Nikola Tesla German Patent 139464 - Method and Device for the Utilization of Electrical Impulses or Vibrations Sent from a Distance by the Ether or the Earth or Both

Patentschrift Nr. 139 464

Klasse 21a.

Nikola Tesla in New York. (V. ST. A.).

Verfahren und Vorrichtung zur Nutzbarmachung von aus der Ferne durch DEN Äther oder die Erde oder Beide Gesandten Elektrischen Impulsen oder Schwingungen.

Patentiert im Deutschen Reich vom 20. Juni 1901 ab. Ausgegeben den 27. März 1903.

Man kennt bereits mehrere Verfahren zur Erzeugung elektrischer Impule oder Schwingungen und Uebertragung derselben durch den Äther oder die Erde oder beide und zur Verwertung derselben für die Auslösung von entfernten Empfängern. Auch hat man solche Verfahren mit größerem oder geringerem Erfolg für verschiedene Zwecke angewendet; doch ist es für jedes dieser Verfahren wesentlich, daß die von den Sendern erzeugten Impulse so kräftig als nur irgend möglich ausfallen. Ferner ist es mit Rücksicht darauf, daß in den meisten Fällen der auf den entfernten Empfänger übertragene Energiebetrag nur einen geringen Bruchteil der von der Gebestelle ausgesendeten Gesamtenergie darstellt, für die Erreichung günstigster Ergebnisse erforderlich, so viel als möglich von der übertragenen Energie, gleichgültig welcher Art der Empfänger und die Schwingungen selbst sind, für den Betrieb des Empfängers nutzbar zu machen.

Aus diesem Grund hat Erfinder bisher u.a. einen Empfangsstromkreis von hoher Selbstinduktion und sehr geringem Widerstand angewendet, dessen Eigenschwingungszahl genau auf die Periodenzahl der verwendeten elektrischen Schwingungen abgestimmt war; hierdurch wurde erreicht, daß eine größere Anzahl der von der Gebestelle ausgesendeten Impulse zusammen auf den Empfänger einwirkten und daher die auf die Empfangsvorrichtung ausgeübte Wirkung vergrößert wurde. Auf diese Weise und mit den angegeben Mitteln wurden in vielen Fällen entschiedene Vorteile erreicht; doch ist dieses Verfahren sehr häufig entweder gar nicht zu verwerten oder liefert nur geringe Erfolge. Erzeugt z.B. die Energiequelle Impulse gleichbleibender Polarität oder Impulse von langer Dauer, so ist es unmöglich, ihre Wirkung in der angegebenen Weise zu erhöhen. Bei kurzen, außerordentlich rasch aufeinander folgenden Impulsen ist der gewonnene Vorteil unbedeutend infolge der Ausstrahlung und des unvermeidlichen Verlustes infolge des Widerstandes des Empfangsstromkreises. Diese Verluste vermindern sowohl die Stärke als auch die Zahl der gemeinsam auf den Empfänger wirkenden Impulse erheblich und, da die Anfangsstärke eines jeden Impulses notwendigerweise beschränkt ist, so wird auch nur ein winziger Energiebetrag für die Auslösung des Empfängers nutzbar. Da dieser Betrag von der durch einen einzigen Impuls in den Empfänger gesendeten Energie abhängt, so muß man offenbar entweder einen großen, kostspieligen und daher unzweckmäßigen Sender benutzen oder einen zu empfindlichen und daher zu leicht in Unordnung geratenden Empfänger anwenden. Ausserdem besteht die durch Zusammenwirkung der Impulse erhaltene Energie in äußerst schnellen Schwingungen und ist daher für den Betrieb gewöhnlicher Empfänger ungeeignet, um so mehr als diese Energieform enge Grenzen für die Art und Zeit ihrer Anwendung auf solche Vorrichtungen bedingt.

Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung von aus der Ferne durch den Äther oder die Erde oder beide fortgepflanzten elektrischen Impulsen oder Schwingungen und zur Verwertung derselben für die Auslösung oder Beherrschung von Empfängern; und zwar sind bei dem vorliegenden Verfahren die oben angegebenen Beschränkungen und Uebelstände vermieden. Die Empfänger können beliebiger Art, beispielsweise gewöhnliche elektromagnetische Relais, sein und bilden Teile von Arbeitsvorrichtungen, die verschiedenen Zwecken dienen. Die Arbeitsvorrichtungen können beispielsweise Signalvorrichtungen, Telegraphenvorrichtungen, Torpedosteuervorrichtungen, Uhraufziehvorrichtungen oder andere Einrichtungen sein. Für die Zeichen- oder Nachrichtenübertragung wird das Verfahren noch dahin vervollständigt, daß auf der Sendestelle die Impulse oder Schwingungen willkürlich gewechselt oder unterbrochen werden, so daß lange und kurze Reihen von aufeinander folgenden Impulsen entstehen, die den Strichen und Punkten des Morse schen Schreibtelegraphen entsprechen und wie diese unterschieden werden können. Die Empfangsvorrichtung wird dann so eingestellt, daß sie die Impulse oder Schwingungen in zweckmäßiger Weise aufzufangen und zu verwerten vermag.

Im allgemeinen beruht das Verfahren darauf, daß die durch die Schwingungen übertragene Energie unmittelbar zum Laden eines Kondensators benutzt wird, und daß der so geladene Kondensator unter Vermittlung einer gleichmäßig angtrietriebenen, einen Stromkreis in bezüglich Folge und Dauer vorherbestimmten Zeiträumen schließenden und öffnenden Vorrichtung durch ein als Empfänger dienendes Relais oder dergl. einer Arbeitsvorrichtung entladen wird.

Fig. 1 ist eine schematisierte Darstellung der Vorrichtung und Fig. 2 stellt die Vorrichtung in der Anordnung zum Auffangen gleichgerichteter Impulse dar.

Bei der in der Zeichnung veranschaulichten Empfangsvorrichtung ist in dem übertragenden Medium, nämlich in der Luft bezw. dem Äther oder in der Erde oder in beiden an zwei beliebigen Punkten, zwischen denen ein Unterschied im elektrischen Potential von beliebiger Größe entsteht oder auf irgend eine Weise durch die Wirkung der auszunutzenden oder zu untersuchenden Impulse oder Schwingungen erhalten wird, je eine Platte oder Elektrode 1 und 2 derart angeordnet, daß sie durch Vermittlung jener Impulse oder Schwingungen entgegengesetzt geladen werden können. Diese Elektroden sind mit den Klemmen 27, 28 eines gut isolierten Kondensators 3 von hoher Kapazität verbunden. Mit den Kondensatorklemmen ist auch der Empfänger 4 (beispielsweise ein Relais) verbunden, und zwar in Reihenschaltung mit einer geeigneten Vorrichtung, welche zur Entladung des Kondensators durch den Empfänger in zweckentsprechenden Zeitzwischenräumen dient. Im vorliegenden Fall besteht diese Vorrichtung aus einem teils aus leitendem, teils aus isolierendem Stoff 6 bezw. 7 hergestellten Zylinder 5, der in geeigneter Weise mit einer beliebigen Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt wird. Der leitende Teil 6 steht in leitender Verbindung mit der Welle 8 und ist mit dreieckigen Ausläufern 9 versehen, auf denen die Bürste 10 gleitet, welche von der im Bock 12 einstellbaren Stange 11 getragen wird. Eine zweite Bürste 13 schleift auf der Welle 8. Es ist nun ersichtlich, daß, solange einer der Ausläufer 9 mit der Bürste 10 in Berührung kommt, der den Empfänger 4 enthaltende Stromkreis geschlossen ist und der Kondensator durch den Empfänger entladen wird. Durch Regelung der Drehungsgeschwindigkeit des Zylinders 5 und Längsverschiebung der Bürste 10 auf dem Zylinder kann man erreichen, daß der Stromkreis sich in so schneller Folge öffnet und schließt, als es erforderlich ist.

Wenn die Impulse oder Schwingungen (welcher Art sie auch sein mögen) eine bestimmte Elektrizitätsmenge von gleichem Vorzeichen auf jede der Elektroden oder Platten 1 und 2 übertragen, sei es ununterbrochen oder in hinreichend langen Zeiträumen, so wird der Kondensator auf ein bestimmtes Potential geladen. Die so aufgespeicherte Energiemenge, welche der durch die Entladevorrichtung bestimmten Zeit entspricht, setzt während der Entladung des Kondensators den Empfänger in Tätigkeit.

