Teslas Apparatur zur Übertragung elektrischer Energie mit Antennen

Original Patentzeichnung mit Ergänzungen in blau und grün

Lies hier die übersetzte Zusam

menfassung Nicola Teslas Originaleintrags Patent US 649,621 15th May 1900:

An alle, die es betrifft: Hiermit sei bekannt gegeben, dass ich, Nikola Tesla, Bürger der Vereinigten Staaten, wohnhaft im Stadtteil Manhattan, New York, bestimmte neue und nützliche Verbesserungen an Apparaten zur Übertragung elektrischer Energie erfunden habe.

Diese Erfindung umfasst eine Sendespule, in der elektrische Schwingungen erzeugt werden. Diese sind so konzipiert, dass sie sich durch das natürliche Medium von einem Ort zu einem entfernten Ort ausbreiten. Dort befindet sich eine Empfängerspule, die durch diese Schwingungen angeregt wird.

Der technische Aufbau

Die Apparatur besteht aus zwei Hauptspulen:

• Spule A: Eine Spirale mit vielen Windungen und großem Durchmesser (Hochspannungs-Sekundärseite).

• Spule C: Ein kürzerer Leiter mit größerem Querschnitt (Niederspannungs-Primärseite).

Beim Sender ist ein Ende der Hochspannungswicklung (A) geerdet, während das andere Ende zu einem erhobenen Terminal (D) führt – vorzugsweise ein Ballon in großer Höhe, wo die Luft dünner und leitfähiger ist. Am Empfangsort ist das System spiegelbildlich aufgebaut: Die Energie wird über ein erhöhtes Terminal aufgenommen, durch die Spule A' geleitet und transformiert, um Motoren oder Lampen zu betreiben.

Resonanz und Wellenlänge

Um maximale Effizienz zu erreichen, muss die Drahtlänge der Spule genau ein Viertel der Wellenlänge der "elektrischen Störung" betragen. Tesla illustriert dies mit einem Beispiel: Bei einer Frequenz von 925 Hz und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von 185.000 Meilen pro Sekunde entspräche dies einer Drahtlänge von 50 Meilen in der Sekundärwicklung. Nur durch diese exakte Abstimmung (Resonanz) wird die maximale Spannung an den Terminals erreicht.

Die vollständige Übersetzung:

Apparatur zur Übertragung elektrischer Energie

An alle, die es betrifft: Es sei bekannt, dass ich, Nikola Tesla, Bürger der Vereinigten Staaten, wohnhaft im Stadtteil Manhattan, in der Stadt, dem Landkreis und dem Staat New York, bestimmte neue und nützliche Verbesserungen an Apparaten zur Übertragung elektrischer Energie erfunden habe, wofür die folgende Beschreibung eine Spezifikation darstellt, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, die einen Teil derselben bildet.

Diese Anmeldung ist eine Teilung einer von mir am 2. September 1897 eingereichten Anmeldung, US 650.343 mit dem Titel „Systems of Transmission of Electrical Energy“ (Systeme zur Übertragung elektrischer Energie) und basiert auf neuen und nützlichen Merkmalen und Kombinationen von Apparaten, die in jener Patentanmeldung gezeigt und beschrieben wurden.

Diese Erfindung umfasst eine Sendespule oder einen Leiter, in dem elektrische Ströme oder Schwingungen erzeugt werden und der so angeordnet ist, dass diese Ströme oder Schwingungen durch Leitung durch das natürliche Medium von einem Ort zu einem entfernten Ort ausgebreitet werden, sowie eine Empfängerspule oder einen Leiter, der darauf ausgelegt ist, durch die vom Sender ausgebreiteten Schwingungen oder Ströme angeregt zu werden.

Dieser Apparat ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, wobei A eine Spule ist, im Allgemeinen mit vielen Windungen und einem sehr großen Durchmesser, die in Spiralform gewickelt ist, wahlweise um einen Magnetkern oder nicht. C ist eine zweite Spule, die aus einem Leiter von wesentlich größerem Querschnitt und geringerer Länge besteht und in der Nähe der Spule A gewickelt ist.

Der Apparat wird an einem Punkt als Sender verwendet, wobei die Spule A in diesem Fall die Hochspannungs-Sekundärseite eines Transformators bildet und die Spule C die Primärseite, die mit einer viel niedrigeren Spannung arbeitet. Die Stromquelle für die Primärwicklung ist mit G gekennzeichnet. Ein Anschluss der Sekundärwicklung A befindet sich im Zentrum der Spiralspule, und von diesem Anschluss wird der Strom durch einen Leiter B zu einem Terminal D geführt, vorzugsweise mit großer Oberfläche, das durch Mittel wie einen Ballon in einer für den Zweck der Übertragung geeigneten Höhe gebildet oder gehalten wird. Der andere Anschluss der Sekundärwicklung A ist mit der Erde verbunden und, falls gewünscht, auch mit der Primärwicklung, damit die Primärwicklung im Wesentlichen auf derselben Spannung liegt wie die benachbarten Teile der Sekundärwicklung, um die Sicherheit zu gewährleisten.

An der Empfangsstation wird ein Transformator ähnlicher Bauart verwendet, aber in diesem Fall bildet die Spule A' die Primärwicklung und die kürzere Spule C' die Sekundärwicklung.

