben festgestellten Unterschieden der beiden Pole muss auch die Größe der Elektroden richtig gewählt werden. Die negative Entladungselektrode sollte daher immer größer sein, als die positive. Im Bild mit der Einstellung auf hohe Spannung ist demnach die rechte Elektrode die negative. Wird das nicht eingehalten, so geht viel Ladung durch die Sprühentladung verloren und die Spannung kann sich nicht so hoch aufbauen. Werden beide Elektroden gleich groß gewählt so vermindert sich die Schlagweite ebenfalls, da keine Zündung von der positiven Elektrode eingeleitet wird.

Dieses Verhalten ist der Grund, warum die alten Maschinen immer diese seltsamen Doppelkugeln als Elektroden verwenden. Damit kann man nämlich sowohl eine große, als auch eine kleine Kugel simulieren. Ist z.B. so wie in diesem Bild die rechte Elektrode die negative, so wird sie hoch aufgestellt und die positive ihr von unten genähert. Dadurch wird sozusagen nur der untere Teil, also die große Kugel, der negativen Elektrode verwendet. Es ist auch schön zu erkennen, wie der Funke auf der großen Kugel einschlägt.
 
Daten der Doppelkugeln
Durchmesser der großen Kugel: 20mm
Durchmesser der kleinen Kugel: 11mm
Abstand zwischen den Kugeln: 5mm

max. Funken Unter Einhaltung aller angeführten Bedingungen konnte die Schlagweite dieser Maschine verdoppelt werden. Im Auslieferungszustand betrug sie max. 5 cm. Mit der richtigen Bügelstellung und einer 20mm großen Kugel am negativen Pol und eine 15mm großen Kugel am positiven Pol beträgt die Schlagweite jetzt über 10cm.

MPEG-Video 698kB Das Video zeigt im ersten Teil einen ca. 10cm langen Funken. Es wurde ein Lineal hinter die Elektroden gelegt, um die Länge zu dokumentieren. Durch Sprühentladungen und Kriechströme am Lineal ist damit aber nicht die maximale Funkenlänge zu erreichen. Im zweiten Teil des Videos wurde daher das Lineal entfernt und es ist noch ein etwas längerer Funken zu sehen.

Berechnung der erzeugten Leistung
Direkte Messungen an einer Influenzmaschine sind fast unmöglich, da durch den Innenwiderstand eines Spannungsmessgeräts sofort die Ladung abfließt und sich gar keine hohe Spannung aufbauen kann. Nur leistungslose Messgeräte, wie das Elektroskop oder die Feldmühle könnten verwendet werden.
In der Praxis empfiehlt es sich, die Spannung über die Schlagweite zu bestimmen, siehe dazu das Berechnungsprogramm für eine Kugelfunkenstrecke beim Kelvingenerator.
Dafür kann aber der Kurzschlusstrom mit herkömmlichen µA-Metern gemessen werden. Wenn man dann auch noch die Kapazität der Kondensatoren misst, kann man auf die erzeugte Leistung zurückrechnen.

Kurzschlussstrom:
2µA
Kondensatoren:
2x180pF (in Serie = 90pF)
Schlagweite:
5cm (= 66,4kV)
Überschläge:
1 pro Sekunde

Mit Hilfe der Tabelle für die Kugelfunkenstrecke erhält man 66,4kV für 5cm Schlagweite. Damit kann zunächst der wirklich erzeugte Strom bei Nennspannung berechnet werden, der im Allgemeinen über dem Kurzschlussstrom liegt, weil die Influenz bei höheren Spannungen besser wirkt.
Die Kondensatoren müssen in der Zeit zwischen zwei Überschlägen vollständig geladen werden, daraus errechnet sich der Strom nach:


Die Kondensatoren speichern bis zum Überschlag eine Energiemenge von:


Bei einer Entladung pro Sekunde errechnet sich die erzeugte Leistung nach:



Diese, mit 30cm Scheibendurchmesser doch recht große Influenzmaschine, erbringt also nur eine relativ bescheidene Leistung von ca. 200mW. Dennoch ist das einfache Prinzip und die Höhe der Spannung immer noch beeindruckend genug.

Umkehrung der Influenzmaschine
In der Influenzmaschine ist auch ein motorisches Prinzip enthalten. Werden zwei gleichartige Maschinen miteinander verbunden, so kann eine durch die Spannung der andere in Bewegung versetzt werden. Bei der Motormaschine muss die Reibung so weit als möglich verringert werden. Die Pinsel sollen sehr leicht über die Segmente gleiten und die Treibriemen sind völlig zu entfernen. Folgende Beobachtungen können an der Motormaschine gemacht werden:


In der Entwicklung der Technik sind die elektrostatischen Maschinen hinten den magnetischen zurückgeblieben. Heute verschwendet kaum noch jemand einen Gedanken daran einen wirtschaftlichen Motor elektrostatisch zu realisieren. Die Influenztechnik wird nur noch als Spielzeug für den Physikunterricht angesehen. Doch gerade hinter der Elektrostatik ist wahrscheinlich der Schlüssel zur Freien Energie verborgen, wie uns die Testatika zeigt. 

Info zum Buch
Die Influenzmaschine findet sich auch in diesem Buch, wo versucht wird, durch Grundlagenexperimente und neue theoretische Ansätze mehr Licht in das Thema der Freien Energie zu bringen. Nähere Informationen zum Buch.
Titel:  Grundlagen und Praxis der Freien Energie
Alternative Theorien und interessante Experimente
Autoren: Harald Chmela und Wolfgang Wiedergut
Verlag: Erschienen im August 2004 im Franzis Verlag
ISBN Nr.: 3-7723-4400-3

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