James Wimshurst

1832 – 1903

Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/James_Wimshurst

Die Wimshurstmaschine ist eine Influenzmaschine zur Erzeugung hoher elektrischer Spannungen. Sie wurde 1878 von James Wimshurst erfunden und diente längere Zeit als fast einzige Hochspannungsquelle für physikalische Versuche. Sie ist wohl vielen von uns noch aus dem eigenen Physikunterricht bekannt.

Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Wimshurstmaschine

Sie besteht im Grunde aus zwei Kunststoffscheiben, auf denen sich einzelne Leitersegmente befinden. Die beiden Scheiben werden dann in gegengesetzte Richtung in Drehung versetzt. Auf der Drehachse befindet sich auf jeder der beiden Seiten ein Neutralisator, an dessen Enden sich z.B. Kupferlitzen befinden. Diese berühren die sich drehenden Scheiben. Auf den Seiten werden die beiden Scheiben von Abnehmern umschlossen, welche wiederum mit Leydenerflaschen (Hochspannungskondensatoren) verbunden sind. Die zwei Entladungsstäbe sind ebenfalls mit den Leydenerflaschen leitend verbunden und zwischen deren Enden erfolgt dann die Blitzentladung auf der Vorderseite der Wimshurstmaschine.

Die beiden Kunststoffscheiben mit den Segmenten  und die Leydenerflaschen möchte ich aus dem Bausatz von Astromedia entnehmen. Diesen gibt es um rund 45 Euro zu kaufen. Für den restlichen Aufbau habe ich bereits einige Materialien (Alustäbe, Alurohre, Gewindestangen, Ringkabelschuhe, Feststellringe, Laufrollen, Holzrollen, Kautschukriemen usw.) besorgt.

Für die Influenzmaschine habe ich mir nach einigen Inspirationen aus dem Internet folgendes Design ausgedacht, welches wohl am leichtesten umzusetzen ist:

Es gibt einige Fortschritte zu verzeichnen. Ich habe mich nun doch dazu entschlossen, die Leydenerflaschen komplett selbst aus einem Plexiglasrohr mit 50 mm Durchmesser zu fertigen. Dieses habe ich zum Glück in der Bastelkiste gefunden. Auch Aluklebeband hatte ich noch von meinen Torusbasteleien für die Teslaspulen vorrätig. Die gemessene Kapazität pro Flasche liegt bei rund 80 pF.

Die innere Achse der Leydenerflaschen besteht aus einer 4 mm Gewindestange. Zur besseren Isolation schraube ich diese aber nicht direkt auf die Bodenplatte, sondern verwende einen isolierenden Zylinder aus Kunststoff. Auf der Grundplatte fixiert werden dann diese Zylinder mittels M4 Polyamidschrauben.

Hier sieht man schön den Ringkabelschuh für die Kupferlitzen, welche dann die Gewindestange mit der inneren Elektrode des Kondensators leitend verbinden:

Die Halterungen für die Elektroden sind auch schon fertig. Dazu habe ich einige M4 Gewinde schneiden und Löcher bohren müssen:

Die so gut wie einzigen Teile des Astromedia-Bausatzes, welche ich verwenden werde, sind die beiden Plexiglasscheiben mit den aufgeklebten Alusegmenten. So gesehen waren die 45 Euro ein teurer Spaß 😉

Was mich beim Bausatz irritiert ist der Umstand, dass die beiden Abnehmer auch mittels an den Scheiben schleifender Bürsten umgesetzt wurden. Auf etlichen/allen Internetbildern ist aber zu sehen, dass die Abnehmer die Scheiben nicht berühren und zum Beispiel aus Nägel ausgeführt sind. Nur die Bürsten der Neutralisatoren sollten eigentlich die Scheiben berühren. Mal schauen, ob es ohne Berührung auch funktioniert…

Nachtrag: Laut Internetrecherche geht scheinbar beides, mit und ohne Berührung.

Die Bürsten zur Kontaktierung der Innenseiten der Leydenerflaschen und die Kurbel sind soweit fertig:

Mühsam ernährt sich das Eichhörnchen. Die Seitenteile aus Holz sind ausgesägt und die Abnehmerbürsten für die Neutralisatoren konnte ich auch fertigstellen:

Die Feststellringe mit 8 mm ID sind angekommen und so konnte ich die beiden Neutralisatoren fertig stellen. Zu meiner Freude ist eigentlich nichts wirklich schief geworden. Ich bin noch am Überlegen, ob ich die Alustäbe durch eine Kombination aus M4-Gewindestange + Alurohr mit 4 mm ID ersetze, wie ich es schon bei der Kurbel gemacht habe. M4 Sicherungsmuttern habe ich auch bestellt.

Der Abstand der Bürsten zur Alustange muss natürlich noch angepasst werden, wenn dann die Scheiben + Laufrollen montiert sind…

Die 8 mm Gleitlager von conrad für die Antriebsachse (https://www.conrad.at/de/p/igus-gfm-0810-10-gleitlager-bohrungs-8-mm-1416574.html) und die Laufrollen von aliexpress (https://de.aliexpress.com/item/32858837187.html) sind mittlerweile angekommen und verbaut. Jetzt geht es dann bald auf die Zielgerade…

Bis auf die beiden seitlichen Abnehmer ist jetzt eigentlich soweit alles fertig und funktioniert auch zufriedenstellend. Muss den Aufbau und die Kondensatoren natürlich noch auf eine Grundplatte verfrachten, dann kann eigentlich der erste Versuch gestartet werden. Bin schon gespannt, ob ich der Maschine Funken entlocken kann…

Die kleine Wimshurstmaschine ist jetzt soweit fertig. Mit der erzielbaren Funkenschlagweite von rund 2 cm bin ich aber nicht zufrieden. Vielleicht liegt es ja auch an der momentan höheren Luftfeuchtigkeit. Eigentlich habe ich schon mit 3-4 cm spekuliert, aber vielleicht ist mit meinem Aufbau und den geringen Dimensionen auch nicht viel mehr drinnen…

Zwei Veränderungen habe ich noch vorgenommen: Erstens habe ich auf einer Seite den Gummiriemen durch einen kürzeren ersetzt, damit die Laufrolle aufgrund zu geringer Reibung nicht durchdreht und zweitens habe ich die Laufrollen nun mit den Plexiglasscheiben verklebt und nicht mehr verschraubt. Grund dafür war der durch die Schraubenköpfe bedingte zu große Abstand der beiden Plexiglasscheiben voneinander. Nun rotieren sie enger zueinander und die Funkenschlagweite hat sich dadurch auch erhöht (maximial ca. 3,5 cm). Damit bin ich einstweilen zufrieden 😉

Das Youtube-Video reiche ich wie immer nach…