Sehr oft freilich sind die Impulse oder Schwingungen und ihre Anwendungsbedingungen derart, daß ohne weitere Vorkehrungen im Kondensator nicht hinreichend Energie angesammelt werden kann, um den Empfänger in Tätigkeit zu setzen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn jede der Platten 1, 2 Elektrizität von schnell wechselndem Vorzeichen empfängt, oder auch, wenn jede zwar Elektrizität von demselben Vorzeichen, aber nur während solcher Zeiträume empfängt, die nur kurz sind im Vergleich zu den dazwischen liegenden Zeiträumen. In solchen Fällen wird man eine besondere Vorrichtung in den Stromkreis zwischen die Platten 1, 2 und den Kondensator 3 schalten, um den Kondensatorklemmen Elektrizitätsmengen von gehöriger Beschaffenheit und in der erforderlichen Aufeinanderfolge zuzuführen, so daß sich der nötige Betrag an Energie im Kondensator aufspeichern kann.

Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise aus einem Zylinder 14 von isolierendem Stoff bestehen, der durch ein Uhrwerk oder dergl. mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gedreht wird, und mit zwei Metallringen 15, 16 versehen ist, auf denen die Bürsten 17 und 18 schleifen und die in der veranschaulichten Weise mit den Platten 1, 2 verbunden sind. Die Ringe 15, 16 sind mit schmalen Metallausläufern 19, 20 versehen, die bei der Drehung des Zylinders 14 abwechselnd mit den doppelten Bürsten 21, 22 in Berührung treten. Die Bürsten sitzen auf in ihren Trägern 25, 26 verstellbaren Stangen 23, 24 und stehen durch diese mit den Klemmen 27, 28 des Kondensators 3 in leitender Verbindung. Die Anordnung je zweier Bürsten in einem Halter bezweckt, die Dauer der elektrischen Verbindung der Platten 1, 2 mit den Klemmen des Kondensators 3 nach Belieben ändern zu können.

Die Platten 1 und 2 können in beträchtlicher Entfernung von einander stehen, und beide in der Luft oder in der Erde, oder die eine in der Luft und die andere in der Erde angeordnet sein. Auch kann man sie mit auf gewisse Entfernungen sich erstreckenden Leitern verbinden oder an die Klemmen von beliebigen Vorrichtungen anschließen, die elektrische Energie liefern, welche den aus einer Entfernung, durch die Luft oder die Erde oder durch beide gesendeten Impulsen oder Schwingungen entstammt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Empfangsvorrichtung sei angenommen, daß wechselnde elektrische Impulse oder Schwingungen von einer entfernten Gebestelle aus durch die Erde gesendet werden, und man diese Impulse gemäß der vorliegenden Erfindung nutzbar machen will. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn zum Zwecke der Zeichengebung eine solche Gebestelle benutzt wird, deren Klemmen an zwei verschiedenen Orten mit der Erde verbunden sind. In diesem Falle werden die Platten 1, 2 an geeigneten Stellen mit der Erde verbunden, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinders 14 wird so lange geändert, bis er synchron mit den wechselnden Impulsen auf der Gebestelle läuft, und endlich werden auch die Bürsten 21, 22 derart eingestellt, daß sie mit den Metallstreifen 19, 20 während der Zeiten in Berührung stehen, in denen die Impulse entweder ganz oder nahezu die größte Stärke haben.

Sind die angegebenen Bedingungen erfüllt, so werden elektrische Ladungen gleichen Vorzeichens jeder der Kondensatorklemmen während der Umdrehung des Zylinders zugeführt und mit jedem neuen Impuls wird der Kondensator auf ein höheres Potential geladen. Da die Geschwindigkeit des Zylinders 5 nach Belieben geändert werden kann, so läßt sich die Energie einer beliebigen Anzahl gesonderter Impulse auf diese Weise potentiell aufspeichern und durch den Empfänger 4 auf die mit einem der Ausläufer 9 in Berührung kommende Bürste 10 entladen. Natürlich muß der Kondensator die Aufspeicherung einer erheblich größeren Energiemenge gestatten, als zur gewöhnlichen Betriebstätigkeit des Empfängers erforderlich ist. Da durch dieses Verfahren ein verhältnismäßig hoher Energiebetrag in geeigneter Form zur Auslösung des Empfängers nutzbar wird, so braucht dieser auch nicht gerade sehr empfindlich zu sein, außer wenn etwa die Impulse aus weiter Ferne gesendet werden und daher schwach ankommen oder wenn der Empfänger sehr schnell arbeiten soll. In solchen Fällen wird man dafür Sorge zu tragen haben, daß auf schwache Erregungen ansprechende Vorrichtungen in Anwendung kommen.