In diesem Empfängerkreis sind Lampen L, Motoren M oder andere Geräte zur Nutzung dieses Stroms angeschlossen. Das erhöhte Terminal D' ist mit dem Zentrum der Spule A' verbunden, und der andere Anschluss ist mit der Erde verbunden und vorzugsweise auch hier aus den oben genannten Sicherheitsgründen mit der Spule C'.

Die Länge der dünnen Drahtspule in jedem Transformator sollte etwa ein Viertel der Wellenlänge der elektrischen Störung im Stromkreis betragen; diese Schätzung basiert auf der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Störung durch die Spule selbst und den Stromkreis, für den sie konzipiert ist. Zur Veranschaulichung: Wenn die Geschwindigkeit, mit der der Strom durch den Stromkreis mit der Spule fließt, 185.000 Meilen pro Sekunde beträgt, dann würde eine Frequenz von 925 Hz 925 stehende Knoten in einem 185.000 Meilen langen Stromkreis aufrechterhalten, und jede Welle wäre 200 Meilen lang. Für eine so niedrige Frequenz, zu der man nur greifen würde, wenn sie für den Betrieb gewöhnlicher Motoren unverzichtbar ist, würde ich eine Sekundärwicklung aus einem 50 Meilen langen Draht verwenden. Durch Anpassen der Drahtlänge in der Sekundärwicklung werden die Punkte der höchsten Spannung so gelegt, dass sie mit den erhöhten Terminals D und D' zusammenfallen. Es versteht sich, dass unabhängig von der gewählten Drahtlänge diese Längenanforderung erfüllt sein sollte, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

Es ist leicht ersichtlich, dass bei Vorliegen dieser Beziehungen die besten Bedingungen für Resonanz zwischen den Sende- und Empfängerkreisen erreicht werden. Da die Punkte der höchsten Spannung in den Spulen A und A' mit den erhöhten Terminals zusammenfallen, findet der maximale Stromfluss in den beiden Spulen statt, was impliziert, dass Kapazität und Induktivität in jedem der Kreise die Werte haben, die den perfektesten Gleichlauf mit den Schwingungen erzeugen.

Wenn die Stromquelle G in Betrieb ist und schnell pulsierende oder oszillierende Ströme im Kreis der Spule C erzeugt, werden entsprechende induzierte Ströme von viel höherer Spannung in der Sekundärspule A erzeugt. Da die Spannung in dieser Spule mit der Anzahl der Windungen zum Zentrum hin allmählich ansteigt und der Spannungsunterschied zwischen benachbarten Windungen vergleichsweise gering ist, wird eine sehr hohe Spannung erzeugt, die mit gewöhnlichen Spulen nicht möglich wäre.

Da das Hauptziel darin besteht, einen Strom mit extrem hoher Spannung zu erzeugen, wird dieses Ziel dadurch erleichtert, dass in der Primärwicklung ein Strom mit einer beträchtlichen Frequenz verwendet wird. Diese Frequenz ist jedoch in hohem Maße beliebig, denn wenn die Spannung hoch genug ist und die Terminals der Spulen auf der richtigen Höhe gehalten werden, in der die Atmosphäre verdünnt ist, dient die Luftschicht als leitendes Medium mit noch geringerem Widerstand als ein gewöhnlicher Leiter.

Was die Höhe der Terminals D und D' betrifft, so ist es offensichtlich, dass dies von einer Reihe von Faktoren bestimmt wird, wie etwa der Menge und der Qualität der zu verrichtenden Arbeit, dem Zustand der Atmosphäre und der Beschaffenheit der umliegenden Landschaft. Wenn sich beispielsweise hohe Berge in der Nähe befinden, sollten die Terminals in einer größeren Höhe liegen, und allgemein sollten sie sich in einer Höhe befinden, die viel größer ist als die der höchsten Objekte in ihrer Nähe. Da mit den beschriebenen Mitteln praktisch jede gewünschte Spannung erzeugt werden kann, können die Ströme durch die Luftschichten sehr klein sein, was die Verluste in der Luft reduziert.

Der Apparat an der Empfangsstation reagiert auf die vom Sender ausgebreiteten Ströme in einer Weise, die aus der obigen Beschreibung gut verständlich ist. Der Primärkreis des Empfängers – das heißt die dünne Drahtspule A' – wird durch die Ströme angeregt, die durch Leitung durch das dazwischenliegende natürliche Medium zwischen ihm und dem Sender ausgebreitet werden, und diese Ströme induzieren in der Sekundärspule C' andere Ströme, die zum Betrieb der an diesen Kreis angeschlossenen Geräte verwendet werden.

Offensichtlich können die Empfängerspulen, Transformatoren oder andere Apparate beweglich sein – wie zum Beispiel, wenn sie von einem in der Luft schwebenden Fahrzeug oder von einem Schiff auf See getragen werden. Im ersteren Fall ist die Verbindung eines Terminals des Empfangsapparates mit dem Boden möglicherweise nicht dauerhaft, sondern könnte zeitweise oder induktiv hergestellt werden.

Es ist anzumerken, dass Teslas Vorschlag, die leitfähige Hülle eines speziell konstruierten Ballons als gute Methode zur Vergrößerung der aktiven Fläche der erhöhten Empfängerplatte zu nutzen, von Hermann Plauson aufgegriffen wurde, als dieser Kraftwerke baute, die mit natürlich vorkommender Energie betrieben wurden.