Handelt es sich um die Uebertragung von kurzen Impulsen gleichbleibender Richtung (anstatt wechselnder Impulse) auf die Platten 1, 2, so läßt sich auch hierfür die beschriebene Empfangsvorrichtung verwenden. Es wird dabei nur nötig, die Bürsten 21, 22 derart zu verschieben (während gleichzeitig die Bedingung hinsichtlich des Synchronismus eingehalten wird), daß Bürste 21 nur mit den Streifen 19 und Bürste 22 nur mit den Streifen 20 in Berührung tritt. Dann gehen die aufeinander folgenden Impulse in den Kondensator, aber die aufgespeicherte Energie kann nicht in die Erde oder Luft während der Zwischenräume zwischen den einzelnen Impulsen bezw. Stromschlüssen zurückfließen, da während dieser Zwischenräume die von den Kondensatorklemmen zu den Platten gehenden Verbindungen unterbrochen bleiben.

Eine andere Vorrichtung zur Aufspeicherung gleichgerichteter Impulse ist in Fig. 2 dargestellt: Es ist dabei ein Paar Bürsten 21 weggelassen und die Platte 1 ist von der Bürste getrennt und unmittelbar mit der Klemme 27 des Kondensators verbunden, dagegen ist die Bürste 17 mit der Bürste 18 leitend verbunden. Dann wird bei gleicher Geschwindigkeit des Zylinders 14 die Vorrichtung, für eine Impulszahl eingestellt sein, die für die Zeiteinheit zweimal so groß ist als in dem vorigen Fall. In jedem Fall aber ist es erforderlich, die Dauer der Berührung der Metallstreifen 19 und 20 mit den Bürsten 21,22 in der angegebenen Weise zu regeln.

Handelt es sich darum, Zeichen oder Nachrichten zu übertragen, so wird man den Sender so arbeiten lassen, daß er Impulse oder Schwingungen erzeugt, die in einer willkürlichen Weise geändert werden können. Beispielsweise werden längere und kürzere Folgen von Impulsen entsprechend den Strichen und Punkten des Telegraphenkodex erzeugt. Die Empfangsvorrichtung hat dann diese Verschiedenheiten der Zeichen wiederzugeben und liefert den Strichen und Punkten entsprechend lange und kurze Punktreihen, in die Aufspeicherungsvorrichtung den Impulsfolgen entsprechend geladen und entladen wird.

Patentansprueche:

1. Ein Verfahren zur Nutzbarmachung von aus der Ferne durch den Äther oder die Erde oder beide gesendeten elektrischen Impulsen oder Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch letztere übertragene Energie unmittelbar zum Laden eines Kondensators benutzt wird, und daß der so geladene Kondensator unter Vermittlung einer gleichmäßig angetriebenen, einen Stromkreis in bezüglich Folge und Dauer vorherbestimmten Zeiträumen schließenden und öffnenden Vorrichtung durch ein als Empfänger dienendes Relais oder einen ähnlichen Teil einer Arbeitsvorrichtung entladen wird.

2. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromkreis des als Empfänger dienenden Relais schließende und öffnende Vorrichtung (5) aus einer mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufenden Trommel besteht, welche mit untereinander leitend verbundenen, der Länge nach spitz zulaufenden Metallbelegungen (9) versehen ist und auf welcher eine in der Längsrichtung der Trommel verstellbare Bürste (10) schleift.

3. Eine weitere Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen die Auffangplatten (1, 2) und die Kondensatorklemmen (27, 28) eingeschaltete, gleichmäßig angetriebene Stromschlußvorrichtung (14), welche zwecks Nutzbarmachung elektrischer Impulse von wechselnder Richtung die Stromverbindungen synchron mit den Impulsen umschaltet und so die Impulse verschiedener Richtung stets nach den richtigen Kondensatorklemmen (27, 28) leitet, zwecks Nutzbarmachung elektrischer Impulse von stets gleichbleibender Richtung, dagegen diese Stromverbindungen derart synchron mit den Impulsen schließt und öffnet, daß die aufeinander folgenden Impulse in den Zeitpunkten, in denen die Impulse ihren für die Ladung des Kondensators günstigsten Wert angenommen haben, in den Kondensator fließen können, während in den Zwischenzeiten die Leitungen unterbrochen sind, so daß die bis dahin aufgespeicherte Energie nicht in die Erde oder die Luft zurückfließen kann.